Материал: Практикум по Радиохимии

Объемы растворов в колбах доводят до метки раствором 2 н. HCl и тщательно перемешивают.

3. Подготовить анализатор жидкостной пламенно-фотометричес­кий к работе в следующей последовательности:

- проверить положение тумблеров 8 и 9 (прибор и компрессор), они должны быть выключены;

- подсоединить прибор к сети и включить тумблеры 8 и 9;

- ручку 16 (воздух) повернуть до упора направо (оптимальное давление 0,4 кг/см²);

- проверить, засасывается ли через капилляр дистиллированная вода из стаканчика;

- снять верхнюю крышку прибора. Установить светофильтр номер 4 напротив горелки;

- ручку 17 (газ) поставить на максимальный расход, поджечь газ (спичками). Уменьшить расход до 45 единиц (по шкале с поплавком);

- закрыть крышку прибора. Прогнать чистую воду примерно 30 мин;

- ручкой 13 установить диафрагму в среднее положение – 2. Ручка 12 ирисовой диафрагмы должна быть установлена на 50.

4. Провести измерения, для этого:

- ручкой 5 установить диапазон 10;

- погрузить капилляр в стакан с чистой дистиллированной водой и ручками 7 (грубо) и 10 (точно) установить «нуль» на шкале;

- погрузить капилляр в стакан с максимальной концентрацией раствора (если стрелка зашкаливает, ручкой 5 изменить диапазон чувствительности). После выбора диапазона чувствительности шкалу можно расширить до «100», повернув ручку 12 ирисовой шкалы;

- проверить «нуль» по чистой воде и «100» по раствору с максимальной концентрацией;

- фотометрировать серию стандартных растворов, погружая сначала капилляр в чистую воду, а затем в соответствующий раствор;

- таким же образом фотометрировать исследуемые растворы. Записывать показания прибора в зависимости от номера пробы в рабочую тетрадь (число делений на шкале микроамперметра)

5. Выключить прибор.

Перед выключением прибора прогнать в течение 30 мин чистую дистиллированную воду. Затем:

- выключить газ ручкой 17 и перекрыть магистральный кран;

- ручки 8 и 9 поставить в положение «выкл.»;

- выключить прибор из розетки.

6. По полученным результатам построить градуировочный график в координатах: деления шкалы прибора от 0 до 100 – концентрация стронция от 0 до 0,1 мг/см³. Из градуировочного графика определяют цену деления (ЦД) шкалы прибора:

, мг/см³/дел,

где С_i–концентрация стронция в каждом растворе из серии, мг/см³;

a_i – показания прибора при фотометрировании каждого из растворов серии, деления;

n – число растворов в градуировочной серии.

Пример расчета. При фотометрировании серии растворов сравнения с концентрациями, указанными в таблице 2 стрелка микроамперметра прибора отклонялась при измерении раствора №1 на 100 делений, №2-78, №3-60, №4-37,5, №5-20, №6-11, №7-5,5 делений. Тогда цена деления прибора будет равна 0,00101(1,01×10^-3) мг/см³/дел. [(0,1+0,08+0,06+0,04+0,02+0,01+0,005):(100+78+60+37,5+20+11+5,5) = 0,00101].

Концентрация стронция в каждом из исследуемых растворов определяется умножением цены деления на число делений, на которое отклонилась стрелка при фотометрировании данного раствора. При измерении раствора с неизвестной концентрацией (лабораторная работа №4, задание 2, п.14) стрелка прибора отклонилась на 84 деления. Тогда концентрация стронция в растворе, взятом на фотометрирование, равна 0,085 мг/см³ (0,00101 мг//дел×84 дел=0,085 мг/ см³). Учитывая разведение в данном примере (2500) можно найти общее количество стронция в анализируемой пробе, обнаруженное с помощью пламенного фотометра: 0,085×2500 = 212,5 мг.

Химический выход (Х.В.) стронция в долях единицы определяется по отношению найденного количества стронция к внесенному в начале анализа:

Определить концентрацию стронция можно также с помощью градуировочного графика. При измерении семи растворов сравнения с концентрациями в порядке убывания соответственно 0,1, 0,08, 0,06, 0,04, 0,02, 0,01 и 0,005 мг/см³ стрелка микроамперметра отклонялась соответственно на 100, 78, 60, 37,5 20, 11, 5,5 делений. По данным измерений строится градуировочный график в координатах: ось ординат (вертикальная) – деления шкалы прибора от 0 до 100, ось абсцисс (горизонтальная) – концентрация стронция от 0 до 0,1 мг/ см³. Через полученные точки проводят прямую, экстраполяция которой на ось абсцисс дает искомую концентрацию. Градуировочный график по результатам фотометрирования растворов сравнения приведен на рис. 2 (прилож.3). Отклонение стрелки микроамперметра фотометра на 84 деления при фотометрировании раствора неизвестной концентрации стронция соответствует его концентрации установленной с помощью калибровочного графика равной 0,085 мг/см³ раствора. На оси ординат находят значение, соответствующее отклонению стрелки микроамперметра на шкале прибора при фотометрировании раствора (84 деления). С этой точки проводят горизонтальную прямую до пересечения с наклонной графика. Из точки пересечения на ось абсцисс опускается вертикальная прямая. Место пересечения вертикальной прямой и оси абсцисс дает искомое значение концентрации стронция в испытуемом растворе численно равное 0,085 мг/см³ (рис. 2, приложение 3). Цена деления составляет 0,001 мг/см³ (0,01 мг/см³ : 10 дел. = 0,001 мг/ см³/дел).

Если вносится титрованный раствор стронция в пробы исследуемых образцов не 5 см³, а другое количество миллилитров и титр раствора носителя стронция равен не 50 мг/см³, а другой, то в этом случае делается перерасчет.

Пример расчета. При измерении концентрации стронция в растворах стаканов №3 и 4 (260 и 265 см³) стрелка амперметра на приборе отклонялась соответственно на 7,5 и 8 делений. Цена деления прибора предварительно установленная при фотометрировании серии растворов сравнения в нашем примере составляла 0,00101 мг/см³/дел. Тогда количество стабильного стронция в стаканах №3 и 4 соответственно составляло 1,97 и 2,14 мг (7,5×0,00101×260=1,97 и 8×0,00101×265=2,14). Содержание стабильного стронция в растворе в среднем составляло 2,06 мг [(1,97+2,14):2=2,06 мг]. Аналогичные результаты дает определение концентрации стронция в растворах стаканов №3 и №4 установленное с помощью калибровочного графика (рис.3, прилож.1).

Лабораторная работа 7. Идентификация и проверка радиохимической чистоты

Краткие теоретические сведения. Качественно о радиохимической чистоте выделенного препарата можно судить по определению постоянной распада этого изотопа. В соответствии с законом радиоактивного распада

А_t=А₀·e^-λ·t,

или

где, А_t – активность нуклида в данный момент времени;

А₀ – активность радионуклида в момент выделения его в чистом виде;

λ– постоянная распада иттрия-90;

t – время, прошедшее от момента выделения радионуклида до момента измерения его активности на приборе.

Для проверки изотопной чистоты иттрия-90 достаточно провести пять измерений скорости счета через равные промежутки времени (24 часа), считая первое измерение начальным (N₀). По результатам измерений рассчитывают среднее значение отношения по формуле:

.

Если полученное среднее значение λ=1,08·10^-2 ±0,07·10^-2, то полученный препарат – иттрий-90.

При массовых анализах следует проводить проверку радиохимической чистоты каждого десятого образца путем измерения скоростей счета препаратов в день выделения и через 3 суток и определения величин постоянной распада изотопа или отношения их скоростей, выражая полученные величины в процентах. Если значение постоянной распада равно 1,08·10^-2 ±0,07·10^-2 или отношение скоростей составило 45±1%, то препарат иттрия-90 радиохимически чист. Идентификацию и проверку радиохимической чистоты иттрия-90 можно также провести путем определения его периода полураспада.

Пример расчета. При радиометрировании препарата иттрия-90 на алюминиевой подложке за 10 минут зарегистрировано 1000 импульсов. Через трое суток (t=72 часа) за 10 минут регистрировалось 460 импульсов. Тогда N₀=100 имп/мин (1000:10), а – N_t=46 имп/мин (460:10). Постоянная распада в этом случае составит:

Отношение скорости счета N_t через трое суток к скорости счета N₀ в день выделения составит:

Значение постоянной распада в примере расчета составило 1,08·10^-2, а отклонение от 45% не превышало 1%, следовательно, выделенный препарат– иттрий-90.

Выполнение работы:

1. Выполнить пять измерений скорости счета через равные промежутки времени (24 часа).

2. По результатам измерений рассчитайте среднее значение постоянной распада λ.

3. Сделайте вывод о радиохимической чистоте выделенного препарата.

Лабораторная работа 8. Расчет содержания стронция-90 в пробе

Краткие теоретические сведения. Расчет содержания стронция-90 (по иттрию-90) производится по следующей формуле:

,

где N_ос - скорость счета образца за вычетом фона (с^-1);

К - коэффициент перехода к абсолютной активности, учитывающий эффективность регистрации аппаратуры и самопоглощение излучения в слое образца;

р_н - вес навески для анализа, г;

а - выход носителя стронция, в долях единицы;

b - выход носителя иттрия, в долях единицы;

f₁ - коэффициент, учитывающий накопление иттрия-90 от момента гидроксидной очистки (лабораторная работа 4, задание 2, п.11) до момента отделения гидроксида иттрия (лабораторная работа 4, задание 2, п.14);

f₂ - коэффициент, учитывающий распад иттрия-90 от момента отделения иттрия от стронция (лабораторная работа 4, задание 2, п. 14) до момента радиометрирования иттрия-90 нанесенного на алюминиевую подложку в составе соли оксалата иттрия (лабораторная работа 5, п.7).

Значения поправочных коэффициентов f₁ и f₂ приведены в приложении 2. При отсутствии табличных значений поправочных коэффициентов они рассчитываются по формулам:

,

где, e – основание натурального логарифма;

λ – постоянная распада, ед. времени^-1;

t – время распада, ед. времени.

Пример расчета. Отделение иттрия от стронция провели через трое суток (72 часа) с момента его гидроксидной очистки. Период полураспада иттрия-90 (Т_1/2) равен 64 часам. Значение постоянной распада (λ) рассчитываем по формуле:

, тогда

.

Расчет значений поправочного коэффициента f₂ производится по формуле:

.

где e – основание натурального логарифма;

λ – постоянная распада, ед. времени^-1;

t – время распада, ед. времени.

Пример расчета. Время с момента отделения иттрия от стронция до момента радиометрирования иттрия-90 нанесенного на алюминиевую подложку в составе соли оксалата иттрия составило 3 часа. Тогда

.

Пример расчета содержания стронция-90 в пробе. Определить содержание стронция-90 в пробе почвы массой 100 г (по иттрию-90), если условно приять, что потери стронция-90 и иттрия-90 в ходе проведения радиохимического анализа и величина коэффициента перехода (К) соответствовали значениям этих показателей приведенных в примерах расчета примечания. При радиометрировании иттрия-90, выделенного из пробы почвы и нанесенного на подложку в составе оксалата иттрия, за 600 секунд зарегистрировано 1260 импульсов или скорость счета просчитываемого препарата была равной 2,1 имп/сек (1260:600), без фона – 1,17 имп/сек (2,1-0,93).

Лабораторная работа 9. Определения содержания стронция-90 в пищевых продуктах, сельскохозяйственном сырье и кормах оксалатным методом

Краткие теоретические сведения. Метод основан на совместном осаждении оксалатов стронция с равновесным иттрием-90, кальцием и редкоземельными элементами. Даль­нейшую очистку иттрия-90 проводят двукратным осаждением его гидроксида и двойных сульфатов редкоземельных элемен­тов. Метод применим для проб, загрязненных радиоактивны­ми изотопами «возрастом» более одного года.

Материалы, реактивы, аппаратура: (см. лабораторную работу 4).

Выполнение работы:

1. Навеску золы исследуемой пробы 20–30 г помещают в термостойкий стакан емкостью 300–400 см³, сма­чивают водой и вносят по 1 см³ носители стронция, иттрия, це­зия и церия (в случае определения свинца вносят 1 см³ его титрованного раствора, в противном случае используют сум­му удерживающих носителей на более поздних стадиях ана­лиза).

2. Приливают концентрированную соляную кислоту из расчета 2–3 мл на 1 г золы и упаривают содержимое стаканов досуха на плитке или газовой горелке. После охлаждения стаканов эту операцию повторяют.

3. К сухому остатку приливают 150-200 см³ 2 н. соляной кислоты и кипятят в течение 20–30 мин. Горячий раствор фильтруют через складчатый фильтр «синяя лента» или через воронку Бюхнера. Фильтр с осадком переносят в стакан, заливают 100–150 см³ 2 н. НС1, вновь кипятят 20–30 мин.

4. Ра­створ отфильтровывают, осадок на фильтре промывают го­рячей водой, фильтраты объединяют.

5.Осаждают оксалаты, стронция, кальция, иттрия и других редкоземельных элементов щавелевой кислотой, добавляя ее в фильтраты из расчета 15 г на 30 г золы. Осаждение ведут из горячего раствора нейтрализацией его 25%-ным раствором аммиака до рН 1-2 (по универсальной индикаторной бумаге).

6. После отстаивания осадка в течение 10-15 минут теплый раствор отфильтровывают, промывают несколько раз 1-2 %-ным раствором щавелевой кислоты и один раз 30 см³ этилового спирта. Фильтрат закисляют концентрированной соляной кислотой из расчета 10 см³ кислоты на 100 см³ раствора и сохраняют для определения цезия-137.

7. Фильтр с осадком оксалатов подсушивают, сжигают и прокаливают в тигле в муфельной печи при температуре 500-600 ^оС в течение 1-2 часов.

8. Полученные при прокаливании карбонаты растворяют при нагревании в 100 см³ 2 н. HCl. Если осадок растворяется не полностью, то добавляют 1 см³ пероксида водорода.

9. Раствор кипятят 10-15 минут для удаления углекислого газа (СО₂), разбавляют до 200–250 см³ дистиллированной водой (без СО₂) и фильтруют через фильтр «белая лента).

10. Затем из него безугольным аммиаком осаждают гидроксид иттрия при рН=8. После отстаивания осадка его отфильтровывают (или центрифугируют), промывают 2-3 раза горячей дистиллированной водой без СО₂, подщелоченной несколькими каплями аммиака, записывают время отделения иттрия-90 от стронция. Операции осаждения оксалатов и разделения стронция-90 от иттрия-90 проводят в течение одного дня.

11. Осадок гидроксида охлаждают до комнатной температуры, насыщают растертым в ступке сульфатом калия до помутнения раствора и, после отстаивания в течение 1-2 часов, выпавший осадок сульфата церия отфильтровывают и промывают 5-10 см³ насыщенного раствора сульфата калия в 0,5 н HCl.

12. В фильтрате определяют иттрий, разбавляя водой до 100-150 см³, кипятят 20 минут и осаждают безугольным аммиаком гидроксид иттрия.

13. После отстаивания осадка основную часть раствора отделяют декантацией. Отстоявшийся осадок отфильтровывают (центрифугируют), промывают 2 раза по 10 см³ горячей дистиллированной водой без CО₂. Гидроксид иттрия растворяют при нагревании в10 см³ горячей 1 н НСl.