Материал: Практикум по Радиохимии

=

Выполнение работы:

1. Рассчитать содержание стронция-90 в почве в Ки/кг;

2. Перевести полученный результат в Бк/кг;

3. Рассчитать поверхностную активность почвы по стронцию (если известна плотность почвы).

14. Раствор разбавляют до 20 см³ водой и осаждают оксалат иттрия добавлением равного объема насыщенного раствора щавелевой кислоты.

15. После получасового выдерживания на водяной бане и последующего охлаждения до 30-40 ⁰С осадок отделяют, промывают водой, спиртом и прокаливают при температуре 800-900 ⁰С до получения Y₂O₃. Окись иттрия наносят на стандартную подложку, взвешивают и вычисляют химический выход (Х.В.):

,

где m₁ – масса подложки без осадка, мг;

m₂ – масса подложки с осадком, мг;

М – масса введенного в пробу носителя, мг.

16. Осадок на подложке смачивают спиртом, равномерно распределяют, подсушивают и определяют активность стронция-90 по дочернему изотопу иттрия-90. Скорость счета осадка измеряют в течение трех дней с интервалом в 24 часа, а затем для контроля радиохимической чистоты еще раз через 14 дней (останется 2% иттрия-90).

Лабораторная работа 10. Радиохимическое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЦЕЗИЯ-137 в почве,

пищевых продуктах, сельскохозяйственном

сырье и кормах

Краткие теоретические сведения. Цезий является элементом 1-й группы периодической си­стемы элементов и в силу этого по своим химическим свойст­вам сходен с другими элементами этой группы — калием и рубидием. В радиохимическом анализе используются как ра­створимые (нитрат, хлорид, гидроксид), так и нерастворимые его соединения. Из нерастворимых соединений наибольшее применение нашли висмутиодид, сурьмяноиодид, кобальтинитрит, перхлорат, хлорплатинат, гексахлортеллурит, фосформолибдат, кремневольфрамат и ряд других.

Цезий имеет более 10 радиоактивных изотопов, наиболее важными из которых являются Cs-137 (T_1/2=30 лет, Е_β =0,52 MэВ) и Cs-134 (T_1/2=2,07 года, Е_β=0,65 MэВ).

Во всех исследуемых объектах присутствуют значительные количества калия, обусловливающие радиоактивную загряз­ненность калием-40 порядка п×10^-10 Ки/г золы. Поэтому необходимо проводить тщательное отделение препаратов це­зия от этого элемента.

Метод основан на предварительном концентрировании изотопов цезия на ферроцианидах тяжелых металлов (желе­зо, никель и др.) с последующей радиохимической очисткой осаждением в виде сурьмяноиодида цезия. Это метод позво­ляет выделять цезий в радиохимически чистом состоянии из больших объемов растворов с высоким солевым содержанием изотопа. При определении Cs-137 в продуктах животноводства и кор­неклубнеплодах при осаждении ферроцианидов в раствор вводится растворимая соль никеля, при анализе ра­стительных проб никель не вводится. Выделение цезия про­водят из тех же навесок проб, что и стронция-90.

Задание 1. Определение концентрации цезия-137 в пищевых продуктах, сельскохозяйственном сырье и кормах

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 см³ 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.

4. Фильтр с осадком переносят в стакан, заливают 100–150 см³ 2 н. НС1, вновь кипятят 20–30 мин.

5. Ра­створ отфильтровывают, осадок на фильтре промывают го­рячей водой.

6. Фильтраты объединяют и добавляют щавелевую кислоту из расчета 15 г на 30 г золы и нагревают в течение 10 мин для коагуляции осадков оксалатов стронция, кальция, иттрия и других редкоземельных элементов. Осаждение ведут из горячего раствора нейтрализацией его 25%-ным раствором аммиака до рН 1-2 (по универсальной индикаторной бумаге).

7. 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.

8. Из раство­ров хлоридов и нитратов после отделения оксалатов, фосфатов или экстракции ТБФ цезий осаждают добавлением при интенсивном переме­шивании 5 см³ 10–20% водного раствора ферроцианида ка­лия (лучше натрия) К₄[Fe(CN)e]; в случае растворов проб продуктов животноводства и корнеклубнеплодов вводят пред­варительно 5 см³ 10% раствора нитрата никеля Ni(N0₃)₂.

9. Выпавшему осадку дают постоять не менее трех часов (луч­ше оставить на ночь).

10. После этого осадок отцентрифуговывают или отфильтровывают (через складчатый фильтр «синяя лента»), промывают 20–30 см³ раствора 2 н. НС1.

11. Фильтрат с осадком подсушивают в сушильном шкафу или под инфра­красной лампой, переносят в фарфоровый тигель и прокали­вают при 400–450° С в течение 1–2 часов.

12. Из прокаленного осадка цезий выщелачивают при нагревании в течение 1 часа 50–60 см³ воды.

13. Осадок отфильтровывают, раствор упарива­ют до 20–25 см³ и закисляют концентрированной соляной кис­лотой до 3 н. НС1 (из расчета 7 см³ кислоты на 20 см³ водного раствора).

14. Раствор охлаждают в ледяной бане, добавляют 3 г соли йодида аммония в сухом виде, 0,2–0,3 см³ насы­щенного раствора хлорида сурьмы в ледяной уксусной кислоте и интенсивно перемешивают раствор стеклянной па­лочкой до выпадения сурьмяноиодида цезия Сs₃Sb₂I₉.

15. После часового выстаивания осадок либо центрифугируют, либо от­фильтровывают через фильтр «синяя лента» небольшого диа­метра.

16. Осадок промывают несколько раз небольшими порциями (по 5–7 см³) ледяной уксусной кислоты до исчезновения окра­ски промывного раствора, 1–2 раза этиловым спиртом и вы­сушивают при температуре 80–90° С.

17. Цезий в виде Сs₃Sb₂I₉ наносят на стандартную алюминиевую подложку, взвешивают и измеряют бета-активность цезия-137.

Расчет содержания цезия-137 проводят по формуле:

Ки/кг, л,

где n – скорость счета препарата без фона, имп/мин;

К_св – коэффициент связи, устанавливаемый по стандарт­ному эталону;

К_оз – коэффициент озоления пробы, равный количеству золы в граммах, образующейся при озолении 1 кг сырой пробы;

m – навеска золы, взятая на анализ, г;

х.в. – химический выход носителя;

р – поправка на самопоглощение β-излучения в образце.

Примечание. При определении цезия-137 в растительных пробах, загрязненных «свежими» продуктами деления, прово­дят дополнительную очистку цезия на гидроксиде железа. Для этого водный раствор после выщелачивания цезия из прокаленных ферроцианидов закисляют до 0,1 н. НС1 и вво­дят 10—15 мг хлорида железа FeCl₃. Осаждают при нагревании аммиаком гидроксид железа. После коагуляции осадка его отфильтровывают. Фильтрат упаривают до 20см³, закисляют до 3 н. НС1 и проводят операции по осаждению как указано в методике.

Материалы, реактивы, аппаратура (см. задание 1).

Задание 2. Определение концентрации цезия-137 в почвах

Краткие теоретические сведения. Естественная концентрация це­зия в почвах очень мала и составляет порядка 10^-4 %. Таким обра­зом, цезий относится к группе микроэлементов почвы. Попадаю­щий в почву радионуклид ^l37Cs будет включаться в состав тех же соединений, что и природный цезий. Химическим аналогом цезия и его неизотопным носителем является элемент калий.

Радиохимическое определение ¹³⁷Cs в почвах имеет свою спе­цифику. Дело в том, что ^l37Cs значительно труднее, чем ⁹⁰Sr экстраги­руется из почвы с помощью кислот. Способ двукратного экстра­гирования ¹³⁷Cs 6 н. НС1 позволяет извлечь из минеральных почв только 70-80 % этого радионуклида. В ряде случаев получают еще меньшие выходы. Для полного извлечения ^l37Cs применяют способ сплавления почв со щелочами. При таком способе удается полнос­тью перевести ¹³⁷Сз в растворенное состояние. Однако для службы сельскохозяйственной радиологии целесообразно при массовых анализах ограничиться определением не общего, а лишь экстраги­руемого ^l37Cs, так как именно экстрагируемые формы радиоцезия являются основным источником поступления этого радионуклида в растения и загрязнения сельскохозяйственной продукции.

В излагаемой здесь методике ^l37Cs количественно извлекается из солянокислой вытяжки с помощью специфического сорбента – фе­рроцианида калия и кобальта К₂Со[Fе(СN)₆]. В этом сорбционном методе добавку носителя производить нельзя, так как добавка изотопного носителя может привести к уменьшению сорбции ¹³⁷Cs. Однако в ходе работы необходимо учесть выход сорбента. Кроме того, ферроцианидный сорбент может сорбировать в некоторых количествах ⁹⁰Y. Поэтому, когда один и тот же экстракт использу­ется для определения ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr пo ⁹⁰Y, вводить иттрий в качестве удерживающего носителя на стадии экстракции нельзя.

Материалы и оборудование: 0,5 М раствор гексацианоферрата калия, 0,3 М раствор нитрата кобальта Со(NОз)₂, растворы носи­телей Ru, Zr, Nb, Co, Zn, сушильный шкаф, аналитические весы, бумажные фильтры, воронки, стеклянные палочки, чашечки из фольги, радиометр, центрифуга.

Приготовление сорбента. 1. К одному объему 0,5 М раствора гексацианоферрата калия медленно (в течение 30 мин) и при непрерывном перемешивании прибавить 2,4 объема 0,3 М раствора нитрата кобальта Co(NO₃)₂. Избыток нитрата кобальта необходим для образования лучшей структуры осадка. Осаждение следует проводить при комнатной температуре.

2. Суспензию отцентрифугировать. Осадок несколько раз промыть водой и высушить при температуре 115 °С.

3. Высушенные гранулы растереть и просеять через сито с от­верстиями диаметром 0,25 мм.

Выполнение работы:

1. Выполнить те же самые операции получения солянокислой вытяжки из анализируемой пробы почвы, как указано в задании 2 п. 1-4.

2. В полученную вытяжку добавить 100 мг ферроцианидного сорбента. Раствор с сорбентом перемешать и оставить на двое суток. Периодически производить перемешивание суспензии. В случае необходимости добавить удерживающие носители Ru, Zr, Nb, Co, Zn в количестве около 5 мг. В данном случае нет необхо­димости вводить точно заданное количество носителей, поэтому приготовление титрованных растворов необязательно.

3. После отстаивания суспензии в стакане раствор осторожно слить путем декантации или с помощью сифона.

4. Небольшой остаток с раствором и сорбентом отфильтровать на бумажном фильтре, сорбент промыть дистиллированной водой, подкисленной соляной кислотой, и осторожно, чтобы не было по­терь, высушить в сушильном шкафу при температуре 60-70 °С.

5. Высушенный осадок осторожно измельчить на фильтре стеклянной палочкой и по возможности полностью перенести во взвешенную заранее чашечку из фольги.