Способ определения стронция-90 в морской воде Советский патент 1989 года по МПК G01N31/00 

Изобретение отнбсится к аналитической химии и радиохимии, в частности к методам анализа радиоактивности окружающей среды, и может быть использовано для экспрессного определения содержания радионуклидов строиция в морской воде и в больших объемах жидкости.

Известен способ определения стронция- 90 (Sr) в растительности и пищевых продуктах, в котором используется метод непосредственной экстракции иттрия-90 () моноизооктиловым эфиром ; метилфосфоновой кислоты (МИОМФК). В

со ел

этом случае к полученному после растворения проб азотнокислому раствору

СП добавляют последовательно определенел ел ные количества толуола, керосина и МИОМФК, перемешивают на аппарате для встряхивания колб, при отсутствии образования твердого экстракта прибавляют железо. Экстракт отфильтровывают через двойной слой марли и измеряют радиоактивность.

Применение этого способа для определения Sr в морской воде ограничено необходимостью выделения °Y из очень больших объемов (порядка 100 и .большелитров) и применением органических растворителей, что особенно неудобно при проведении исследований в экспедиционных условиях на корабле Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения Sr в морской воде, основанный на концентрировании его из больших объемов при внесении известного количества стабильного изотопа стронция в качестве изотопного носителя, . Способ заключается в следующем: концентрирование ведут одним из известных способов, например соосаждением с карбонатами или оксалатами, добавляют стабильные изотопы строн ция. Полученный осадок карбоната металла с целью отделения от дочернего Y растворяют в соляной кислоте и отделяют добавлением безугольного аммиака осадок гидроокиси железа. Фильтрат подкисляют до рН 1-2, обрабатьшают хлорным железом и без-. угольным аммиаком и повторно вьщеляю осадок гидроокиси железа. Из фильтрата добавлением карбоната аммония вьщеляют осадок карбоната стронция. Последний раствбряют в 6 н,соляной кислоте, отбирают аликвотную часть, добавляют раствор стабильного Y (в виде хлорида) и оставляют на 14 суток, отделяют Y от Sr осаждением гидроксида внесенного стабильного иттрия и вьвделяют оксалат иттрия. Осадок либо непосредственно переносят на предварительно взвешенный и помещенный в специальную разборную воронку бумажный фильтр, либо прокаливают до оксида,Выделенный пре парат иттрия измеряют на низкофоновой радиометрической установке. Хими ческий выход носителя-стронция опре деляют методом фотометрии пламени, иттрия - по разности массы фильтра с оксидом и без него. Недостатком метода является его длительность, связанная с накоплени ем , и необходимость определения химического выхода носителя-стронци на фоне значительно больших количес кальция (до трех порядков). Так, дл накопления Y требуется, как правило , не менее 14 при. этом д стирается равновесие между мазеринс ким и дочерним радионуклидами, что необходимо при определении содержания Sr на глобальном уровне. Цель изобретения - сокращение времени анализа и упрощение способаi Это достигается тем, что в способе определения стронция-90 в морской воде, включающем введение в анализи:руемую пробу изотопа-носителя, сорбционное концентрирование радионуклидов, отделение дочернего иттрия-90 от стронция-90 соосаждением на гидроокиси железа, вьщеление оксалата иттрия и последующее измерение радиоактивности иттрия, в качестве изотопа-носителя используют хлориды иттрия, церия, железа,а полученный после отделения стронция-90 осадок растворяют в соляной кислоте и пропускают через анионит, элюат подвергают очистке от радионуклидов церия, тория и редкоземельных элементов путем осаждения их иодатов в азотной кислоте с последующим вьщелением из него чжсалата иттрия. По измеряемой радиоактивности иттрия судят о количестве стронция. Предлагаемый способ иллюстрируется схемой. Способ заключается в концентрировании на гидроксидах железа и алюминия в присутствии изотопного носителястабильного иттрия, отделении иттрия от большой массы внесенного железа неизотопного носителя, радиохимической очистке от радионуклидов церия, тория и возможно захватившегося небольшого количества Sr, Известно, что гидроксидами железа и алюминия радионуклиды редкоземельных элементов и иттрия осаждаются практически количественно. Из присутствующих в морской воде искусственных и естественных радионуклидов наибольшую погрешность, как показали выполненные расчеты, могут вносить Се и ThCUX,), в случае свежих поступлений продуктов деления вследствие радиоактивных выпадений или из других источников необходимо отделение от , имеющего близким период полураспада с , Для отделения иттрия от большого количества железа, снижающего полноту выделения оксалата, использовали метод ионообменной хроматографии, ПрилиспользоваНИИ анионнта (табл, 1) железо практически количественно сорбируется из 9.н,НС, Остающееся в растворе количество железа не превышает 0,06% от внесенного, что не оказьшает сущесТ венного влияния на конечное осажде ние иттрия в виде jOKcanara. Для отделения Y от радионуклидов редкоземельных элементов и тория выбран метод осаждения их иодатов из азотнокислой среды. Иттрий, иодат Kotoporo характеризуется большей растворимостью (10 раз), остается в растворе. Полнота вьщеления церия составляет 99,6-99,7%. В табл. 2 приведены данные по радиохимической чистоте вьщеленного иттрия. В синтетическую морскую воду вносили стабильный иттрий и радионуклиды Се, Th(UX,.) и К, последний с реактивами KJOj и KBrOj и проводили однократное осаждение иодата церия, двухкратное осаж дение иодата циркония и трехкратное осаждени е гидроксида иттрия. Видно, что эти операции обеспечивают достаточно надежную радиохимическую чистоту вьщеляемого иттрия. За критерий радиохимической чист.оты принята пороговая чувствительность радиометрических установок., равная 136. Небольшое загрязнение вьщелен ного иттрия (радиоактивиость то( К)) не превьш1ает 4 расп/мин и то только при измерении на высокочувствительиой аппаратуре (Аи-проточные низкофоновые, счетчики). При современных уровнях содержания Sr в морской воде это может привести к за вьипению результатов анализа не более чем на 10%, что находится в пределах ошибки. С целью уменьшения захвата К его можно отделить сорбцией иттрия на колонке катионита из 0,3 и. НС1 с последующей десорбцией 3 н. НС Гтабл, Однако при этом увеличива ется время анализа. Химический выход носителя-иттрия при вьщелении из 35 л синтетической морской воды составлял 57,4±7,0 (53,3-62,7)%, что со гласуется с данными других исследова телей, полученных по общепринятой методике соосаждения с карбонатами щёлочноземельных элементов и выделения Y после достижения равновесия 35г-63% и 60-65%. Ошибка анализа при концентрациях , соизмеримьпс с уровнем фона низ : кофоновой -установки с 4 1-пр6точным счетчиком, и измерении радиоактивности образца в течение 60 мин не превьшгает 20%. Время анализа 6-8 ч. Пример. 1. В пробу морской воды объемом (до 35-40 л) вносят носители - 2 мл раствора YCl (10 мг. У/мл), 1 мл раствора (10 мг Се/мл), 3 мл раствора SrClji (100 мг Sr/MJi) и кристаллический NH4C1, количество которого определяется объемом пробы. Прибавляют коицентрированную HCJ до рН 2. 2.При перемешивании осаждают. Ре(ОН)з трехкратным прибавлением по 1 МП раствора FeCl, (100 мг Fe/мл) и концентрированную , Перемешивают и оставляют примерно на 1-2 ч до оседания осадка. 3.Декантируют основную часть раствора с помощью сифона; оставшиеся 2-3 л фильтруют через воронку Бюхнера или центрифугируют. , и. Осадок на воронке растворяют в минимальном количестве концентриро-. ванной НС1 и переосаждают Fe(OH) безугольным, аммиаком. Осадок промывают дистиллированной водой и растворяют в минимальном объеме 9 н.НС. 5.Раствор со скоростью 1 мл/мин пропускают через колонку, заполненную анионитом (Даузкс или АВ-17), предварительно промытым 9 н.НС. Регенерация смолы достигается промьгоанием ее О, н. НС1 (размеры колонки: диаметр - 2,5 см; высота - 28 см; количество анионита - 30 г), водой и перед опытом 9 н.НС (2-3 свободных объема). 6.Из элюата осаждают гидроксиды прибавлением концентрированного NH.ОН, не содержащего СО. Осадок промывают водой и растворяют в 7 мл концентрированной HNOj. Прибавляют на кончике шпателя бромат калия, нагревают и осаждают Ce(IO) добавлением 16 мл 0,35 М раствора К10. Нагревают несколько минут до получения кристаллического осадка и фильтруют через фильтр с красной лентой (диаметром 6 см). Промьшают 2 раза небольшим объемом разбавленного раствора KlOj (7 мл концентрированного HNOg+ 6 мл 0,35 М КЮз). 7. К фильтрату прибавляют бромат алия и 0,65-0,8 мл раствора ZrOCl Zr/мл), нагревают и фильтруют. з фильтрата повторяют осаждение r(lO). . 8. Фильтрат кипятят при добавлеии концентрированного до полного разрушения бромата и иодата калия (до обесцвечивания раствора), 9.Добавляют раствор SrCl (около 5 мг Sr), кипятят несколько минут до удаления CO/j. и осаждают (011) добав лением NH,, не содержащего СО. Осадок промьшают горячей водой и рас воряют в НЫО} (если наблюдается соосаждение броматов и иодатов, то снова прибавляют и кипятят) и переосаждают 2 раза. 10.Осадок Y(OH) растворйют в небольшом объёме 0,3 н. НС1 (примерно 10 мл). Раствор нагревают и осаждают Y2,()3 добавлением равного объема (насыщенный раствор). Осадок переносят на разборную воронку, лромьшают спиртом, высушивают до постоянного веса, взвешивают и измеряют радиоактивность (фильтр предварительно промывают спиртом и высушивают в тех же условиях). Химический выход носителя при осаждении Fe(OH)« из 35 л пробы и декантащш основной массы раствора составляет 50-60%. Ошибка определеОтделение железа на анионитах (колонка размером: диаметр 2,5 см, высота - 28 см; размеры зерен анионитов - 200/400 меш; хкорост протекания раствора J мл/ь(ин)

Таблица иия не более 20%; время, затрачиваемое на определение порядка 6-8 ч. В табл, 4 приведены уровни содержания Sr в морской воде, полученные нами по общепринятой методике с накоплением , взятой нами в качестве базового объекта сравнения, и по предлагаемому способу непосредственного вьщеления . I, Полученные данные по двум способам хорошо согласуются между собой, что указывает на перспективность применений предлагаемого экспрессного способа определения Sr в морской воде. Преимуществом последнего, помимо экспрессности (время анализа сокращается примерно в 40 раз и результаты могут быть получены в день отбора пробы) , является его простота, в частности не надо определять химический выход стронция методом фотометрии пламени, и использование легкодоступных отечественных анионита и реактивов.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРОНЦИЯ90 В МОРСКОЙ ВОДЕ, включающий введение в анализируемую пробу изотопаносителя, сорбционное концентрирование радионуклидов, отделение дочерного иттрия-90-от стронция-90 соосаждением на гидроокиси железа, вьщеление оксалата иттрия и последующее измерение радиоактивности вьщеленного иттрия, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени анализа и упрощения способа, в качестве изотопа-носителя.используют хлориды иттрия, церия, железа, а полученный после отделения стронция-90 осадок растворяют в соляной кислоте и пропускают через анионит, злюат (Л подвергают очистке от радионуклидов церия, тория и редкоземельных элемен,тов путем осаждения их иодатов в азотной кислоте с последующим вьщелением из него оксалата иттрия.

Содержание железа определяли cei,ti -дипиридилом (предел . обнаружения - 0,0 мкг/мя, ошибка - при концентрации О,02-,О мкг/мл ошибка снижается до ±0,4-6,6%.

предварительно осаждали гидроксиды железа и иттрия иэ 35 л синтетической морской воды. Осадо); гдареосаждали и растворяли в 9 н. НС . Отделение иттрия от Се, Th(UX,) и К из 35 л синтетической морской воды) Низкофоновая установка с 14ir-проточным счетчиком (эф фективность счета 70-80%) То же Установка УМФг1500 с трубкой СТС-5 (эффективность счета 15%) Низкофоновая установка с 4|Г-проточным счетчиком

Отделение иттрия от калия (К) на катионите Примечание, , (

.Таблица 3.

40, Перед отделением иттрия от калия на катионите последовательно осаждали иодаты церия (1 раз) и циркония (2 раза), гидроокись иттрия. Осадок растворяли в небольшом объеме 0,3 и, HCI и пропускали через колонку с Дауэкс-50 в Ш -форме (слой смолы 1x1 см) со скоростью около 4-5 МЛ/МИН1. Катйонит промьшали 0,3 н. НС1 5 свободных объемов), десорбировали иттрий 3 н. НС1 (примерно 40-50 мл), осаждали (ОН)з, прокаливали до Y2.0j и измеряли радиоактивность i I. Т a б л и-ц a 2 (вьщеление 0,84±0,07 0,84±0,21 2,9510,18 2,01+0,18 2,01±0,54 6,4±0,36 0,85±0,06 0,85±0,18 4,021:0,12 0,77±0,16 0,77±0,48 1,15±0,24 1,6±0,29 ,45±0,27 2,Bio,07 2,8±0,21 2,4±0,70 Не обн. 2,2±0,55 н 2,5+0,62 2,240,37 2,2±1,17 2,0±0,74 2,3±0,17 1,82±0,14 1,82±0,42 5,2±0,22

11

1095555 П

12 Таблица 4 . Объем анализированных проб 40 л. 2.Выделение °Sr и отделение Y после достижения равновесия. 3.Химический выход носителя-иттрия составлял 95-100%. 4.Измерение радиоактивности проводили на установке: фон - 7 имп/мин, эффективность счета - 60%; ошибка измерения на уровне ,95.:составляет не более . 5.. Измерение радиоактивности на низкофоновой установке с 4|Г-проточным счетчиком: фон 0,4-0,5 имп/мии; эффективность х:чета - 49%j ошибка измерения на уровне ,95 составляет не более 2%.