Методы радиохимического анализа

ИЗА. (2 часа).

Экспрессные методы радиационной экспертизы объектов ветеринарного надзора позволяют получить оперативные данные об уровне и масштабах радиоактивной загрязненности их смесью радиоизотопов неизвестного состава. Это необходимо для своевременного выявления источников радиоактивного загрязнения и недопущения для скармливания животным (птице) кормов, а в пищу людям продуктов животноводства, загрязненных радиоактивными веществами выше допустимых норм. Однако надо учитывать, что экспрессными методами получают лишь ориентировочные данные и только при анализе наиболее загрязненных радиоактивными веществами объектов. Поэтому основным методом определения радиоактивности объектов ветеринарного надзора в настоящее время считается радиохимический анализ, позволяющий наиболее точно найти концентрацию различных радионуклидов в кормах и продуктах животноводства, дать полную и объективную характеристику радиационной обстановки в хозяйствах обследуемой зоны. Результаты радиохимического анализа удельной радиоактивности объектов, обусловленной определенным радиоизотопом, используются для организации конкретных противорадиационных мероприятий. С помощью радиохимических и гамма -спектрометрических методов анализа проб радиологические отделы устанавливают содержание в них наиболее опасных в биологическом отношении радионуклидов: стронция - 89 - 90; цезия - 134 - 137; йода -131, свинца - 230, полония - 210, церия - 141 - 144; иттрия - 91; бария - 140; рутения - 103 -106; плутония, трития, углерода - 14.

Исследование на содержание полония - 210 и плутония проводят з районах с их повышенным содержанием в кормах. Радионуклиды церия -141-144, иттрия - 91, бария - 140, йода -131, рутения - 103-106, циркония-95 определяют в случае "свежих" выпадений радиоактивных осадков после проведения атомных испытаний или загрязнения сельскохозяйственных угодий продуктами ящерного деления в результате незапланированных выбросов (аварий) на ядерно-энергетических предприятиях. На содержание трития исследуют только продукты и сырье животного происхождения, зерно-фураж, ввозимые из-за рубежа.

Радиологические отделы на основании радиохимических, спектрометрических и радиометрических исследований дают заключение на пригодность к использованию отечественной и импортной сельхозпродукции (фураж, продукты и сырье животноводства).

Все операции радиационной экспертизы радиологические отделы выполняют в соответствии с Инструктивно-методическими указаниями по радиохимическим методам определения радиоактивности в объемах ветеринарного надзора, утвержденными Главным управлением ветеринарии.

Основы радиохимического анализа.

Радиохимический анализ состоит из ряда последовательных этапов, основными из которых являются: отбор и подготовка проб исследуемых объектов, переведение зольных остатков проб с растворенное состояние, разделение радиоактивных элементов на химические группы, выделение и химическая очистка интересующего радионуклида, его радиометрия, определение радиоактивности пробы и статистическая обработка полученных результатов.

Радиоактивные изотопы обладают теми же химическими свойствами, что и стабильные, и поэтому выделяют их из пробы так же, как и стабильные изотопы тех же элементов, применяя соответствующие методы аналитической химии. Значительные трудности возникают при этом в связи с тем, что радионуклиды содержатся в исследуемом материале в очень малых весовых количествах. Свойства вещества в таких ультрамалых количествах могут отличаться от свойств того же вещества, содержащегося в больших количествах. Эти особенности радиохимического анализа учитывают уже при отборе проб. Объем (масса) отбираемого материала должен обеспечивать возможность выделения радионуклида из пробы в достаточном количестве. Для этого следует ориентироваться на количественный выход золы при обогащении пробы путем ее озоления. В среднем на один радиохимический анализ требуется 10-50 г золы исследуемой пробы. Используемые для определения того или иного радионуклида методические приемы должны учитывать как специфическую осо бенность исследуемых проб, так и характер и степень их радиоактивного загрязнения.

От правильного выполнения первых этапов радиохимического анализа во многом зависит объективность данных о концентрации радионуклидов в исследуемых объектах. Поэтому непременным условием качественного выполнения радиохимического исследования является четкое выполнение правил отбора проб и их последующей обработки, включая переведение золы пробы в растворенное состояние.

Важно соблюдать режим термической обработки исследуемого материала. Высушивание рекомендуется проводить при 80-100°С до постоянной массы, т.е. до совпадения 2-3 показаний взвешивания высушенного материала; продолжительность высушивания около 1 часа после каждого контрольного взвешивания, которое проводится после охлаждения пробы до комнатной температуры.

Особенно важно соблюдать температурный режим при озолении пробы. Озоление проводят в муфельной печи после обугливания высушенной пробы на электроплитке или газовой горелке. Некоторые радионуклиды (йод - 131, цезий - 137, калий -40) возгоняются при высоких температурах. Так, например, сублимация цезия - 137 происходит при температуре 450°С и выше. Поэтому пробу для анализа на цезий - 137 следует озолять при температуре не выше 400°С. Для выделения из пробы только стронция - 90 (из кости) озоление можно проводить при температуре 500-600°С, т.к. стронций не разрушается от действия этих температур, а возгонка из зольного остатка калия - 40, цезия -137 и других термолабильных радиоизотопов в данном случае даже желательна, т.к. это способствует получению радиохимического чистого стронция - 90.

В связи с особенностями поведения ультрамалых количеств радионуклидов в сравнении с известными для данных элементов свойствами в ходе химического анализа применяют носители, которые вводят в пробу в начале анализа.

Доозоленяе и переведение золы в раствор.

При недостаточно полной минерализации зольного остатка (зола имеет темный или темно-серый цвет) перед проведением анализа проводят доозоление его, чтобы предотвратить потери радиоизотопов при растворении золы. Для этого взятую на анализ навеску золы 20-30 г помещают в фарфоровую чашку или термостойкий стакан, вносят растворы носителей определенных радионуклидов, увлажняют концентрированной азотной кислотой с добавлением 2-3 мл пергидроля до кашицеобразной консистенции и выпаривают досуха на электроплитке или газовой горелке. Надо следить, чтобы было именно выпа ривание при слабом нагреве, а не прокаливание высокой температурой, так как может произойти спекание зольного остатка.

После выпаривания чашку помещают в муфельную печь с температурой ЗОО-35О°С на 20 мин. Затем чашку с пробой золы охлаждают и операцию доозоления повторяют не менее 2-3 раз для растительных проб, а для золы молока, мяса, костей - до светло-серого цвета золы. После процесса доозоления золу обрабатывают один раз концентрированной соляной кислотой из расчета 2-3 мл соляной кислоты на 1 г золы. Кислоту выпаривают досуха. Этот прием проводится для того, чтобы перевести содержащиеся в золе минеральные вещества в солянокислые соли (хлориды).

Далее, чтобы проводить радиохимический анализ пробы по выделению радионуклидов, надо перевести соли, содержащиеся в золе, в растворенное состояние. Проводят процедуру переведения золы в раствор. Применяют жесткие условия - высокую температуру (длительное кипячение), перемешивание, воздействие сильными кислотами (соляная, азотная) в высококонцентрированных растворах. Несмотря на это, есть золы, которые можно полностью растворить (зола костей, молока), но большинство зольных остатков проб объектов не растворяются. В связи с этим применяют два метода - растворение золы, экстрагирование (вымывание, выщелачивание) золы. В первом случае сухой остаток золы помещают в термостойкий стакан, заливают 200-300 мл 2н раствора соляной кислоты и кипятят 30 мин при периодическом помешивании до полного растворения золы. Можно добавить 1 -3 мл перекиси водорода.

При экстрагировании золы сухой остаток помещают также в химический стакан, приливают 200-300 мл 2н раствора соляной кислоты, кипятят 20-30 мин.

Нерастворившийся остаток отделяют фильтрованием через складчатый фильтр. Затем фильтр с осадком переносят в стакан, заливают 100-150 мл 2н раствора соляной кислоты, вновь кипятят 20-30 мин. Раствор отфильтровывают. Осадок на фильтре промывают горячей водой. Фильтраты объединяют и этот раствор используют в анализе, а нерастворившийся осадок на фильтре отбрасывают.

Последовательные приемы при выполнении радиохимического анализа.

При проведении радиохимического анализа пробы исследуемого объекта в определенной последовательности выполняют специальные приемы, направленные на выделение интересующего радиоизотопа в радиохимически чистом виде для установления удельной радиоактивности объекта, обусловленной содержанием данного радионуклида.

В самом начале анализа в навеску золы пробы, взятой для анализа, вносят изотопные носители, чтобы они в ходе анализа следовали вместе с радионуклидами, претерпевая те же химические превращения и отражая неизбежные потери. Удерживающие носители можно вносить и в процессе анализа на этапе радионуклида. Например, перед отделением иттрия - 90,отлантана-90 вносят носитель лантана. При необходимости проводится доозоление пробы.

Далее, учитывая, что химические реакции протекают в водных растворах веществ, осуществляют перевод химических веществ, содержащихся в золе пробы, в растворенное состояние (растворенные золы).

Так как кислотный раствор золы представляет собой сложную по минеральному составу систему, на следующем этапе проводят разделение химических элементов на химические группы, применяя специфические реагенты с учетом характерного поведения элементов в данной реакции. Например, элементы второй и третьей аналитических групп (кальций, стронций, барий, иттрий, лантан) при взаимодействии с ионами щавелевой кислоты образуют нерастворимые в воде соли щавелевой кислоты (оксалаты), а элементы первой группы (калий, натрий, цезий) - растворимые. Поэтому с помощью щавелевой кислоты проводят разделение элементов этих групп путем осаждения оксалатоз второй и третьей групп и последующего отделения их фильтрованием или центрифугированием от элементов первой и других групп. Затем проводят разделение элементов второй и третьей аналитических групп, опять же основываясь на особенностях поведения этих элементов. Известно, что элементы третьей группы (иттрий, лантан и др.) при взаимодействии с щелочами образуют нерастворимые в воде гидроксиды, а образующиеся при этом гидрокеиды элементов второй группы (кальций, стронций, барий и др.) растворимы. Используя водный раствор аммиака, осаждают из смеси гидроксиды элементов третьей группы и отделяют их фильтрованием от растворенных гидроксидов элементов второй группы.

При отделении одних химических элементов от других методом осаждения может проявляться частичное совместное осаждение тех элементов, от которых стремятся отделиться. Это не позволяет выделить элементы в химически чистом виде. Поэтому используют в таких случаях растворение осадка и его переосаждение тем же реактивом, которым осаждали в первый раз. Операция переосаждения может проводиться 2-3 раза. В целях получения более чистого в химическом отношении осадка после отделения его фильтрованием или центрифугированием проводится промывание.

Следующий этап в анализе - выделение интересующего химического элемента из группы, к которой он относится. Для этого, так как химические свойства элементов и той же аналитической группы очень близки, используют особенности поведения элементов в химических реакциях. Например, лантан, находящийся вместе с иттрием, при взаимодействии с насыщенным раствором сернокислого калия (Л04) выпадает в осадок в виде двойных солей сульфатов калия и лантана, а иттрий остается в растворе. Таким приемом отделяют иттрий от лантана. В этом случае с двойной солью сульфата лантана будут осаждаться радиоактивные изотопы церия - 141 - 144, свинца - 210 и других редкоземельных элементов.

Таким образом, ряд последовательных операций выделения и концентрирования радиоактивного элемента, в результате которых достигается отделение основной массы макро-примесей, а затем проведение радиохимической очистки выделяемого элемента с помощью удерживающих носителей позволяет получить радиохимически чистый элемент который подвергается радиометрии.

Радиохимически чистым можно условно назвать препарат, в котором скорость счета от других присутствующих радионуклидов равна или меньше 1% скорости счёта выделяемого радиоизотопа. Проверка радиохимической чистоты каждого выделенного радиоизотопа -обязательный этап радиохимического анализа.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >