您现在的位置:汇感农业 > 农业化学卷 > 放射性物质分离 正文

放射性物质分离

作者:汇感农业百科  阅读:次  类别:农业化学卷

     将放射性物质从其他物质中分离出来的技术。为了获得研究中所需的放射性物质,使研究对象适宜于放射性测量或排除干扰测量的物质及进行放射性废物处理等,都需进行分离工作。由于放射性物质常处于微量低浓度,需向分离体系中加入常量非放射性物质,载带微量放射性物质一起参加反应,这种常量物质称载体。若载体与放射性核素属同种元素,称同位素载体;若不属同种元素则称非同位素载体。有时为了阻止放射性物质参与反应,也需加入其稳定性同位素或化学类似物,这种物质称反载体(或抑制载体)。常用的分离方法有以下四种:

    共沉淀法 利用微量放射性物质与常量非放射性物质一起形成沉淀的现象进行分离、浓集和纯化的一种方法。按沉淀形成机理不同,可分为共结晶共沉淀法和吸附共沉淀法两种。①共结晶共沉淀法。放射性的离子、分子或小晶核单位取代沉淀物晶核上的常量物质并进入晶核内部而从液相转移到固相上,也称体积分配。例如,试验样品中的放射性65Zn2+90Sr2+可用Na3PO4与CaCl2在pH9.5条件下形成共沉淀获得。②吸附共沉淀法。放射性物质吸附在常量物质沉淀的表面,而从液相转移到固相上,也称表面分配。常用的常量物质为无定形沉淀如具有巨大的表面和低溶解度的Fe(OH)3、Al(OH)3及MnO2等,主要是通过离子交换吸附、分子吸附和化学吸附。吸附效率与沉淀本身的组成、性质、沉淀方式等因素有关。吸附共沉淀具有可同时吸附浓集多种放射性核素、所用试剂价廉等优点,常用于处理放射性废水及污染饮用水的净化,但选择性不高。例如,上述的无定形沉淀,除对碱金属和某些情况下的碱土金属吸附效果较差外,对多种放射性核素的吸附效果都较好。

    溶剂萃取法 利用溶剂将微量物质从一相(水相)转移到另一相(有机相)的简便而有效的分离方法。也称液液分配法。不同物质在互不相溶的水相和有机相中分配不同,当将水相和有机相混合振荡时,物质就在两相进行可逆转移。当达到平衡时,其在两相中的浓度之比称分配系数D。D值愈大,该物质愈易被萃取。在一定条件下,各种物质的D为常数。两种物质的D值之比称分离系数(D1/D2=α),其值与1偏离越大时,两者越易分离,分离的选择性也越高。按萃取机制不同,溶剂萃取法可分为5种:①简单分子萃取。被萃取物质在两相中都以中性分子形式存在及仅按溶解度的大小而进行的简单物理分配过程。常用的溶剂为CCl4、CHCl3、已烷、苯等。②中性络合萃取。被萃取物质与中性萃取剂分子形成溶于有机试剂的中性络合物而被萃取。重要的中性萃取剂是中性磷类(如磷酸酯、烷基磷酸酯类),次为含氧有机试剂(如醛、酮、酯、酸、醇和醚)。③酸性络合萃取。放射性离子与弱有机酸分子中的H+发生交换,形成中性络合物而被萃取,也称阳离子交换萃取。当萃取剂是多官能团的酸性有机物时(如β-二酮,8-羟基喹啉,羟肟类、萘酚类),则形成中性环状络合物(螯合物),称螯合萃取。例如,打萨腙与试验中利用的多种放射性金属离子(65Cu2+60Co2+5559Fe3+65Zn2+等)形成稳定络合物的pH值不同,利用调节pH值可将它们分离。④离子缔合萃取。水相中的放射性金属络阴(阳)离子和萃取剂形成的反离子以离子缔合方式结合成萃合物而被萃取。这类萃取可分为盐萃取、胺类萃取及其他类型的大离子萃取。⑤协同萃取。用两种或两种以上萃取剂的混合物萃取时,金属离子的分配系数较在相同条件下,用单个萃取剂时的分配系数之和高,从而能得到更好的分离效果。

    离子交换法 利用某些固体物质与溶液中的离子之间发生交换反应进行分离的方法。具离子交换能力的固体物质称离子交换剂,按其来源分天然和人工合成两种。常用的是人工合成的有机离子交换剂,又称离子交换树脂。按树脂分子上的活性基团性质不同,可分阳离子交换树脂(能与阳离子进行交换)、阴离子交换树脂(能与阴离子交换)及特种离子交换树脂(具特殊功能团,对特定离子具强交换作用)。其中含-SO3H的强酸性阳离子交换树脂和含季胺碱的阴离子交换树脂,与阳、阴离子的交换容量不受溶液pH值的影响,因而应用广泛。

    利用离子交换剂分子上的活性基团能与阴阳离子进行交换及交换能力随离子不同而异,达到不同离子分离的目的。离子交换反应是可逆的,在一定条件下,当反应达到平衡时,被交换离子在交换剂中的浓度与在溶液中的浓度比值称分配系数,它的大小受交换剂分子上的活性基团性质及数量、溶液的pH值、被交换离子的性质、温度等影响。其值越大,表示在交换平衡时,该离子被交换吸附的量越多。在许多情况下,仅利用离子交换树脂与不同离子交换能力不同即可进行分离。例如,欲将32PO43-与其他阳离子分离,只需采用阳离子交换树脂即可实现。当需分离性质很相似的离子时,则须使用适当的淋洗剂或络合剂,利用不同离子的络合能力不同而有选择的洗脱下来。

    离子交换分离技术按料液与树脂接触方式,可分间歇式静态交换和柱式动态交换两种。通常采用后法。在处理组分复杂的放射性废水时,可先用过滤或Fe(OH)3絮凝吸附沉淀等方法进行预处理,除去溶液中可能存在的非电介质、胶体及悬浮固体,然后调节废水pH值,使其通过强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。离子交换法具有选择性强、回收率高、应用范围广和适应性强、设备简单、操作方便及可重复使用等优点。它是放射性物质分离的重要手段。

    色层法 又称色谱法、层析法。是一种物理化学分离分析方法。它是利用混合物中各组分的物理化学性质差异,使各组分以不同的程度分配于两个相中。其中一相称固定相;另一相流过此固定相称流动相。当两相作相对运动时,各组分在两相中反复多次分配,以不同速度移动,从而使只有微小差异的各组分达到分离。

    若按固定相使用形式的不同,色层法可分为柱色层法、纸色层法和薄层色层法。①柱色层法。在柱上进行的色层法,可分为吸附柱色层和分配柱色层。吸附柱色层是在柱中装着固定相(固体吸附剂,如硅胶、Al2O3、活性炭、分子筛等),当溶液通过时,各组分由于吸附能力不同,在吸附剂上滞留的程度也不同,从而彼此分离。吸附柱色层法最常用的分离技术是淋洗法,此外,还用顶替法,该法适用于放射性核素及有机物质(如蛋白质、酶、氨基酸等)的分离。分配柱色层是在柱上进行的一种萃取色层法(也称萃取柱色层,液一液色层),即以有机萃取剂吸附在惰性固定物质表面(称担体或支持体,如硅胶、含F高分子化合物、泡沫塑料等)作固定相,水溶液作流动相(如同多级逆流萃取器),水相中欲分离物质在色层柱中可进行多次分配,因而具很高的分离效率。②纸色层法。用纸作支持体的色层法。当将滴加样品的纸浸入适当溶剂(展开剂)中展开时,随展开剂的移动,试样中各组分在纸上不断进行吸附—解吸(或分配、离子交换作用)而分离成彼此分开的斑点,取出纸除去展开剂后,用放射自显影、放射性扫描或显色等方法对组分进行分析、鉴定。各种物质在一定条件下具有特定的比移值Rf(样斑中心至原点距离与展开剂前沿至原点的距离之比),因而可以分离和鉴定。Rf值差异愈大,分离愈好。除组分自身的性质外,纸的性质和含水量、展开剂的性质、温度等也会影响Rf值。在实际研究中,常用与标样共层析进行组分的鉴定。该方法具简便,分离效果好,灵敏度高等优点,广泛用于放射性物质的分离和分析。目前,周期表中几乎所有元素都可用该法进行分离。③薄层色层法。在玻璃板上均匀地涂一层物质作固定相,用展开剂渗过固定相使试样分离的方法。简称TLC。在TLC中,用作固定相的物质及其处理方法不同,分离机理也不同。若固定相用吸附剂、离子交换剂与担体的混合物,担体上涂以萃取剂,则分离机理分别是吸附色层、离子交换作用和萃取色层。TLC的分离效果也用比移值Rf表示,展开方式和展开后色谱的分析测量等与纸色层的相同。

【参考书目】:

    祝霖主编:《放射化学》,原子能出版社,北京,1985。