книги из ГПНТБ / Воробьев, А. М. Методы определения радиоактивных веществ в воздухе [практическое пособие]

го содержания аэрозолей в воздухе. При небольшом

содержании аэрозолей необходимо протягивать не ме­ нее 10 м3 воздуха.

Ход анализа. Фильтр после отбора пробы перено­

сят в фарфоровый тигель и сжигают в муфеле при тем­

пературе 500—600° до озоления. После охлаждения Тигля остаток дважды обрабатывают 2 мл смеси 6 M HCl и 0, IM H2C2O4. Жидкость из тигля переносят в

делительную воронку, прибавляют 2 мл октилового

спирта и встряхивают содержимое в течение 1—2 мин.

После полного расслаивания отбрасывают водный

слой, содержащий продукты деления, а органический

для полного удаления циркония и ниобия дважды про­

мывают смесью 6М HCl и 0,IM H2C2O4. Далее реэк-

страгируют протактиний из органического слоя в вод­

ную фазу смесью 8М HCl и 0,5M HF. Выход радиохи­ мически чистого протактиния составляет 90%.

Для определения концентрации протактиния в про­ бе отбирают аликвотные части либо из органического

слоя после промывки, либо из водной фазы после реэк­

стракции, наносят на стальные мишени, высушивают и

просчитывают на установке с торцовым счетчиком. Абсолютную активность пробы определяют путем

сравнения с эталоном из прометия-147.

Вариант II

* Принцип метода. Метод основан на избирательной экстракции протактиния метилизобутилкетоном, диизопропилкарбинолом или диизопропилікетоном из соля­

нокислых растворов. Реэкстракция протактиния из

органической фазы осуществляется смесью фтористо­

водородной и соляной кислот.

Торий, уран и продукты деления, за исключением ниобия, не мешают определению протактиния.

Реактивы и материалы. 1. Органические растворители: метилизобутилкетон, диизопропилкетон или диизопропилкарбинол. Для ра­ боты пригоден любой из названных растворителей.

2.Соляная кислота, 8М.

3.Кислотная смесь, 8М HCl + 0,5M HF.

4.Хлористый алюминий гидрат, AlCl3 ∙ 6H2O.

Ход анализа. Отбор пробы воздуха и обработка фильтра осуществляются так же, как в варианте 1.

60

После охлаждения тигля остаток дважды обраба­

финированную, прибавляют 1 мл одного из названных выше растворителей и встряхивают содержимое в те­

чение 1—2 мин. После полного расслаивания смеси

отбирают пипеткой или капилляром верхний слой. Не­ обходимо следить, чтобы капли водного раствора не попали в органический раствор, содержащий железо и

AiCl2∙6H2O — для связывания фтор-иона и восстанов­

ления экстрагируемости протактиния. Содержимое

встряхивают в течение 2 минут и после расслаивания

смеси переносят органический слой в другую пробир­ ку, а водный отбрасывают. Органический слой, содер­

жащий протактиний, промывают 2 мл 8 M раствора

HCl. Промытый органический слой переносят в третью

пробирку и реэкстрагируют протактиний в водную фа­ зу смесью 8 M раствора HCl и 0,5 M раствора HF. Для получения радиохимически чистого протактиния и для

полной очистки от ниобия необходимо проведение двух циклов. Выход протактиния составляет 92—94%. Для

определенитПсоліичества протактиния, содержащегося в

пробе, отбирают аликвотные части либо из органичес­

кого слоя после промывки, либо из водной фазы после

экстракции, наносят на стальные, мишени, высушивают

учесть, что благодаря легкой гидролизуемости протактиния и боль­ шой склонности к адсорбции все операции в растворах необходимо проводить в’ среде комплексообразователей — плавиковой, щаве­ левой, винной кислот или в присутствии 7—IOM HCI. Хранить про­ бы сточных вод желательно в сосудах из полиэтилена.

Определение протактиния в сточных водах производится сле­ дующим образом: 500 мл пробы сточной воды упаривают до 100 мл, далее добавлением NH3 осаждают гидроокиси примесей (Fe и др.). Осадок, содержащий протактиний и часть продуктов деления, отде­ ляют от раствора центрифугированием и растворяют в 3 мл смеси

0,5M HF и 8М HCl.

61

Раствор переносят в плексигласовую пробирку с притертой ' пробкой, прибавляют равное количество метилизобутилкетона и проводят выделение и очистку протактиния по описанной выше ме­ тодике.

Моющие средства до 0,1 г/л и обычные примеси не мешают оп­ ределению.

УРАН

Уран является основным элементом, используемым для получения атомной энергии. Природный уран со­ стоит из трех изотопов: U234, U235 и U238. Их содержание

в смеси составляет 0,0057, 0,7204 и 99,2739%, а перио­ ды полураспада 2,48×105 лет, 7,13×108 лет и 4,5×109

лет соответственно. Активность природного урана

равна 1520 расп/мин на 1 мг, при этом активность рас­

большого количества энергии и избыточных нейтронов,

содержат несколько десятков других элементов. Поэ­ тому обработка руды заключается в предварительном

концентрировании, извлечении урана в водную фазу и выделении урана из растворов. На различных стадиях

переработки отделяются члены радиоактивных се­ мейств урана: UXi, радий, протактиний, иониц и другие

элементы. Для очистки урана применяются осадитель­

ные, экстракционные и хроматографические методы.

Уран — серебристый блестящий металл с удельным

весом 19,04 г/см3 и температурой плавления 1132°. Ме­

таллический уран получают восстановлением галоге­ нидов четырехвалентного урана металлическим каль­ цием или магнием. Уран является высокореакционно­

62

способным веществом и образует соединения почти со

всеми элементами периодической системы. На воздухе

компактный' металл быстро покрывается черной плен­

кой окиси, а порошкообразный уран пирофорен. Уран

хорошо растворяется в азотной и соляной кислотах.

Практическое значение имеют соединения двух' ва­ лентных состояний урана: сравнительно малоустойчи­

вое + 4 и Устойчивое +6. Шестивалентный уран имеет структуру уранил-иона UO2++. Соединения четырехва­ лентного урана получают восстановлением солей ура­ нила электрохимическими способами или воздействием

лей уранила является способность экстрагироваться из

водных растворов органическими растворителями, что обеспечивает отделение урана почти от всех других элементов. В качестве экстрагентов используются про­ стые и сложные эфиры, трибутилфосфат и другие фос­

форсодержащие »растворители , высокомолекулярные

вторичные и третичные амины (В. Μ. Вдовенко, 1960).

Большое значение имеет гексафторид урана, ис­

пользуемый для разделения изотопов урана. UF6 —

бесцветное соединение, которое при давлении 1 ати

сублимирует при температуре 56,5°. Получают его фто­ рированием ’ тетрафторида фтором или трифторидом

хлора:

UF4 + F2.→ UF6,

UF4 + ClF3 → UF6+ ClF.

Гексафторид урана — химически весьма активное

вещество. На воздухе в присутствии паров воды он

63

гидролизуется с образованием мелкодисперсных аэро­

Однако не исключено существование в воздушной сре­ де в течение определенного времени и негидролизован­

ного продукта.

Уран и его соединения представляют опасность для человека как по химическим токсическим свойствам,

так и по радиоактивным. Наиболее токсичны раство­

римые соединения урана. При поступлении в организм

шестивалентный’ уран откладывается в основном в почках и костях, четырехвалентный уран — в печени..

Крупнодисперсные аэрозоли накапливаются в легких. Среднегодовые допустимые концентрации изотопов урана в воздухе производственных помещений равны:

урана естественного — 0,2 мг/м3; U233, U234 и U235 — 1,2 X XlO-13 Ки/л, U233—7,2×10~14 Ки/л, или 0,2 мг/м3. Допус­ тимая концентрация отдельно на гексафторид'урана в

СССР не установлена, в США в качестве допустимой принята концентрация, равная 0,05 мг/м3.

Радиометрический метод определения урана

Принцип метода. Принцип метода заключается в

осаждении аэрозолей на фильтре из тканей Петрянова и‘последующем измерении a-активности урана с по­

мощью радиометрической аппаратуры.

Измерение активности урана проводится после рас­

пада короткоживущих продуктов распада радона и то­ рона.

Чувствительность метода — 2×10~12 Ки в пробе.

Реактивы и материалы. 1. Азотная кислота; концентрированная и разбавленная 1:1.

миния. Готовят следующим образом: 80 г нитрата алюминия растЕоряют в дистиллированной'воде, прибавляют 2,5 мл концентриро­

64

Объем протянутого воздуха для анализа определяют в. зависимости от количественного содержания аэрозо-7

лей. На содержании аэрозолей урана в порядке 1CH4→- -÷-10~15 Км/л необходимо ¡протягивать не менее 1000 л

воздуха.

Ход анализа. А. Определение урана в отсутствии других о-излучателей и некоторых примесей. Если в воздухе отсутствуют другие долгоживущие а-излуча-

тели и количество неактивной пыли на фильтре не пре­ вышает Г мг/см2, то производится прямое радиометри­ ческое определение урана без химической обработки

фильтра.

Обсчет фильтра производят после распада естест­ венных аэрозолей через 4 суток с момента отбора про­ бы. В целях оперативности контроля через сутки после

отбора пробы измеряют фильтры. В этом случае экспе­

риментально определяется поправка на продукты рас­

пада торона, которая затем вычитается.

/.

В случае б<я

ɪ Ж

— InK

В случае б>а

где Л == ɪ2— коэффициент проскока, определяемый

экспериментально для данной скорости отбора и каж­ дой новой партии фильтра;

N2, Ni — количество импульсов на радиометри­

ческой установке при измерении второго и первого

фильтров; а — толщина фильтра (мг/см2); б — мини­

мальная толщина слоя фильтра, свыше которой a-час­

тицы не регистрируются (мг/см2).

папиросная бумага, калька, алюминиевая фольга тол­ щиной 1—2 мг/см2.

на, найденного химическим (люминесцентным или ко­ лориметрическим) методом, к количеству урана, най­ денного радиометрическим методом.

Б. Определение урана в присутствии других а-излу- чателей и неактивных примесей. При наличии в возду­

хе других а-излучателей, а также большого количества

пыли (толщина слоя на фильтре больше 1 мг/см2) не­

обходимо отделение урана-от примесей.

66

Отделение урана от других а-излучателей произво­

дится экстракцией этилацетатом или эфиром из 0,5N

раствора азотной кислоты в присутствии высаливателя

(нитрата алюминия).

В данных условиях обработки определению не ме­ шают радий, полоний и ионий (торий).

Ход анализа. Фильтр после отбора пробы переносят в фарфоровый тигель, смачивают 5 мл концентриро­

ванной азотной кислоты и помещают в холодную му­

фельную печь.

Температуру муфеля доводят до 600—700° и выдер­ живают при этой температуре в течение 10 мин До озоле­

ния фильтра.

После охлаждения тигля добавляют 2 мл концент­

рированной азотной кислоты и 4 мл концентрирован­

ной соляной кислоты, раствор нагревают и выпаривают на песчаной бане до сухого остатка. К остатку добав­

2 мл 0,5N раствора азотной кислоты, насыщенной нит­

ратом алюминия. Раствор из тигля переносят в дели­

тельную воронку, прибавляют 5 мл этилацетата или эфира и встряхивают в течение 1—2 мин. Растворам

дают отстояться и нижний слой солевого раствора сли­

створитель на выключенной водяной бане. Остаток в

чашке растворяют в 2—5 мл подкисленной дистилли­ рованной воды. Далее берут аликвотную часть раство­ ра и наносят на подложку.

Измерения проб приводят способом, аналогичным

где C — концентрация урана в воздухе, Ки/л; Anp —

67

Ферроцианидный метод определения

Урана

Принцип метода1. Метод основан на колориметри­ ческом определении окрашенных в бурый цвет раство­

ров, образующихся при действии ферроцианида калия

на соли уранила. Реакция протекает по уравнению:

UO2 (NO3)2 + K4 [Fe (CN)6] → K2UO2 [Fe (CN)6] + 2KNO3 .

Отделение урана от мешающих примесей производят

мом объеме жидкости. В приведенных условиях опре­

деления метод специфичен.

Реактивы и материалы. 1. Стандартный раствор нитрата урани­ ла, содержащий IOO мкг/мл урана, готовят растворением 0,0211 г хи­ мически чистого шестиводного нитрата уранила в 100 мл 0,01 N раст­ вора соляной кислоты.

миния растворяют в дистиллированной воде, прибавляют 2,5 мл азотной кислоты (уд. вес 1,4) и доводят объем до 100 мл дистил­ лированной водой.

Отбор пробы. Пробу воздуха отбирают на фильтры

из ткани Петрянова со скоростью не выше 3—5 л/мин

через 1 см2 площади фильтра. Для определения средне­ годовой допустимой концентрации и меньше следует

отбирать не менее 500 л воздуха.

Ход анализа. Фильтр переносят в фарфоровый ти­

гель, смачивают 1—2 мл концентрированной азотной кислоты и помещают в холодную муфельную печь.

Температуру муфеля доводят до 500—700° и выдержи­ вают в течение 10—20 мин до озоления. После охлаж­

68

гревают до растворения и выпаривают раствор на во­

дяной бане до сухого остатка. К остатку добавляют

еще 10 мл азотной кислоты и снова выпаривают досу­ ха. Остаток в тигле растворяют в 2 мл насыщенного раствора 'нитрата алюминия. Жидкость из тигля пере­

носят б делительную 'воронку, прибавляют 5 мл этил-

ацетата или этилового эф<ира и встряхивают содержи­ мое в течение 1—2 мин. После полного расслаивания

смеси сливают нижний солевой раствор, а верхний

слой органического растворителя сливают через верх­

нее отверстие делительной воронки в фарфоровую чаш­

ку. Во избежание получения неточных результатов не­

обходимо следить, чтобы капли солевого раствора не попали в'органический растворитель. Чашку с содер­ жимым помещают на нагретую, но выключенную элек­ трическую водяную баню и выпаривают растворитель.

Остаток в чашке растворяют в 5 мл 0,OlN раствора соляной кислоты.

Для анализа 2,5 >мл пробы наливают в небольшую

колориметрическую пробирку. Одновременно в таких же колориметрических пробирках готовят стандарт­ ную шкалу с содержанием от 0 до 100 мкг урана с ин­ тервалами 10 мкг. Объем жидкости во всех пробирках

доводят до 2,5 мл 0,01 N раотвором соляной кислоты.

В пробу и стандартную шкалу добавляют по 1 мл аце­

вают. Через 10 мин сравнивают интенсивность окраски

пробы со стандартной шкалой. Можно измерить опти­ ческую плотность p(acτBθpθB фотометрически при

420 нм в кювете размером 5 мм. Количественное опре­

деление проводят по градуировочному графику. Достоинством метода является его доступность, не­

достатком — использование для экстракции урана

сравнительно малоэффективных растворителей _ эфи­

ческом определении урана с перекисью водорода в кар­

бонатном растворе. Уран предварительно выделяют в

виде фосфата с применением соли титана в качестве

69