Спосіб визначення складу плутонія, продуктів ділення урану і трансуранових елементів в об’єктах навколишнього середовища

Изобретение касается радиохимического выделения и определения радионуклидов в объектах окружающей среды. Целью изобретения является упрощение радиохимического выделения и увеличение выхода определяемых элементов (плутония, продуктов деления урана и трансурановых элементов), что особенно важно при анализе болыдих серий проб с невысоким содержанием ра Изобретение касается радиохимических выделений и определения радионуклидов в объектах окружающей среды. 47-91 дионуклидов. Анализируемую пробу растворяют при нагревании смеси HNO^ и НС1 (3:1), добавляют в качестве носителя 1 мг лантана, фильтруют полу-» ченный раствор и добавляют не содержащую СО^ гидроокись аммония до рН 7-8, Осадок гидроокисей центрифугируют, растворяют в 1 моль/л HNO^, восстанавливают плутоний до трехвалентного состояния, барботнруя через р-р S0 a в течение 3 мин, а затем осаждают фториды, добавляя HF до концентрации 2-22 могъ/л. Осадок фторидов выдерживают 1-2 ч, растворяют в 1 моль/л HNO3 и вновь осаждают гидроокиси, добавляя гидроокись аммония до рН 7-8. Осадок гидроокисей растворяют в 0,5 моль/л HNO^, добавляют 20 мг бихромата аммония и нагревают на водяной бане 1 ч. Р-р пропускают через колонку, заполненную катионнтом КУ-2-8, промывают р-ром 1 моль/л NH4NO3 (при этом элюируется основная часть плутония) и элюирукт остаток Pu, Y, Ей, Cm, Pn и Ага раствором 0,20,25 моль/л ^.-оксі'изомаслялоп кислоты (рН 4,75), а Рг и Се - раствором 0/4 'н"оль/л О^-отссиизомасляной кислоты. Раствор N H 4 N 0 3 и первые капли р-ра ft^-оксиизомасляной кислоты, содержащие плутоний, объединяют. Химический выход плутония 60-70%, америция и тория 70-80%. 1 ил. Известен способ определения плутония в объектах окружающей среды,заклю* чающийся в отделении плутония от дру 1701047 гих эпиментов на аииоиятах из раствора 7,5 моль/л азотной кислоты. Удовлетворительная очистка плутония достиглетсч при двухкратном пог нтореннп процесса. Предлагается способ выделения америция и кюрия из растпороп сложных химических радиохимических смесей s содержащих алюминий, железо, кальцин, уран, плутоний и дру-10 гпв элементы, экстракцией америция и кюрия раствором масляной кислоты в хлороформе при наличии в водной фазе сулъсЬасилициповоч кислоты. Недостаток этого способа заключа5 ется і многостаднйности, в необходиз мости многократно стабилизировать рН анализируемого раствора, в сочетании экстракционных и ионообменных методов разделения. 20 Предложен ряд схем выделения радионуклидов из проб глобальных выпадений, позволяюгріх выделить стронции, церий,иттрий, Уран и плутоний из объектов окружающей среды. 25 Недостаток этих схем заключается в необходимости многократного переосаждения сульфатов, карбонатов и оксалатов различных элементов, что значительно увеличивает трудозатраты и ЗО время, необходимое для проведения анализа. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения плутония, америция и кюрия в объектах окружаю- ^5 щей среды, заключающийся в отделении плутония от америция и кюрия на анионите ЛС 1x3 из 8 моль/л азотной кислоты. Выделение америция и кюрич производится соослждением их с оксалатом до кальция с последующей экстракцией ЛДСР (дцбутил-М,1^~дпэтилкарбомил фосфат) и доочисткой на ионообменных колонках из раствора 10 моль/л соляной кислоты. Д5 Этот способ включает в себя две стадии радиохимического разделения: первая - отделение ші тония от матрицы пробы, америция и кюрия на аннонитообменпой колонке со смолой AG 1x8 50 (100-200 меш, диаметр 1 см и высота влажной смопы 8 см) из 50-100 мл 8 моль/л азотной кислоты с ппепедующим восстановительным элюимированием плутония раствором 80 мл 9 мопь/л НС] и 0,1 моль/л NH^I. На второй стадии 55 анализа пронзим тятся концентрирование и выделение аморнция н кюрпч соос^ждепием с окелгытмм кальция из водного раствора при рН 1,5, экстрак; цией Д.1СР из раствора 12 моль/л азотной кислоты и анионным обменом на колонке со смолой AG 1x4 из раствора 1 моль/л азотной кислоты - 93% СН3ОН. Основным недостатком этого способа является многостадинность, увеличивающая трудозатраты и время про- . ведения анализа пробы. Сочетание ионообменных и экстракционных методов разделения радионуклидов усложняет процесс радиохимического выделения и снижает химический выход определяемых элементов. Проведение анио-' нообменного выделения америция и кюрия из среды HNOe-СНзОН нежелательно из-за токсичности метилового спирта. К числу недостатков следует отнести и болыгие объемы рабочих растворов, при которых неизбежны потери, снижающие химический выход определяемых элементов. Целью изобретения является упрощение способа и уменьшение предела обнаружения определяемых элементов, что особенно важно при анализе больших серий проб с невысоким содержание ем радионуклидов. Поставленная цель достигается сов-местным концентрированием и отделением от материала матрицы плутония, продуктов деления урана (Y, Eu, Pm, Рг, Се) и трансурановых элементов (Am, Cm), осаждением их в виде гидроокисей и повторным соосаждением с фторидом лантана из растворов плавиковой кислоты концентрацией 2 22 моль/л и разделением поэлементно на ионообменной колонке с катионитом КУ-2-8 грудиентным элюированием оСокснизомасляноп кислотой. На чертеже представлен ход анализа объектов окружающей среды (почва, донные отложения). Предварительно подготовленную пробу обрабатывают смесью концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 3:1. Полученный после вскрытия раствор отделяют от твердого остатка фильтрованием и через него барботируют газообразный аг«миак до установления в растворе рН 3. Осадок образовавшихся гидроокисей отделяют от раствора центрифугированием, промывают горячей безугольной дистиллированной водой и растворяют в 5-Ю мл 22 моль/л плавиковой кислоты. Сразу же после растворения осадка через по 7010A7 лученный раствор пропускают газообразный SO^ в течение 5 мин для восстановления тутония до трехвалентного состояния. Образовавшийся оса5 док фторидов выдерживают в течение 1 ч при комнатной температуре. Затем отделяют от раствора центрифугированием, промывают минимальным количеством смеси 1 моль/л азотной и Ї моль/л Ю плавиковой кислст. Полученный осадок фторидов лантома, плутония, продуктов деления урана и трансурановых элементов растворяют з 1 молі/л азотноРі кислоте, насыщенной борной кислотой. '5 Из полученного раствора безугольным аммиаком при рН 3 осаждают гидроокиси. Отделенный от водной фа-^ы осадок гидроокисей растворяют в 1 мл 0,5 моль/л HNO-j, к раствору добавля- 20 рт 20 мг (NH4)Ct2 0 7 и выдерживают на водяной бане при 95 С в течение 1 ч. Раствор пропускают через ионообменную колонку с катнонптом КУ-2-8 (размер зерна 15-20 мкм, диаметр ко- ^5 лонки 0,2 см, высота набивки влажной смолой 8 см). Колонку промывают раствором 1,0 моль/л NH4NO3 до перехода смолы в NH^-форму. При этом с колонки вымывается основная часть плутония.>0 После промывки производят градиентное элюкрование определяемых радиоактивных нзотопов_;_Раствором 0,2- , 0,25 моль/л od-оксиизомасляной кислоты (оС-ОИМК) , рН 4,75, элюируют плутоний, 35 "иттрий, европий, юэрир-у прометий и америций, 0,4 моль/л0^-ОИМК - празеодим и церий. Элюат-собирают по каплям, так как каждый элемент элюируется в 2-3 каплях раствора с^-ОЇЕ'ІК. Лер-40 вые капли элюата 0,2 моль/л рб-ОИМК, содержащие плутоний, объединяют с промывкой NH4NG3. Полученный раствор (-1 мл) упаривают досуха, сухой остал* ток обрабатывают при нагревании кон— 45 центрированной HNO^. Остальные капли элюата подсушивают под инфракрасной лампой, прокаливают ил спиртовой горелке и производятЫ ^-спектрометрические измерения. $0 остаток промывают горячей дистгплнрованной водой. К фильтрату добавляют безугольную гидроокись аммония до установления в ряетторе рН 8. Выдерживают на водяной бане при 70 С в течение 10 мин и центрифугируют, Центрифугат сливают и используют для определения ^°Sr, а осадок гидроокисей растворяют в 10 мп 1 моль/л HNO^, через раствор барботируют газообразный SOg в течение 3 мин для восстановления плутония дотрехвалентного состояние и добавляют 2 мл концентрированной HF для' установлення в растворе концентрации плавиковой кислоты 2 моль/л. Осадок фторидов выдерживают при комнатной температуре в течение 2 ч. центрифугируют, промывают смесью 1 моль/л HNO 3 и 1 моль/л Нт-' и растворяют в 3 мл 1 моль/л ННО^ насыщенной борной кислотой. Из полученного раствора осаждают гидроокиси безугольным NH^NO, при рН 8. Осадок гидроокисей растворяют в 1 мл 0,5 моль/л HNOj добавляют 20 мг (NH^^Cr^tV и нагревают иа водяной бане при 95 С з течение 1 ч. Раствор пропускают через ионообменную колонку с катионитом КУ-2-8 (размер зерна 20 мкм), диаметр 0,2 см и высота влажной смолы 8,0 см). Колонку промывают раствором 1,0 моль/л NH^NO-j. Затем производят градиентное олюированиев£-ОИМК. 0,25 моль/л ОС-ОШК при рН 4,75 элюируют плутоний, иттрий, еврогий, кюрнч, прометий, америций, 0,4 моль/тС/-ОПМК - празеодіш и церии. Промывку ЫН 4 гЮз и первые капли оС-ОЇЇ^К, содержащие плутоний, объединяют. Химический выход плутония 70%, америция и кюрия 80%. П р и м е р 2. К навеске пробы почвы 10 г добавляют индикаторы химического выхода и носитель лантан (1 м г ) , 20 мл смеси концентрированных кислот HNOj и НС1 в соотношении 3:1 и нагревают на водяной бане 2 ч. Раствор отделяют от осадка фильтрованием, твердый остаток промывают горячен дистилП р и м е р 1. К пазеске пробы лированной водойt промывные поды объепочвы массой 5 г добічляют индикаторы диняют фильтратом. Через полученным химического выхода * Pu, Am, носираствор барботируют газообразный амтель лантан, в количестве 1 и 10 мл миак до установления * растворе рН 8 з смеси концентрированных НІЇО3иНС1 55 и выдерживают при 70 и в течение в соотнесении 3:1 и нагревают на во15 мин. Образовавшимся осадок гидродяной бане при 80 С в течение 2 ч в окисей центрифугируют, промывают диколбе с обратным холодильником. Полустиллированной водой и растворяют в ченный раствор фильтруют и тзердыч 5 мл HF 22 М Р П Ь / Л . Через раствор ера 7010/47 эу же бдрботируют газообразный SO^ в тече-инр 3 мин. Образовавшийся осадок фторидпп лантана, плутония, редкоземельных и трансурановых элементов вы- г держипают I ч-лри комнатной температуре, центрифугируют и промывают минимальным количеством смеси 1 моль/л HNO? и 1 моль/л HF. Полученный осадок ФТОРИДОВ растворяют в 3 мл 1 моль/л ю HNOj, насыщенной борной кислотой» Из полученного раствора осаждают гидроокиси безугольной ШЦОН при рН 8. Осадок гидроокисей растворяют в 1 мл окиси безугольиой NffyOH при рН 8. І5 Осадок гидроокисей растворяют в 1 мл 0,5 моль/л HNOj добавляют 20 мг (NH^CrO-j и выдерживают при 95°С в течение 45мин. Г лстворпропускают ч е рез ионообменную с катиопнтом КУ-2-3 20 (20 мкм, диаметр 0,2 см, высота 8,0 с м ) , Промывают колонку раствором 1,0 моль/л NH4NO3 и дистиллированной водой. Раствором 0,25 моль/лс^-ОИМК, рН 4 , 7 5 , элкшруют плутоний, иттрий, европий, кюрин, прометни и америций, первые капли элгсатаftd-ОІЇМКобъединяют с промывкой (1 моль/л NH4NO3) и берут для определения плутония, раствором 0,4 моль/л 0І.-ОШК, рН 4 , 7 5 , элюнруют 30 празеодим и церий. Химический выход плутония 60—65%, америция и кюрия 70-80%. 8 НУ и растпопяют в 3-4 мл 1 моль/л HNO^, насыщенной борной кислотой. Из полученного раствора осажгают гндроокнеи лантана, плутония, продуктов деления урана и трансурановых элементов безугольной гидроокисью аммония при рН 7-8, Осадок гидроокисей р а с т воряют в 1 мл 0,7 моль/л HNO3, добавляют 20 мг (NH 4 )i C r 2 O r и нагревают на водяной бане при 95°С в течение 1 ч . Раствор пропускают через ионообменную колонку с катионитом КУ-2-8 (20 мкм, диаметр 0,2 см, высота набивки влажной смолы 8,0 с м . ) . Промывают колонку раствором 1,0 моль/л NH4NO3 и дистил лировянной водой. Затем производят градиентное элюирование растворомо^-ОИМК при рН 4 , 7 5 , 0,25 моль/ло^-ОШК элюируют плутоний, иттрии, европий, кюрий, прометии и америций, промывной раствор NH4NO4 объединяют с первыми каплями элюата, содержащими плутоний, раствором *. 0,4 моль/лоб-ОИМК элюируют п р а з е о дим и церий. Химический выход плутония 60%, амеріщия и кюрия 70-80%. Предлагаемый способ позволяет упростить радиохимическое выделение плутония, продуктов деления урана и трансурановых элементов по сравнению с прототипом, что позволяет сократить время анализа проб нэ содержание радиоактивных изотопов в 1,5-2 р а з а , П р и м е р 3. К навеске пробы і почвы 30 г добавляют индикаторы хнми- 35 а также увеличить химический выход плутония до 60—70%, америция и кюрия ческого выхода, носитель лантан до 70-80%. Предлагаемый способ позво-(1 мг) и 50 ил смесн концентрирован ляет анализировать пробу одновременных кислот HNO3 и НС1 в соотношении но на содержание плутония, продуктов 3:1 и нагревают на водяной бане при перемешивании 2 ч . Через 2 ч добав40 деления урана и трансурановых э л е ментов, что повитает объективность ляют 50 мл 1 моль/л HNO* и 5 мл полученных результатов по з а г р я з н е 30%-нон її^рі И выдерживают при 80 С нию объектов окружающей среды радио2 ч . Раствор отделяют от твердого активными изотопами и позволяет опрео с т а т к а , фильтруют и осаждают гидроокиси барботажем через раствор г а з о - 45 делять соотношение между ними. образного аммиака до установлення в растворе рН 7 - 8 . Осадок центрифугиФ о р м у л а и з о б р е т е н и я руют, промывают, растворяют в 5 мл Способ определения содержания 6 моль/л НС1 и разбавляют дистиллиплутония, продуктов деления урана и рованной водой до концентрации 1 м о л ь / л ^ трансурановых элементов в объектах НС1. Из полученного раствора переокружающей среды, включающий кислотосаждают гидроокиси при рН 7-8. Полуное вскрытие пгсбы, концентрирование ченный осадок гидроокисей растворяют и отделение от материала матрицы опрев 10 мл 22 моль/и HF. деляемых элементов соосажденнем и Через раствор парботируют гачооб„ разделение на ионообменной колонке, о т л и ч а ю vs, и й с я тем, что, разный S0 2 и течение 3 мин н ш (держис целью упрощения способа и уменьшевают образовавшийся осадок фторидов ния предела обнаружения определяемых 2 ч, посіп чего центрифугируют, проэлементов, концентрирование и отделемывпют cFi'Cbii 1 tnrn./'i ШЮ~ и I моль/л 10 1701047 ниє от материала матрицы плутония, продуктов деления урана (Y, Ей, Рта, Се) и транс уран овь-х элементоз (Ал, Cm) осуществляют совместно осаждением гидроокисей при рН 7-8 и повторным соосажденнем с фторидом лантана 5 из раствора 2-22 моль/л плавиковой кислоты, а затем разделяют определяемые элементы на ионообменной колонке, заполненной катионитом, градиентным элюированнем раствором 0,2-0,4 моль/л ОІ-оксиизомасляной кислоты (рН 4,75). HNOa+HCL Beкрытие пробы LQ Осаждение гидроокисей HF кони, У Осаждение фторидов Растворение фторидов газ шо, Осаждение гидроокисей Растворение гидроокисей Катионит КУ-В-8 Градиентное элюирование I I (I Pu Y Редактор Т.Иванова Eu Cm Pm Am Q Составитель Ю.Симирский Техред М.Дидык Корректор М.Самборская Заказ 4572/ДСП Тираж Подписное ВНИИЩ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 ,**