Приложение 4 (справочное). Приготовление рабочих растворов и растворов носителей. Подготовка ионообменных смол к анализу, регенерация и хранение

Приложение 4
к МР 2.6.1.0064-12
(справочное)

Приготовление рабочих растворов и растворов носителей. Подготовка ионообменных смол к анализу, регенерация и хранение

Приготовление рабочих растворов

1. Кислоты:

HCl - 0,5 н; 0,7 н; 1 н; 2 н; 3 н; 8 н.

- 0,5 н; 7 н.

Для приготовления рабочего раствора кислоты концентрированную кислоту разбавляют дистиллированной водой до нужной концентрации. Концентрацию определяют, измерив соответствующим ареометром ее удельный вес. Затем, используя формулу (30), вычисляют нормальность кислоты, для чего предварительно определяют ее процентное содержание по справочной литературе, например, [4] и ее эквивалентный вес (таблица 8).

, (30)

где:

N - нормальность кислоты;

а - процентное содержание кислоты;

d - удельный вес кислоты;

Э - эквивалентный вес кислоты.

Таблица 8

Эквивалентный вес кислот

Кислота	Эквивалентный вес
Соляная (HCl)	36,47
Азотная	63,02
Серная	49,04

Определив нормальность кислоты, рассчитывают количество ее, необходимое для приготовления нужного раствора.

Пример: Необходимо приготовить 500 мл 0,5 н .

Сначала определяют удельный вес исходной кислоты (d = 1,40), затем по справочнику находят, что в азотной кислоте, удельный вес которой 1,40, процентное содержание - 67%. Рассчитывают нормальность имеющейся кислоты:

Определяют во сколько раз имеющаяся кислота концентрированнее приготовляемой: 14,9 : 0,5 = 29,8.

На основании этого устанавливают, что для приготовления 1,0 л 0,5 н необходимо разбавить дистиллированной водой до 1,0 л 33,6 мл (1000 мл : 29,8 мл = 33,6 мл) азотной кислоты плотностью d = 1,40.

2. Натрий углекислый, 5% раствор: 50 г соли растворяют при нагревании в 950 дистиллированной воды. Срок хранения 1 год.

3. Лимонная кислота, 1% раствор: 1 г кислоты растворяют в 99 мл дистиллированной воды. Срок хранения 1 год.

4. Аммоний хлористый, 25% раствор: 25 г соли растворяют в 75 дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

5. Аммоний щавелевокислый, насыщенный раствор: 12 г соли растворяют в 100 дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

6. Щавелевая кислота, насыщенный раствор: 10 г растворяют в 100 дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

7. Серная кислота, 10% раствор: приготовляют по объему растворением 100 мл концентрированной в 900 мл дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

8. Аммоний углекислый, 15% раствор: 15 г растворяют в 85 дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

9. Аммоний углекислый, 10% раствор: 10 г растворяют в 90 дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

10. Аммоний углекислый, 2% раствор: 2 г растворяют в 98 дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

11. Никель азотнокислый, 10% раствор: 50 г соли растворяют в 450 дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

12. Натрий железистосинеродистый, 10% раствор: 50 г соли растворяют в 450 дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

13. Треххлористая сурьма, раствор: 6,9 г растворяют в 100 мл 4 н HCl (или 4,4 г растворяют в 100 мл 4 н HCl). Срок хранения 1 год.

14. Йодистый аммоний, насыщенный раствор: 170 г соли растворяют в 100 дистиллированной воды. Срок хранения 1 месяц.

15. Оксалатно-аммиачно-хлоридный буферный раствор: 1,26 г оксалата аммония и 53,5 г хлорида аммония растворяют в 1 л дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

16. Аммиак водный безугольный, раствор: получают перегонкой в аппарате, собранном из перегонной колбы, холодильника (ловушки) и приемной колбы. Для связывания в перегонную колбу добавляют из расчета 5-10 г/л. Срок хранения 1 месяц.

Приготовление растворов носителей

Использование носителей значительно упрощает радиохимический анализ, позволяя применять для выделения радионуклидов реакции осаждения труднорастворимых солей и контролировать полноту выделения изотопов. В процессе подготовки пробы к анализу и операций по отделению изотопа от примесей происходят его неконтролируемые потери. Количество радионуклида, прошедшее через весь анализ и измеренное по его радиоактивности, составляет лишь долю от первоначального. Для определения значения этой доли в пробу на самом первом этапе ее обработки добавляют известное количество носителя. Отношение количества носителя, измеренного на выходе, к количеству носителя, добавленного в пробу, дает величину химического выхода изотопа.

Носителями радиоактивных изотопов обычно служат стабильные изотопы определяемых радионуклидов, добавляемые в пробу в виде растворов тех или иных солей, как правило, соляно- или азотнокислых. Количество вводимого носителя зависит от принятых условий измерения радиоактивности препарата. При определении бета-излучателей следует стремиться к уменьшению количества носителя, т.к. это приводит к получению препарата с более высокой удельной активностью и к соответствующему уменьшению коэффициента связи между скоростью счета и активностью препарата. Обычно для бета-излучателей количество носителя выбирают равным 50-60 мг в пересчете на весовую форму, в виде которой носитель выделяют из пробы и взвешивают (при измерении бета-активности на подложках площадью 2,5 ). В этих условиях для определения альфа-излучателей в толстом слое количество вводимого в пробу носителя в пересчете на форму взвешивания составляет 80-100 мг.

Если объем взятой на анализ пробы велик, необходимо помимо носителей радионуклидов добавлять коллекторный носитель, от которого носитель определяемого изотопа легко отделить в последующих химических операциях. Чаще всего в качестве коллекторного носителя используют соли железа.

Хотя наиболее часто для определения химического выхода изотопа применяют весовой метод, т.к. проще всего измерить радиоактивность твердых препаратов, контроль за потерями радиоактивных изотопов в ходе анализа определяют не только выходом носителя. В некоторых случаях для определения химического выхода можно воспользоваться другим радиоактивным изотопом этого же элемента - метод радиоактивных индикаторов. Когда у элемента нет изотопов, различающихся типом излучения, при использовании метода радиоактивных индикаторов для определения химического выхода необходима сложная аппаратура, например спектрометрическая. При использовании альфа-спектрометрии препараты для измерения должны быть тонкослойными.

Метод радиоактивных индикаторов находит широкое применение при определении альфа-спектрометрическим методом изотопов урана (, ), тория (, , ), а также . При этом в качестве изотопных индикаторов полноты выделения используются (бета-излучатель), , и , энергии альфа-частиц которых отличаются от энергий альфа-частиц определяемых изотопов.

Все растворы носителей должны быть либо солянокислыми, либо азотнокислыми и не должны содержать других анионов, например, . Количество приготовленного носителя зависит от числа проводимых в лаборатории анализов.

Все мерные колбы с растворами носителей должны быть закрыты резиновыми пробками соответствующих размеров и снабжены этикетками с указанием титра носителя и даты его приготовления. Титры носителей необходимо проверять два раза в год.

Для приготовления титрованного раствора любого носителя необходимо:

- рассчитать соотношение молекулярных масс соединения носителя, из которого приготовлен раствор, и соединения носителя, которое применяется в качестве счетного образца при измерении активности радионуклида;

- проводить определение титра носителя в условиях, аналогичных тем, которые используются на последней стадии радиохимического анализа при выделении данного носителя (радионуклида).

Ниже приведены методики приготовления носителей для определения весовым методом химического выхода радионуклидов при определении их удельной активности в воде.

1. Приготовление титрованного раствора бария

Исходная соль для приготовления раствора - . Соединение, в виде которого выделяется носитель на последней стадии анализа - . Объем приготовляемого раствора носителя - 100 мл. Заданный титр - 100 мг/мл, т.е. в 100 мл раствора должно содержаться 100 мг х 100 мл = 10 г .

Молекулярная масса - 244,28.

Молекулярная масса - 233,4.

Расчет титра сводится к следующему:

244,28	---------------	233,4
Х (г)	---------------	10 (г)
г

Таким образом, для приготовления 100 мл раствора с титром мг/мл необходима навеска соли массой 10,47 г. Навеску помещают в стакан емкостью 150 мл, растворяют в дистиллированной воде, добавляют 5-10 мл 2 н HCl. Раствор переливают в мерную колбу емкостью 100 мл (если необходимо - фильтруют), доводят дистиллированной водой до метки.

Определение титра раствора проводят в условиях, аналогичных тем, которые используются на последнем этапе радиохимического анализа при выделении изотопов радия на .

Для этого в пять стаканов емкостью 150 мл отбирают по 1 мл приготовленного раствора, добавляют 10-15 мл 2 н HCl и разбавляют дистиллированной водой до 100 мл. Нагревают раствор до кипения и осаждают , приливая при непрерывном перемешивании 10 мл 10% . После отстаивания в течении 30-40 минут осадки фильтруют через обеззоленный фильтр "синяя лента", тщательно перенося их со стенок стаканов горячей дистиллированной водой. Фильтры с осадками помещают в тигли, обугливают на электрической плитке, переносят в муфельную печь, прокаливают при 800°С в течение 1 часа, после охлаждения взвешивают. Вычисляют среднее арифметическое значение массы осадка, которое считают точной концентрацией, т.е. титром бария в растворе.

2. Приготовление титрованного раствора лантана

Исходная соль для приготовления раствора - . Соединение, в виде которого выделяется носитель на последней стадии анализа - . Объем приготовляемого раствора носителя - 100 мл. Заданный титр - 50 мг/мл, т.е. в 100 мл раствора должно содержаться 50 мг х 100 мл = 5 г .

Молекулярная масса - 371,38.

Молекулярная масса - 325,82.

Для получения одной молекулы необходимо две молекулы , молекулярная масса которых составляет 742,46.

Расчет титра сводится к следующему:

742,46	---------------	325,82
Х (г)	---------------	5 (г)
г

Таким образом, для приготовления 100 мл раствора с титром мг/мл необходима навеска соли массой 11,40 г. Навеску помещают в стакан емкостью 150 мл, растворяют при нагревании в 20-40 мл 2 н HCl. После охлаждения раствор переливают в мерную колбу емкостью 100 мл, доводят дистиллированной водой до метки.

Для определения титра приготовленного раствора используют приемы, указанные в методике выделения на на последнем этапе его радиохимического анализа. Для этого в пять стаканов емкостью 150 мл отбирают по 1 мл приготовленного раствора носителя, добавляют 10 мл 2 н HCl и разбавляют дистиллированной водой до 100 мл. Нагревают раствор до 80°С и осаждают , добавляя раствор до pH = 8-9. Осадки фильтруют через обеззоленный фильтр "белая лента", тщательно перенося их со стенок стаканов горячей дистиллированной водой. Фильтры с осадками помещают в тигли, обугливают на электрической плитке, переносят в муфельную печь, прокаливают при 800°С в течение 1 часа, после охлаждения взвешивают. Вычисляют среднее арифметическое значение массы осадка, которое считают точной концентрацией, т.е. титром лантана в растворе.

3. Приготовление титрованного раствора железа

Исходная соль для приготовления раствора - . Соединение, в виде которого выделяется носитель на последней стадии анализа - . Объем приготовляемого раствора носителя - 100 мл. Заданный титр - 20 мг/мл, т.е. в 100 мл раствора должно содержаться 20 мг х 100 мл = 2 г .

Молекулярная масса - 270,3.

Молекулярная масса - 159,69.

Для получения одной молекулы необходимо две молекулы , молекулярная масса которых составляет 540,6.

Расчет титра сводится к следующему:

540,6	---------------	159,69
Х (г)	---------------	2 (г)
г

Таким образом, для приготовления 100 мл раствора с титром мг/мл необходима навеска соли массой 6,77 г. Навеску помещают в стакан емкостью 150 мл, добавляют 10 мл 2 н HCl и дистиллированную воду до 80 мл. Раствор переливают в мерную колбу емкостью 100 мл и доводят дистиллированной водой до метки.

Для определения титра раствора в пять стаканов емкостью 150 мл отбирают по 1 мл приготовленного раствора носителя, добавляют 10 мл 2 н HCl и разбавляют дистиллированной водой до 100 мл. Нагревают раствор до 80°С и осаждают , добавляя раствор до pH = 8-9. Осадки фильтруют через обеззоленный фильтр "белая лента", тщательно перенося их со стенок стаканов горячей дистиллированной водой. Фильтры с осадками помещают в тигли, обугливают на электрической плитке, переносят в муфельную печь, прокаливают при 800°C в течение 1 часа, после охлаждения взвешивают. Вычисляют среднее арифметическое значение массы осадка, которое считают точной концентрацией, т.е. титром железа в растворе.

4. Приготовление титрованного раствора иттрия

Исходная соль для приготовления раствора - . Соединение, в виде которого выделяется носитель на последней стадии анализа - . Объем приготовляемого раствора носителя - 100 мл. Заданный титр - 60 мг/мл, т.е. в 100 мл раствора должно содержаться 60 мг х 100 мл = 6 г .

Молекулярная масса - 303,4.

Молекулярная масса - 225,8.

Для получения одной молекулы необходимо две молекулы , молекулярная масса которых составляет 606,8.

Расчет титра сводится к следующему:

606,8	---------------	225,8
Х (г)	---------------	6 (г)
г

Таким образом, для приготовления 100 мл раствора с титром мг/мл необходима навеска соли массой 16,12 г. Навеску помещают в стакан емкостью 150 мл, добавляют 15-20 мл 2 н HCl, нагревают до растворения осадка, разбавляют дистиллированной водой до 70 мл, охлаждают. Раствор переливают в мерную колбу емкостью 100 мл и доводят дистиллированной водой до метки.

Для определения титра раствора в пять стаканов емкостью 150 мл отбирают по 1 мл приготовленного раствора носителя, добавляют 10-15 мл 2 н HCl и дистиллированную воду до 60-70 мл. После нагревания до 70°С добавляют 10 мл насыщенного раствора и раствором и доводят до . После отстаивания (около 30 минут) осадки фильтруют через обеззоленный фильтр "синяя лента", промывают дистиллированной водой с добавлением . Фильтры с осадками помещают в тигли, обугливают на электрической плитке, переносят в муфельную печь, прокаливают при 800°С в течение 1 часа, после охлаждения взвешивают. Вычисляют среднее арифметическое значение массы осадка, которое считают точной концентрацией, т.е. титром иттрия в растворе.

5. Приготовление титрованного раствора стронция

Исходная соль для приготовления раствора - . Соединение, в виде которого выделяется носитель на последней стадии анализа - . Объем приготовляемого раствора носителя - 100 мл. Заданный титр - 100 мг/мл, т.е. в 100 мл раствора должно содержаться 100 мг х 100 мл = 10 г .

Молекулярная масса - 266,62.

Молекулярная масса - 183,7.

Расчет титра сводится к следующему:

266,62	---------------	183,7
Х (г)	---------------	10 (г)
г

Таким образом, для приготовления 100 мл раствора с титром мг/мл необходима навеска соли массой 14,51 г. Навеску помещают в стакан емкостью 150 мл, добавляют 30 мл 2 н HCl, разбавляют дистиллированной водой до 70 мл. Нагревают до полного растворения осадка. После охлаждения раствор переносят в мерную колбу емкостью 100 мл, доводят дистиллированной водой до метки.

Для определения титра в пять стаканов емкостью 150 мл отбирают по 1 мл приготовленного раствора, добавляют 10-15 мл 2 н HCl, 10-15 мл дистиллированной воды, 10 мл 10% и равное по объему количество этилового спирта. После отстаивания в течение 2-3 часов осадки фильтруют через обеззоленный фильтр "синяя лента", тщательно перенося их со стенок стаканов горячей дистиллированной водой с добавлением нескольких капель 10% . Фильтры с осадками помещают в тигли, обугливают на электрической плитке, переносят в муфельную печь, прокаливают при 800°С в течение 1 часа, после охлаждения взвешивают. Вычисляют среднее арифметическое значение массы осадка, которое считают точной концентрацией, т.е. титром стронция в растворе.

6. Приготовление титрованного раствора цезия

Исходная соль для приготовления раствора - CsCl. Соединение, в виде которого выделяется носитель на последней стадии анализа - . Объем приготовляемого раствора носителя - 100 мл. Заданный титр - 100 мг/мл, т.е. в 100 мл раствора должно содержаться 100 мг х 100 мл = 10 г .

Молекулярная масса CsCl - 168,36.

Молекулярная масса - 1784,2.

Для получения одной молекулы необходимо три молекулы CsCl, молекулярная масса которых составляет 505,08.

Расчет титра сводится к следующему:

505,08	---------------	1784,2
Х (г)	---------------	10 (г)
г

Таким образом, для приготовления 100 мл раствора CsCl с титром мг/мл необходима навеска соли CsCl массой 2,83 г. Навеску помещают в стакан емкостью 150 мл, добавляют 70-80 мл дистиллированной воды, 5 мл 2 н HCl, переливают в мерную колбу емкостью 100 мл и доводят дистиллированной водой до метки.

Для определения титра раствора в пять стаканов емкостью 150 мл отбирают по 1 мл приготовленного раствора носителя, 30-40 мл 3 н HCl, 3 мл свежеприготовленного раствора или 3,5 мл KI (170 г на 100 мл ; 140 г KI на 100 мл ), затем при постоянном перемешивании добавляют 0,5-0,8 мл раствора до выпадения осадка красного цвета. Осадок выдерживают 1-2 часа на водяной бане, фильтруют через обеззоленный фильтр "синяя лента", промывают 3 раза ледяной уксусной кислотой, этиловым спиртом, сушат под инфракрасной лампой, взвешивают. Вычисляют среднее арифметическое значение массы осадка, которое считают точной концентрацией, т.е. титром цезия в растворе.

Подготовка ионообменных смол к анализу, регенерация и хранение

Для удовлетворительного хроматогафического разделения ионов следует пользоваться только мелкозернистыми ионитами. Размер зерен смол (ЭДЭ-10П, КУ-2-8), используемых для разделения урана и тория - (0,125 0,250) мм.

Перед использованием ионит просеивают через стандартные сита для того, чтобы сразу отделить нужную фракцию. Крупные зерна ионита измельчают в ступке мокрым или воздушно-сухим способом. После этого ионит снова просеивают, а оставшиеся крупные зерна измельчают.

Подготовленной таким образом фракции ионита нужно дать набухнуть, причем в процессе набухания следует сливать верхнюю жидкость для удаления из смолы частиц почти коллоидного размера. Для этого в мерном цилиндре приготавливают взвесь смолы в десятикратном объеме воды и оставляют ее приблизительно на полчаса. Образовавшуюся над смолой облакообразную взвесь сливают, добавляют в цилиндр порцию воды и повторяют весь процесс до тех пор, пока слой жидкости над смолой не станет чистым. В течение всего этого процесса смола впитывает воду и набухает. Далее проводят подготовительный цикл, при котором ионит переводят в : смолы обрабатывают 1-2 н раствором HCl, дистиллированной водой, 0,5-1 н раствором NaOH и снова дистиллированной водой.

Для переведения смолы в ее обрабатывают 1 н раствором HCl и промывают дистиллированной водой. Каждый раз смолу нужно промывать дистиллированной водой до нейтральной реакции. Время обработки смолы каждым реактивом - несколько часов, при переведении в смолу, залитую 1 н раствором HCl, лучше оставить на ночь.

По окончании анализа смолу переносят из колонок в стакан, промывают дистиллированной водой, сливают верхнюю жидкость и проводят полный подготовительный цикл.

После регенерации смолу тщательно промывают дистиллированной водой и хранят в закрытых сосудах под слоем дистиллированной воды. Смолу, которая хранилась в течение года или дольше, перед использованием рекомендуется вновь регенерировать [5, 6].