Radiochemia 13, Energetyka AGH, EJ sem 1, Radiochemia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Imię i nazwisko:Rok: IEnergetykajądrowaĆwiczenieNr 13WEiPKarolina WszołaPiotr KonarskiTemat:Chromatograficzna metoda rozdziału żelazaod mikroilości kobaltuData wykonania:27.03.2014Data oddania:03.04.2014Zwrot do poprawy:Data oddania:Ocena:1. WSTĘP TEORETYCZNYChromatografia jonowymienna (jonitowa)– jest to beznośnikowa metoda wydzielanialub zatężania izotopów promieniotwórczych. Wykorzystuje się w niej minerały naturalnelub substancje syntetyczne, które mają możliwość wymiany znajdujących się w nich atomówlub grup atomów na jony z roztworu. Metoda polega na wymianie jonów między stałymjonitem, a jonami z roztworu.Jonitysą substancjami syntetycznymi lub organicznymi zdolnymi wymieniać jonyz roztworem dzielimy je na:- kationity– posiadają na powierzchni grupy o własnościach kwasowych, które wymieniająkation wodorowy na kation pochodzący z roztworu- anionity– posiadają na powierzchni grupy o własnościach zasadowych, dzięki temu mająmożliwość wymiany anionów OH-na aniony pochodzące z roztworu.Podczas ćwiczenia korzystaliśmy z kolumny chromatograficznej wypełnionej żywicąanionitową, na której rozdzielany był60Co od59Fe. Radioizotop55Fe i59Fe powstaje przynaświetlaniu żelaza w reaktorze. Jednocześnie powstaje też izotop60Co, który jestzanieczyszczeniem radiochemicznym.5455Fe (n,γ) Fe59T1/2= 2.94 latT1/2= 45.1 dniT1/2= 5.3 latE = 7 keV z wychwytu KE = 1.1 MeV i 1.29 MeVE = 1.17 MeV i 1.33 MeV5860Fe (n,γ) FeCoRozdział żelaza od kobaltu następuje przez zaadsorbowanie na wymienniku anionowymkompleksowych anionów FeCl4‾i CoCl3‾tworzących się w silnie kwaśnym środowisku6M kwasu solnego z jonów Fe3+, Co2+i Cl‾. Kompleksowy jon CoCl3-rozkłada sięw środowisku o niższym pH niż FeCl4‾, to też z chwilą zmiany środowiska z 6M HCl na4M HCl kobalt w postaci kationów Co2+opuszcza kolumnę anionitową. Rozkład FeCl4‾następuje dopiero po dalszym zmniejszeniu kwasowości. Wymywa się wówczas kation Fe3+.Wskaźnikiem rozpoczęcia i zakończenia wymywania danego radioizotopu jestpromieniotwórczość frakcji wypływającej z kolumny chromatograficznej. Bada się ją przezprzepuszczenie wypływającej cieczy przez spiralną rurkę otaczającą kryształ licznikascyntylacyjnego. Jeżeli rozdziału izotopów Fe i Co dokonuje się na starym preparacieradioaktywnego żelaza, to w rezultacie zaniku59Fe (T1/2= 45.1 dni) nie udaje się zauważyćpromieniotwórczości (energia promieniowania55Fe = 7 keV – mała przenikliwość).Rozpoznanie frakcji zawierającej jony Fe3+można wtedy wykonać drogą chemiczną,korzystając z obecności dużej ilości nośnika Fe3+, pochodzącego z rozpuszczenia materiałutarczowego (żelaza) naświetlonego neutronami.2. WYKONANIE ĆWICZENIAa) Aparatura i odczynniki:Licznik scyntylacyjnyUkład do zbierania danych – program LabViewKolumna chromatograficzna napełniona żywicą anionitowąroztwór5960FeCl3i CoCl26M HCl, 4M HCl, 0.5M HClRoztwór rodanku amonu (NH4SCN)b) Przebieg ćwiczenia:1. Przemyto kolumnę chromatograficzną ok. 50 ml wody destylowanej.2. Pod koniec przemywania wykonano test na obecność żelaza przy pomocy roztworurodanku amonu. W tym celu pobrano do probówki kilka kropel wody i dodano kilkakropel rodanku amonu. Brak czerwonego zabarwienia świadczy o braku żelazaw wodzie.3. W trakcie przeprowadzania ćwiczenia nad żywicą był zawsze conajmniej 1 cm3cieczy, zapobiega to zapowietrzeniu kolumny i zapewnia stałą szybkość przepływucieczy przez kolumnę.4. Przemyto kolumnę chromatograficzną ok. 20 ml 6M HCl.5. W tym czasie przygotowano w zlewce ok. 5 ml 6M HCl i dodano do niego 2 krople5960mieszaninyFeCl3iCoCl2.6. Przepuszczono przez kolumnę przygotowany roztwór.7. Następnie przy uruchomionym programie do odczytu danych, przemywano kolumnę4M roztworem HCl w celu wymycia jonów kobaltu, tak długo aż częstość zliczeńpochodząca od wypływającego izotopu spadła do poziomu tła.8. Następnie wlano do kolumny 0,5M HCl, wymyto z kolumny jony żelaza. Kiedyczęstość zliczeń spadła do poziomu tła wykonano test na obecność żelaza przy użyciurodanku amonu, roztwór nie zabarwił się, zatem zakończono proces przemywaniakwasem solnym.9. Na koniec przemyto kolumnę ok. 50 ml wody destylowanej.3. OPRACOWANIE WYNIKÓWWidmo promieniowania Co - 60 i Fe - 593000250060CoIlość zliczeń2000150059Fe100050050010001500200025003000czas t [s]Początkowa część krzywej wymywania, odpowiadająca wymianie jonów na powierzchniziaren żywicy ma charakter podobny do krzywej ekspotencjalnej. Przewidywanie teoretycznezakładają matematyczną zależność:(Po przekształceniu do zależności liniowej:(2))(1)W powyższym wzorze współczynniki prostej o ogólnym wzorze( )()( )wynoszą:a) Analiza piku Co - 60Poniżej przedstawiony jest wykres w skali półlogarytmicznej, na którym widać fragmentwykresu widma, w zakresie czasowym od 640 s do 685 s (w tym zakresie występuje opisanypowyżej przebieg eksponencjalny).Fragment piku Co - 60 w skali półlogarytmicznej8,18,0587,95ln(I)7,97,857,87,757,7y = -0,0038x + 10,4347,65640645650655660665670675680685czas t [s]Przy użyciu programu MS Excel, metodą najmniejszych kwadratów dopasowano do krzywejna wykresie linię prostą, otrzymując następujące wyniki na współczynniki a i b prostej:( )( )()()Znając wartość współczynnika a, można przekształcając wzór (3) obliczyć czas połowicznegowymywania T1/2i jego niepewność:()√(( ))|( )|Otrzymana wartośćoraz niepewność( )( ) ( )( )wynosi:( )Połowiczny czas wymywania można również odczytać bezpośrednio z wykresu, gdyż będzieto środkowy punkt w każdym z tych pików. W tym celu odczytamy połowiczne wartościwysokości i szerokości piku, które wynoszą odpowiednio:1276,5b) Analiza piku Fe-59Poniżej przedstawiony jest wykres w skali półlogarytmicznej, na którym widać fragmentwykresu widma, w zakresie czasowym od 2019 s do 3000 s (w tym zakresie występujeopisany powyżej przebieg eksponencjalny).Fragment piku Fe -59 w skali półlogarytmicznej7,57,47,37,2ln(I)7,176,96,86,76,66,5201920292039204920592069207920892099y = -0,008x + 23,425czas t [s]Przy użyciu programu MS Excel, metodą najmniejszych kwadratów dopasowano do krzywejna wykresie linię prostą, otrzymując następujące wyniki na współczynniki a i b prostej:( ))( )(()
[ Pobierz całość w formacie PDF ]