微量放射性物質(zhì)分離

1、關(guān)于微量放射性物質(zhì)的分離第一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1 概況 已發(fā)現(xiàn)了112種元素，2800余種核素，271種是穩(wěn)定的，其余的都是放射性的。 放射性核素通常與其母體、其它子體以及其它放射性核素共存，要得到某種放射性核素就必須進(jìn)行一些分離。 常用的分離方法有：沉淀法、溶劑萃取法、色譜法等。第二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月1放射化學(xué)分離中涉及的若干概念放射性Radioactivity: 某些核素自發(fā)放出粒子或射線，或在軌道電子俘獲后放出射線，或發(fā)生自發(fā)裂變的性質(zhì)。放射性元素Radioelement： 具有放射性的化學(xué)元素。第三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2

2、022年6月放射性核素Radioactive isotope： 某種元素中發(fā)生放射性衰變的核素。放射性核素按其來源有天然放射性核素和人工核素之分。載體Carrier： 載體是以適當(dāng)?shù)臄?shù)量載帶某種微量物質(zhì)共同參與某化學(xué)或物理過程的另一種物質(zhì)。 載體與被載帶物具有相同的化學(xué)行為，最終能與放射性物質(zhì)一起被分離出來。第四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月載體有兩類：同位素載體、非同位素載體。 分離226Ra加入Ba，127I對(duì)131I，1H對(duì)3H等。穩(wěn)定同位素的可溶性鹽類作載體 89Sr、90Sr用SrCl2；137Cs用CsCl沒有穩(wěn)定同位素的放射性核素，應(yīng)用化學(xué)性質(zhì)相似的穩(wěn)定元素的鹽類作

3、載體。 147PmNd(NO3)3；99TcNH4ReO4載體溶液的濃度一般10mg元素/ml，加入1020mg。第五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月反載體Anti-carrier： 為了減少分離過程對(duì)雜質(zhì)核素的載帶，在加入被分離核素和載體之外，還必須加入這些雜質(zhì)核素的穩(wěn)定同位素或化學(xué)類似物，以減少它們對(duì)被分離核素和器皿的污染，即起反載帶作用，這類穩(wěn)定同們素或化學(xué)類似物就稱為反載體或抑制體。 用MnO2從95Zr-95Nb體系中吸附95Nb時(shí)，加入穩(wěn)定的Zr。第六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月放射性核素純度(Radionuclide purity) 放射性核素純度也稱

4、放射性純度，指在含有某種特定放射性核素的物質(zhì)中，該核素的放射性活度對(duì)物質(zhì)中總放射性活度的比值。（該物質(zhì)中可能有多種放射性核素，放射性核素純度只與其中放射性雜質(zhì)的量有關(guān)，而與非放射性雜質(zhì)的量無關(guān)）。第七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月放射化學(xué)純度(Radiochemical purity) 簡稱放化純度，指在一種放射性樣品中，以某種特定的化學(xué)形態(tài)存在的放射性核素占總的該放射性核素的百分?jǐn)?shù)（該物質(zhì)中可能有多種放射性核素，只針對(duì)某一種放射性核素而言）。第八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月2 放射化學(xué)分離中常用的指標(biāo)1）分配系數(shù) D 某一物質(zhì)M在不相溶的兩相中達(dá)到分配平衡即在兩

5、相中的濃度不再變化時(shí)，它分別在兩相中的表觀濃度之比。如131I在水和CCl4中的分配。 第九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月2) 分離系數(shù) 是指物料中兩種物質(zhì)經(jīng)過某一分離過程后分別在不相溶的兩相中相對(duì)含量之比,它表示兩物質(zhì)經(jīng)過分離操作之后所達(dá)到的相互分離的程度。 第十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月與D之間的關(guān)系可表示為： 越大于1或越少于1，兩種物質(zhì)越容易分離，若等于1，則兩種物質(zhì)無法分離。第十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 如： 在Purex流程中，加入TBP-煤油，將 、 萃取放有機(jī)相中，使U、Pu與其它雜質(zhì)分離；加入U(xiǎn)()將Pu()還原成Pu()

6、，钚反萃入水中，使鈾、钚分離。第十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）化學(xué)回收率Y 放射性核素的化學(xué)回收率可通過測量其活度來計(jì)算： 第十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 分離效率可以通過加入載體或者加入放射性示蹤劑的方法來測定。 當(dāng)載體的化學(xué)狀態(tài)與被分離的放射性核素的化學(xué)狀態(tài)完全相同時(shí)，化學(xué)收率可用載體的化學(xué)收率來表示。第十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月例： 1、從鈾礦石中分離提取227Ac，235U活度為1000Bq，分離得到的227Ac經(jīng)測定，其活度為754Bq，求其化學(xué)收率？ 2、從鈾礦石中分離提取227Ac，已知礦石重為100g，礦石鈾品位為

7、1.5%， 235U的豐度為7.2、T1/2為7.038108a，如果化學(xué)收率為55.5%，求能得到多少Bq 227Ac？阿佛加德羅常數(shù)為6.021023。第十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4）凈化系數(shù)DF 凈化系數(shù)又稱去污系數(shù)或去污因子，它是衡量分離過程對(duì)某種放射性雜質(zhì)去除程度的一種指標(biāo)。當(dāng)欲分離核素在分離過程中的化學(xué)回收率接100%，第十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月凈化系數(shù)用放射性活度來計(jì)算可表示為： 對(duì)各種干擾測定的入放射性雜質(zhì)的去污系數(shù)愈高，則測定的欲分離核素放射性活度愈可靠。一般要求DF高于103以上。第十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6

8、月例 在Purex流程中，已知初始鈾活度為5.5Ci，钚的活度為4.2106Bq，鈾中去钚后，鈾活度為5.487Ci，钚的活度為1.2103Bq，求去污系數(shù)？第十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 共沉淀法 此法是放射化學(xué)分離中應(yīng)用最早的一種分離方法，它有一定的優(yōu)點(diǎn) ，同時(shí)也有一定的缺點(diǎn)?，F(xiàn)在此法還經(jīng)常使用。（1）基本原理 共沉淀法是利用微量物質(zhì)隨常量物質(zhì)一起生成沉淀現(xiàn)象來進(jìn)行分離、濃集和純化微量物質(zhì)的一種方法。早期研究共沉淀規(guī)律的有哈恩、赫洛賓等，其中亨德森和克雷克西提出了一個(gè)公式。第十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月式中： x0、x微量組分在體系和晶體中的量

9、； y 0、y常量組分在體系和晶體中的量； D結(jié)晶系數(shù)。 影響共沉淀的因素有：溫度、液相組成、固相組成及溶劑等。第二十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月共沉淀有以下兩種：1）無機(jī)共沉淀法： 共結(jié)晶共沉淀法和吸附共沉淀法。2）有機(jī)共沉淀法： 難溶的離子締合物、難溶的金屬螯合物、有機(jī)膠體的吸附作用而生成的共沉淀。第二十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）共沉淀法的分離技術(shù)與條件選擇1）載體的選擇和沉淀劑的選擇 載體選擇：盡量選用同位素載體，也可選用非同位素載體。 為了減少分離過程中放射性雜質(zhì)對(duì)欲分離核素的污染，必須加入反載體。一般情況下，載體量在520mg，反載體量10m

10、g為宜。第二十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月沉淀劑的選擇： 沉淀劑與載體生成的共沉淀化合物溶解度要??； 對(duì)雜質(zhì)的載帶少，去污系數(shù)高； 沉淀性能好，易于固液分離； 有利于分離操作和制源測量。第二十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月溶度積常數(shù)KSP：第二十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）載體和被載帶核素化學(xué)狀態(tài)的調(diào)節(jié) 在共沉淀法中為了充分載帶欲分離核素，必須使溶液中的載體與欲分離核處于相同的化學(xué)狀態(tài)。 為了消除載體和欲分離核素之間因同位素交換的不完全而導(dǎo)致共沉淀的不完全，可采用以下兩種方法： 一是向溶

11、液中加入欲分離核素可能存在的所有價(jià)態(tài)的同位素載體，然后通過氧化還原反應(yīng)，使載體與欲分離核素的價(jià)態(tài)趨于一致； 二是只加入一種價(jià)態(tài)的同位素載體，然后通過氧化還原反應(yīng)，使載體與欲分離核素的價(jià)態(tài)趨于一致。第二十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）共沉淀產(chǎn)物純度的提高提高方法有： 加反載體或絡(luò)合劑； 控制溶液的酸度； 采用均相沉淀法； 改變氧化價(jià)態(tài)； 選擇適當(dāng)?shù)某恋項(xiàng)l件； 進(jìn)行多次沉淀； 洗滌沉淀。第二十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）共沉淀法的應(yīng)用 主要用于環(huán)境和生物樣品的放射化學(xué)分析中； 凈化放射性廢水和沾污的飲水中的應(yīng)用。第二十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于20

12、22年6月第二十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 溶劑萃取法（1）概述 溶劑萃取法又叫液-液萃取法，有其優(yōu)缺點(diǎn)，是放射性核素分離的常用的方法之一。 優(yōu)點(diǎn)：方法簡便，分離速度快，適用于短壽命放射性核素的分離； 選擇性好，回收率高，可用于制備無載體的源； 設(shè)備簡單，操作方便，易于自動(dòng)化； 可供選擇的萃取劑多等。 缺點(diǎn)：有機(jī)物的毒性、易揮發(fā)性及易燃性等。第三十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月萃取法涉及到的一些概念：1）萃取劑和稀釋劑 通常把有機(jī)相中能將處于水相中的欲萃取物質(zhì)轉(zhuǎn)移到有機(jī)相的有機(jī)試劑叫做萃取劑。 這了改善

13、萃取劑的某些物理性能而加入的有機(jī)溶劑叫稀釋劑。第三十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月2)反萃取劑 能使被萃取物質(zhì)從有機(jī)相返回到水相溶液的試劑。 如在鈾浸出液-30%TBP(TBP+煤油)萃取鈾，有機(jī)相用水清洗，洗出鈾。TBP為萃取劑、煤油為稀釋劑、水為反萃取劑 第三十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）萃取率E 經(jīng)萃取而進(jìn)入有機(jī)相的欲萃取物的量占其在兩相中總量的百分?jǐn)?shù)。萃取率E與分配系數(shù)D萃的關(guān)系： R為相比，其值為有機(jī)相與水相的體積之比，即V有/V水。第三十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月E與D的關(guān)系：當(dāng)R=1時(shí)，第三十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作

14、于2022年6月（2）萃取機(jī)理和萃取劑的種類1）萃取機(jī)理 是指萃取過程中萃取劑與欲萃取物間相互作用的機(jī)制以及萃取過程的規(guī)律。萃取過程的本質(zhì)有的是根據(jù)物質(zhì)在兩相中溶解度的不同進(jìn)行分離的物理分配過程，但大多數(shù)則是將萃取物由親水性轉(zhuǎn)為疏水性可萃取物的化學(xué)分配過程。 如用TBP萃取U()，親水的 疏水的 第三十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）萃取劑的種類第三十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 a 惰性萃取劑（CCl4 、CHCl3、 C6H14等），萃取劑與萃取物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，欲萃取物在兩相之間按溶解度大小進(jìn)行分配； b 中性含氧萃取劑（酮類、醚類、醇類等）具有一定極

15、性的含氧有機(jī)化合物，在酸的作用下萃取劑先與水生成烊離子，再與欲萃取物發(fā)生離子締合反應(yīng)，也稱鹽萃??；第三十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 中性含氧萃取劑形成烊鹽的能力與其所含氧原子的配位能力有關(guān)，大致有如下的關(guān)系： 醚醇酸酯酮醛。第三十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 c 中性磷類萃取劑，這類萃取劑是指磷酸分子(HO)3PO中的三個(gè)羥基全被烷基酯化或取代所生成的化合物。這類萃取劑的萃取能力取決于P=O鍵的極性；第四十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月反應(yīng)式： 這類萃取劑的萃取能力取決于P=O鍵的極性，其大小順序： 第四十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于20

16、22年6月 d 酸性磷類萃取劑，這類萃取劑是指磷酸分子（HO)3PO中的一個(gè)或二個(gè)羥基被烷基酯化或取代所生成的化合物；第四十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 e 胺類萃取劑，指氨分子NH3中三氫原子部分或全部為烷基取代后生成的伯、仲、叔胺以及季銨鹽。第四十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 f 能與水相中的金屬陽離子結(jié)合成疏水的電中性環(huán)狀螯合物而被萃?。?這類萃取劑在萃取過程中生成具有螯合環(huán)的萃合物，即：螯合物。 在螯合萃取劑中至少要有兩個(gè)參加反應(yīng)的官能團(tuán)，其中一個(gè)為-OH或-SH基團(tuán)，另一個(gè)為具有給電子性質(zhì)的堿性官能團(tuán)。金屬置換-OH或-SH基團(tuán)上的氫，并與堿性官能

17、團(tuán)配位，形成穩(wěn)定的五元或六元環(huán)（從鍵角考慮，五元或六元環(huán)最穩(wěn)定）。 第四十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了滿足萃取劑親有機(jī)相的基本要求，還必須在萃取劑分子中引入適當(dāng)?shù)娜〈?，并且在萃取劑分子中不?yīng)有親水性基團(tuán)。 第四十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 g 協(xié)同萃取劑，當(dāng)萃取劑中含有兩種或兩種以上的萃取劑，使被萃取物的分配系數(shù)顯著大于每一種萃取劑在相同條件下單獨(dú)使用時(shí)的分配系數(shù)之和；TTA-TBP協(xié)同萃取水中的U() h 冠狀化合物類萃取劑，主要包括冠醚和穴醚。冠醚是由三個(gè)以上-CH2-O-CH2-單元組成的單環(huán)聚醚；穴醚是在醚環(huán)上有兩個(gè)氧原子被氮原子取代并聯(lián)結(jié)

18、起來的二環(huán)聚醚。第四十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月1）萃取劑和稀釋劑的選擇 根據(jù)被萃取的對(duì)象選擇萃取劑。稀釋劑的作用主要是改善萃取劑的物理化學(xué)性能，以利于萃取。對(duì)萃取劑的要求： 對(duì)欲萃取物的分配系數(shù)大，萃取容量大，選擇性好，易于反萃??； 萃取反應(yīng)速度快； 粘度小，與水的比重差別大，相分離和流動(dòng)性能好，不易形成第三相或發(fā)生乳化；第四十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性； 與水溶液的互溶性?。?毒性低，沸點(diǎn)高，揮發(fā)性??； 價(jià)格低廉，易于回收。第四十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月2） 水相的選擇 水相組成的選擇主要有以下

19、方面： 酸度和酸類，在保證萃取率足夠高和不發(fā)生水解反應(yīng)的前提下，應(yīng)盡可能在較低酸度下進(jìn)行萃取，水相中的酸類也會(huì)影響萃取劑的能力，在放射化學(xué)分離中，常用的是硝酸和鹽酸體系；pH2，U。 掩蔽劑，對(duì)干擾物質(zhì)進(jìn)行掩蔽，使之不進(jìn)入有機(jī)相中，從而提高萃取物的純度；EDTA等。第四十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 鹽析劑，在萃取體中，如果加入一種易溶于水相的鹽類，它既不被萃取，又不與欲萃取物發(fā)生反應(yīng)，但可提高欲萃取物的萃取率，這種鹽稱為鹽析劑。它能提高被萃取物的萃取率，是由于它具有水合作用和同離子效應(yīng)；如萃取 ，用 。 欲萃取物的價(jià)態(tài)，欲萃取物的價(jià)態(tài)不同，其分配系數(shù)也就不同，因此，可借助于

20、控制水相中各種物質(zhì)的不同價(jià)態(tài)來實(shí)現(xiàn)分離。U()， U()。第五十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）萃取次數(shù)與相比的選擇 進(jìn)行一次萃取 萃取率E1為： E1=1-1/(D萃R+1)100%殘留欲萃取物的百分?jǐn)?shù)r1為： r1=1- E1=1/(D萃R1)100%進(jìn)行x次萃取萃取率Ex,總為： Ex,總=1-1/(D萃R+1)x100%殘留欲萃取物的百分?jǐn)?shù)rx為： rx= 1/(D萃R1)x100%第五十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月例題： 用10ml CCl4萃取天然水中的微量131I，天然水的體積為10ml，已知131I的D值為85，通過計(jì)算比較一次用10ml CC

21、l4進(jìn)行萃取與10ml CCl4分成兩次，每一次5ml 進(jìn)行萃取，其萃取率是否一樣?第五十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月解：E1=(1-1/(85+1) 100%=98.845%；E2總=99.95%E2總 E1第五十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4)洗滌液和洗滌次數(shù)的選擇 洗滌液條件的選擇原則是雜質(zhì)的分配系數(shù)要小，欲萃取物的分配系數(shù)要大。洗滌次數(shù)的選擇必須兼顧凈化效果和回收率。5) 反萃取劑的選擇、萃取設(shè)備的選擇（4）溶劑萃取法的應(yīng)用 用于核燃料生產(chǎn)、放射性核素分離、環(huán)境和生物樣品的放射化學(xué)分析等方面。第五十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十

22、五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4 色譜法（1）概述 色譜法又叫色層法或?qū)游龇?，色譜法是利用混合物中各組分在固定相和流動(dòng)相中親和力的差異使各組分在兩相之間分配不同來實(shí)現(xiàn)彼此分離的。 所有色譜系統(tǒng)都包括兩個(gè)相，即固定相和流動(dòng)相。第六十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月譜分類： 按流動(dòng)相物態(tài)的不同，可分為氣相、液相色譜； 按分離過程機(jī)理的不同可分為吸附色譜法、離子交

23、換色譜法、萃取色譜法和凝膠色譜； 按固定相使用方式的不同，可分為柱色譜法、紙色譜法和薄層色譜法； 按動(dòng)力學(xué)過程的不同可分為前沿法、淋洗法和頂替色譜法。第六十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）柱色法1）吸附柱色譜法 可分為：液-固和氣-固兩種。 基本原理：吸附柱色譜法是利用溶液在通過裝有吸附劑的柱子時(shí)，各組分因吸附能力的不同，在吸附劑上滯留程度不同，從而實(shí)現(xiàn)各組分的分離。 用于做吸附劑的有硅膠、氧化鋁、活性炭和分子篩（沸石，具有網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)的硅酸鋁鹽）等，它們?cè)谑褂们耙?jīng)過預(yù)處理。 第六十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 預(yù)處理：水浸泡一定濃度的酸浸泡水清洗一定濃

24、度的堿浸泡水清洗等。 裝柱：分干法和濕法兩種。 分離操作：在進(jìn)行分離操作過程時(shí)，流速控制在1ml/min左右。第六十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）離子交換柱色譜法 基本原理：是利用固體物質(zhì)中的可交換離子與溶液中的不同離子之間能發(fā)生交換反應(yīng)來進(jìn)行分離的一種方法。 具有這種交換能力的固體稱為離子交換劑。這種交換反應(yīng)為離子交換反應(yīng)。第六十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 從陽離子Mn+與氫型陽離子交換樹脂RH之間可發(fā)生下列反應(yīng)： 平衡常數(shù)K可近似表示：第六十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月這里, 、

25、表示Mn+在離子交換劑和溶液中的平衡濃度； 、 表示H+在離子交換劑和溶液中的平衡濃度。 稱為選擇系數(shù)，以稱為濃度平衡常數(shù)，它表示在一定條件下，離子交換劑對(duì)Mn+、 H+的選擇能力的大小。第六十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 影響離子交換親和力的因素很多，主要是離子的電荷數(shù)Z和離子的水化離子半徑r水。電荷數(shù)越大，水化離子半徑越小，則親和力越大?；静僮鳎?離子交換劑的選擇和預(yù)處理； 裝柱與轉(zhuǎn)型，陽離子可轉(zhuǎn)成H+、NH4+、Na+和Ca2+等，陰離子可轉(zhuǎn)成OH-、NO3-、Cl-和SO42-； 分離操作：有吸附、洗滌、淋洗及樹脂再生等。第六十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于202

26、2年6月第六十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月完成一個(gè)離子交換過程需要經(jīng)過五個(gè)步驟： （1）外部溶液中的可交換離子穿過樹脂顆粒表面的液膜，到達(dá)樹脂表面，這個(gè)過程稱為：膜擴(kuò)散。 （2）可交換離子在樹脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，到達(dá)樹脂交換基團(tuán)附近的交換位置，這個(gè)過程稱為：內(nèi)擴(kuò)散。 （3）可交換離子與樹脂交換基團(tuán)的反離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，可交換離子與樹脂官能團(tuán)結(jié)合，反離子則脫離樹脂官能團(tuán)。 第七十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 （4）反離子在樹脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，到達(dá)樹脂表面，這也是內(nèi)擴(kuò)散過程。 （5）反離子穿過樹脂顆粒表面的液膜，進(jìn)入外部溶液，這也是膜擴(kuò)散過程。 第七十一張，PPT共

27、一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月離子交換樹脂 交聯(lián)度：是指樹脂中所含交聯(lián)劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 交聯(lián)劑：指能將有機(jī)分子單體連接起來的，形成離子交換樹脂聚合物的物質(zhì)。第七十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)離子交換樹脂的基本要求是： （1）離子交換樹脂必須不溶于水，也不會(huì)因?yàn)楸凰軇┗纸狻?（2）離子交換樹脂的高聚物骨架上應(yīng)有足夠數(shù)量的交換基團(tuán)。在樹脂被水溶劑化的條件下，交換基團(tuán)能電離，生成能自由移動(dòng)的反離子。 （3）在溶劑化的條件下，樹脂內(nèi)部應(yīng)當(dāng)有足夠的空間，反離子與外部溶液中相同電荷的離子可以不受阻礙地自由擴(kuò)散，進(jìn)行交換。 第七十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 （

28、4）離子交換樹脂必須具有化學(xué)穩(wěn)定性。離子交換樹脂應(yīng)當(dāng)不溶于無機(jī)酸、堿、鹽的水溶液，也不溶于各種有機(jī)溶劑。 （5）離子交換樹脂必須具有物理穩(wěn)定性。離子交換樹脂應(yīng)當(dāng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命，能夠耐熱和耐輻照。第七十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月離子交換樹脂的結(jié)構(gòu) 目前，廣泛使用的離子交換樹脂絕大多數(shù)都是以聚合的苯乙烯或丙烯酸及其衍生物為基體的，為了保證離子交換樹脂既不溶于無機(jī)酸、堿、鹽的水溶液，也不溶于各種有機(jī)溶劑，并且在加熱時(shí)不熔，在合成樹脂時(shí)必須加入一定量的起交聯(lián)作用的交聯(lián)劑，例如：二乙烯苯，生成苯乙烯-二乙烯苯共聚體或丙烯酸及其衍生物-二乙烯苯共聚體，形成立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)的樹脂

29、骨架。 第七十五張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月通過化學(xué)反應(yīng)，在樹脂的共聚體骨架上引入交換基團(tuán)以后，就成為離子交換樹脂。 交聯(lián)劑加入量越多，立體交叉網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)程度越大，網(wǎng)絡(luò)交織得越緊密。 離子交換樹脂的溶脹： 由于離子交換樹脂是由親油性的大分子骨架和親水性的交換基團(tuán)組成的，干燥的離子交換樹脂接觸水或有機(jī)溶劑時(shí)，在樹脂結(jié)構(gòu)的不同部分會(huì)分別發(fā)生溶劑化作用，都會(huì)引起樹脂體積的膨脹（溶脹）。 第七十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月離子交換樹脂的分類 離子交換樹脂按照官能團(tuán)的電荷性質(zhì)分為：陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂的官能團(tuán)帶負(fù)電荷，反離子為帶正電荷的氫離子或

30、金屬陽離子，可以與外部溶液中的陽離子進(jìn)行交換反應(yīng)；陰離子交換樹脂的官能團(tuán)帶正電荷，反離子為帶負(fù)電荷的陰 離子（氫氧根離子或其它酸根離子），可以與外部溶液中的陰離子進(jìn)行交換反應(yīng)。 離子交換樹脂按照樹脂交換基團(tuán)在水中的電離常數(shù)分為：強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性和弱堿性。第七十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月離子交換樹脂的交換容量 離子交換樹脂的交換容量是樹脂最重要的性能指標(biāo)。由于樹脂的交換容量與離子交換反應(yīng)條件有關(guān)，因此有幾種不同的交換容量概念。 （1）理論交換容量（又稱“總交換容量” ） 理論交換容量是指單位量（質(zhì)量或體積）的Cl 型或H+ 型離子交換樹脂中能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的交換基團(tuán)的

31、總數(shù)（mmol），它實(shí)際是樹脂交換容量的理論值或最大值。 第七十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 樹脂的單位量用1 g表示，則稱為：質(zhì)量理論交換容量。 樹脂的單位量用1 mL表示，則稱為：體積理論交換容量。 （2）工作交換容量 工作交換容量是指在一定的工作條件下，離子交換樹脂對(duì)離子的交換吸附能力。工作交換容量又可以分為：穿透交換容量、飽和交換容量和再生交換容量。第七十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 穿透交換容量是指：在柱式操作中，被吸附離子在流出液中的濃度達(dá)到規(guī)定的穿透濃度時(shí)，樹脂所達(dá)到的交換容量。穿透交換容量不僅與具體的操作條件和離子交換反應(yīng)速度有關(guān)，而且與穿透

32、濃度的規(guī)定值有關(guān)。 飽和交換容量是指：在柱式操作中，被吸附離子在流出液中的濃度與流入液中的濃度相等時(shí)，樹脂所達(dá)到的交換容量。飽和交換容量是動(dòng)力學(xué)意義上的工作交換容量，它與具體的操作條件和離子交換反應(yīng)速度有關(guān)。 第八十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月再生交換容量是指： 在指定的再生劑（或解吸劑）用量相同條件下測定的樹脂交換容量。再生交換容量與再生劑的用量有關(guān)，在實(shí)際使用時(shí)，從經(jīng)濟(jì)原因考慮一般不要求樹脂達(dá)到完全再生（或解吸），所以樹脂的再生交換容量一般小于新樹脂的飽和交換容量。 第八十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月 離子交換樹脂的交換容量用單位量樹脂所吸附離子的量表示。

33、 可用樹脂的質(zhì)量單位表示：mmol/g干樹脂； 也可以用樹脂的體積單位表示：mmol/mL濕樹脂。 工廠從操作和計(jì)量方便考慮，經(jīng)常采用mg/g干樹脂(簡化為mg/g)或mg/mL濕樹脂(簡化為mg/mL)表示。第八十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月用陽離子交換樹脂吸附鈾 2RH + UO22+ = R2UO2 + 2H+ 用陰離子交換樹脂吸附鈾 (2n2) R4NX + UO2(SO4)n 22n = (R4N)2n2 UO2(SO4) n + (2n2)X 式中：X 是樹脂交換基團(tuán)的反離子，例如：Cl 或NO3； (n1)(R4N) 2SO4 + UO2SO4 = (R4N)

34、2n2 UO2(SO4)n (n1)(R4N) 2SO4 + UO2(SO4)n22n = (R4N) 2n2 UO2(SO4)n + (n1) SO42 第八十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月樹脂上硫酸鈾酰配合物的解吸 R4UO2(SO4)3 + 4X = 4RX + nUO2SO4 + (1n)UO22+ + (3n)SO42 R2UO2(SO4)2 + 2X = 2RX + mUO2SO4 + (1m)UO22+ + (2n)SO4 2 式中：X 為Cl 或NO3，n和m為與解吸條件有關(guān)的常數(shù)。 第八十四張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十五張，PPT共一百零

35、四頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十六張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）萃取柱色譜法 萃取柱色譜法以稱為分配色譜法，它可分為正相萃取色譜法和反相萃取色譜法兩種。 正相萃取柱色譜法中水溶液被吸附在吸附劑上作為固定相，有機(jī)萃取劑為流動(dòng)相。 反相萃取柱色譜法是使有機(jī)萃取劑吸附在吸附劑上作為固定相，水溶液為流動(dòng)。第八十七張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月基本原理： 萃取柱色譜法是利用不同物質(zhì)在固定相（萃取劑）和流動(dòng)相之間萃取分配系數(shù)的不同來達(dá)到彼此分離的。第八十八張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4）凝膠滲透柱色譜法 關(guān)鍵是凝膠。5）高效液相色譜法 又稱高壓液相色譜法，是

36、以液體為流動(dòng)相，固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)為固定相的色譜方法。第八十九張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）紙色譜法 是用色譜紙或以萃取劑、液體離子交換劑吸附在色譜紙上作固定相，用有機(jī)溶劑或水溶液作流動(dòng)相來分離不同物質(zhì)的一種色譜分離方法。 各組分在色譜紙上移動(dòng)的情況可用比移值Rf來表示：第九十張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十一張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）薄層色譜法 是將固定相均勻地涂覆在一塊玻璃板或塑料板上，開成薄層，將試樣滴在它的一端，用適宜的展開劑作流動(dòng)相，借助毛細(xì)作用流經(jīng)薄層，使不同組分隨流動(dòng)相展開，從而得到分離目的的一種方法。第九十二張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5 電化學(xué)分離方法 電化學(xué)分離法具有快速、簡便、選擇性高、分離效果好等優(yōu)點(diǎn)，特別是用電化學(xué)分離方法，可以直接得到牢固、薄而均勻的無載體源，因而電化學(xué)分離法在放射性核素的分離、測定中正起著越來越重要的作用。 “不使用外加電壓時(shí)放射性物質(zhì)的電化學(xué)析出法”（稱電化學(xué)置換法）與“使用外加電壓時(shí)放射性物質(zhì)的電化學(xué)沉積法”（稱電解沉積法）第九十三張，PPT共一百零四頁，創(chuàng)作于