[go: up one dir, main page]

RU2780727C1 - Method for production of thin-layer sorbent based on manganese dioxide for alpha-spectrometric detection of radium isotopes - Google Patents

Method for production of thin-layer sorbent based on manganese dioxide for alpha-spectrometric detection of radium isotopes Download PDF

Info

Publication number
RU2780727C1
RU2780727C1 RU2021111843A RU2021111843A RU2780727C1 RU 2780727 C1 RU2780727 C1 RU 2780727C1 RU 2021111843 A RU2021111843 A RU 2021111843A RU 2021111843 A RU2021111843 A RU 2021111843A RU 2780727 C1 RU2780727 C1 RU 2780727C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alpha
thin
radium
manganese dioxide
film
Prior art date
Application number
RU2021111843A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Светлана Михайловна Титова
Владимир Сергеевич Семенищев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Application granted granted Critical
Publication of RU2780727C1 publication Critical patent/RU2780727C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method for the production of a thin-layer sorbent based on manganese dioxide for alpha-spectrometric detection of alpha-radiating radium isotopes Ra-223, including exposure of film in an acidic solution of potassium permanganate, drying, characterized in that, before exposure, film is treated in a solution of sodium hydroxide at a concentration of 0.5-2 mol/dm3, and polyethylene is used as film material.
EFFECT: obtaining a thin-layer sorbent for alpha-spectrometric detection of radium isotopes.
1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области радиохимического анализа и может найти применения для анализа альфа-излучающих изотопов радия в пробах природных и техногенных вод.The invention relates to the field of radiochemical analysis and can be used for the analysis of alpha-emitting isotopes of radium in samples of natural and industrial waters.

Существующая радиоаналитическая практика предполагает использование для определения радиоизотопов радия (Ra) в природных и техногенных водах методов альфа-спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. На начальном этапе применения данных методов они были достаточно громоздкими, т.к. требовали исключительной очистки Ra от коллектора бария (Ba) на котором радий выделяли на первом этапе концентрирования. Даже несколько мг Ba мешали ионизации Ra из нагретого материала (в случае масс-спектрометрии) или уменьшали выход катодного осадка в случае применения aльфа-спектрометрии.The existing radioanalytical practice involves the use of alpha spectrometry and mass spectrometry with inductively coupled plasma to determine the radioisotopes of radium (Ra) in natural and industrial waters. At the initial stage of applying these methods, they were quite cumbersome, because required exclusive purification of Ra from the barium collector (Ba) on which radium was isolated in the first stage of concentration. Even a few mg of Ba interfered with the ionization of Ra from the heated material (in the case of mass spectrometry) or reduced the yield of the cathode deposit in the case of alpha spectrometry.

В качестве альтернативного метода, исключающего сложные и долгие операции отчистки Ra от Ba, была предложена простая и быстрая процедура, основанная на прямой селективной адсорбции Ra на тонкослойном сорбенте, представляющем из себя пленку из полиамида, покрытую диоксидом марганца (MnO2), непосредственно из объекта анализа - природных и техногенных вод (Eikenberga, J. Determination of 228Ra, 226Ra and 224Ra in natural water via adsorption on MnO2-coated discs / J. Eikenberg, A. Tricca, G. Vezzu, S. Bajo, M. Ruethi, H. Surbeck // Journal of Environmental Radioactivity. – 2001. – №54. – P. 109-131). Использование метода позволило проводить альфа-спектрометрическое определение Ra в одну операцию. Из полиамидной пленки вырезался диск, требуемых размеров для загрузочного узла альфа-спектрометра. Диск из полиамида обрабатывался раствором азотной кислоты, промывался деионизованной водой и замачивался в 2% растворе калия марганцевокислого (KMnO4) при 60°С в течение 2 часов. После сушки получался тонкослойный сорбент в виде диска из полиамида с пленкой MnO2 на поверхности. Для проведения анализа тонкослойный сорбент приводился в контакт с анализируемой средой в течение нескольких часов. После выдержки тонкослойный сорбент помещался в альфа-спектрометр, на котором осуществлялось измерение альфа-спектра.As an alternative method, excluding complex and lengthy operations of cleaning Ra from Ba, a simple and fast procedure was proposed based on the direct selective adsorption of Ra on a thin-layer sorbent, which is a polyamide film coated with manganese dioxide (MnO 2 ), directly from the object analysis - natural and technogenic waters (Eikenberga, J. Determination of 228 Ra, 226 Ra and 224 Ra in natural water via adsorption on MnO 2 -coated discs / J. Eikenberg, A. Tricca, G. Vezzu, S. Bajo, M Ruethi, H. Surbeck // Journal of Environmental Radioactivity. - 2001. - No. 54. - P. 109-131). The use of the method made it possible to carry out the alpha spectrometric determination of Ra in one operation. A disk was cut from the polyamide film, the required dimensions for the loading unit of the alpha spectrometer. The polyamide disc was treated with a solution of nitric acid, washed with deionized water and soaked in a 2% solution of potassium permanganate (KMnO 4 ) at 60°C for 2 hours. After drying, a thin-layer sorbent was obtained in the form of a polyamide disk with a MnO 2 film on the surface. To perform the analysis, the thin-layer sorbent was brought into contact with the analyzed medium for several hours. After exposure, the thin-layer sorbent was placed in an alpha spectrometer, on which the alpha spectrum was measured.

Недостатком данного способа является то, что в качестве пленки (основы) для нанесения MnO2 используется полиамид, который сам, за счет образования аминных групп на поверхности полимера после обработки, может адсорбировать щёлочноземельные и цветные металлы из объектов анализа. Это является причиной малой удельной концентрации Ra на поверхности тонкослойного сорбента, при проведении анализа из многокомпонентных водных объектов. The disadvantage of this method is that polyamide is used as a film (base) for applying MnO 2 , which itself, due to the formation of amine groups on the polymer surface after processing, can adsorb alkaline earth and non-ferrous metals from the objects of analysis. This is the reason for the low specific concentration of Ra on the surface of a thin-layer sorbent when analyzing from multicomponent water bodies.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ получения тонкослойного сорбента на основе диоксида марганца для альфа-спектрометрического определения изотопов радия, включающий выдержку пленки из триацетатцеллюлозы (ТАЦ) в кислом растворе KMnO4 в течении 3-5 суток и сушку на воздухе при комнатной температуре (Бетенеков, Н.Д. Радионуклидная диагностика процесса сорбции с использованием подсемейства 224Ra и α-спектрометрии/ Н.Д. Бетенеков// Радиохимия. – 2018. – Т.60, №5. – С. 472-476). При использовании ТАЦ, за счет его более инертной к адсорбции поверхности, удалось значительно уменьшить попутное извлечение щелочноземельных и цветных металлов, что привело к получению образцов с высоким удельным содержанием радия, а значит повысило точность анализа. Вместе с тем, недостатком способа является то, что ТАЦ имеет пористую поверхность, что приводит к формированию достаточно толстого слоя MnO2 на поверхности (от 150 до 900 мкг/см2). При адсорбции, изотопы радия диффундируют в глубь слоя MnO2, что при дальнейшем альфа-спектрометрическом определении приводит к получению образца с худшим энергетическим разрешением альфа-спектра, а значит к дополнительной погрешности при программной обработке пиков на альфа-спектре. The closest in terms of essential features to the claimed invention is a method for obtaining a thin-layer sorbent based on manganese dioxide for alpha-spectrometric determination of radium isotopes, including exposure of a film of cellulose triacetate (CTA) in an acidic solution of KMnO 4 for 3-5 days and drying in air at room temperature (Betenekov, N.D. Radionuclide diagnostics of the sorption process using the 224Ra subfamily and α-spectrometry / N.D. Betenekov / / Radiochemistry. - 2018. - V.60, No. 5. - P. 472-476). When using TAC, due to its more inert surface to adsorption, it was possible to significantly reduce the associated extraction of alkaline earth and non-ferrous metals, which led to the production of samples with a high specific content of radium, and therefore increased the accuracy of the analysis. However, the disadvantage of this method is that the CTA has a porous surface, which leads to the formation of a fairly thick layer of MnO 2 on the surface (from 150 to 900 µg/cm 2 ). During adsorption, radium isotopes diffuse deep into the MnO 2 layer, which, upon further alpha spectrometric determination, leads to a sample with a worse energy resolution of the alpha spectrum, which means additional errors in the software processing of peaks in the alpha spectrum.

В основу изобретения положена задача, получения тонкослойного сорбента на основе диоксида марганца с более высоким энергетическим разрешением альфа-спектра.The invention is based on the task of obtaining a thin-layer sorbent based on manganese dioxide with a higher energy resolution of the alpha spectrum.

При этом, техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение погрешности определения радия альфа-спектрометрическим методом с использованием тонкослойного сорбента на основе диоксида марганца за счет использования инертного малопористого полимерного материала в качестве основы тонкослойного сорбента.At the same time, the technical result of the claimed invention is to reduce the error in determining radium by the alpha spectrometric method using a thin-layer sorbent based on manganese dioxide due to the use of an inert low-porous polymer material as the basis of a thin-layer sorbent.

Заявляемый технический результат достигается тем, что способ получения тонкослойного сорбента на основе диоксида марганца для альфа-спектрометрического определения изотопов радия, согласно изобретению, включает выдержку пленки в кислом растворе KMnO4, сушку, отличающийся тем, что перед выдержкой проводят обработку пленки в растворе гидроксида натрия 0,5-2 моль/дм3, а в качестве материала основы используют полиэтилен.The claimed technical result is achieved in that the method for producing a thin-layer sorbent based on manganese dioxide for the alpha spectrometric determination of radium isotopes, according to the invention, includes holding the film in an acidic solution of KMnO 4 , drying, characterized in that before exposure, the film is treated in a sodium hydroxide solution 0.5-2 mol/dm 3 , and polyethylene is used as the base material.

Выбор данного материала в качестве материала основы для получения тонкослойного сорбента на основе диоксида марганца для альфа-спектрометрического определения изотопов радия обусловлен его высокой адсорбционной инертностью к элементам, присутствующим в объектах анализа, а так же приемлемыми поверхностными характеристиками для получения необходимой концентрации MnO2 на их поверхности, что позволит получать альфа-спектры с высокими энергетическими характеристиками и разрешением. Предварительная обработка пленки щелочью позволяет за счет образования поверхностных дефектов обеспечить большую удельную поверхностную концентрацию MnO2. Концентрация щелочи выбрана в соответствии с общелабораторной практикой для уменьшения химической деструкции пленки при большей 2 моль/дм3 концентрации щелочи и для эффективности обработки, при меньшей 0,5 моль/дм3 концентрации щелочи. Осуществление заявляемого способа подтверждается следующими примерами.The choice of this material as the base material for obtaining a thin-layer sorbent based on manganese dioxide for the alpha-spectrometric determination of radium isotopes is due to its high adsorption inertness to the elements present in the objects of analysis, as well as acceptable surface characteristics to obtain the required concentration of MnO 2 on their surface. , which will allow obtaining alpha spectra with high energy characteristics and resolution. Preliminary treatment of the film with alkali makes it possible to provide a high specific surface concentration of MnO 2 due to the formation of surface defects. The alkali concentration was chosen in accordance with general laboratory practice to reduce the chemical degradation of the film at a higher 2 mol/dm 3 alkali concentration and for processing efficiency, at a lower 0.5 mol/dm 3 alkali concentration. The implementation of the proposed method is confirmed by the following examples.

Сущность изобретения поясняется фигурами, на которых изображено:The essence of the invention is illustrated by the figures, which show:

- фиг. 1 - таблица, параметры адсорбции радия-223 тонкослойными сорбентами на основе диоксида марганца из дистиллированной воды и 0,5 моль/дм3 раствора NaCl, рН 6–7. Время сорбции – 3 суток.- fig. 1 - table, parameters of radium-223 adsorption by thin-layer sorbents based on manganese dioxide from distilled water and 0.5 mol/dm3 NaCl solution, pH 6–7. The sorption time is 3 days.

Осуществление заявляемого способа подтверждается следующими примерами.The implementation of the proposed method is confirmed by the following examples.

Пример 1. Пленки из различных исследуемых материалов: ПЭ, ТАЦ, делили на части. Часть пленок из ПЭ предварительно обрабатывали раствором гидроксида натрия с концентрацией 0,1, 1, 5 моль/дм3 в течение 5 минут при комнатной температуре. Обработанные и необработанные пленки из ПЭ, а также пленки из ТАЦ привели в контакт с кислым раствором KMnO4 в течение 5 суток. Подготовленные таким образом тонкослойные сорбенты на основе диоксида марганца высушили и разрезали на диски. Часть дисков использовали для определения концентрации MnO2 на их поверхности. Часть дисков привели в контакт с определенным объемом модельного раствора, содержащего известное количество радия-223, в течение 3 суток. В качестве модельных растворов брали дистиллированную воду и раствор хлорида натрия с концентрацией 0,5 моль/дм3. По истечении 3 суток у дисков сняли альфа-спектры и рассчитали степень адсорбции радия-223, а также характеристики спектров (ШППВ – ширина пика на половине высоты) влияющие погрешность измерения. Чем больше ШППВ, тем выше относительная погрешность измерения.Example 1. Films from various materials under study: PE, TAC, were divided into parts. Part of the PE films were pre-treated with a sodium hydroxide solution with a concentration of 0.1, 1.5 mol/DM 3 for 5 minutes at room temperature. Treated and untreated PE films as well as CTA films were brought into contact with an acidic KMnO 4 solution for 5 days. Thus prepared thin-layer sorbents based on manganese dioxide were dried and cut into disks. Part of the discs was used to determine the concentration of MnO 2 on their surface. Part of the discs was brought into contact with a certain volume of a model solution containing a known amount of radium-223 for 3 days. Distilled water and sodium chloride solution with a concentration of 0.5 mol/dm 3 were taken as model solutions. After 3 days, alpha spectra were taken from the disks and the degree of adsorption of radium-223 was calculated, as well as the characteristics of the spectra (WHPW - peak width at half height) affecting the measurement error. The larger the FWHM, the higher the relative measurement error.

Из примера 1 видно, что в бессолевом растворе, степень адсорбции радия на диски достаточно близки, но при этом спектры радия на диске MnO2-ТАЦ характеризуются худшим энергетическим разрешением. В случае растворов, содержащих повышенное количество солей, происходит подавление адсорбции радия, зависящее от содержания слоя диоксида марганца на диске. При этом диски MnO2-ТАЦ и MnO2-ПЭ (Щ 1) обеспечивают более высокие степени извлечения радия, чем MnO2-ПЭ (Щ 0,1) и MnO2-ПЭ (Щ 5), однако диск MnO2-ТАЦ опять обеспечивает худшее качество альфа-спектра с точки зрения энергетического разрешения. Таким образом, использование полиэтилена, предварительно обработанного раствором гидроксида натрия, в качестве основы для тонкослойных сорбентов, обеспечивает сочетание повышенной селективности, емкости по отношению к радию и хорошее качество получаемого альфа-спектра.From example 1 it can be seen that in a salt-free solution, the degree of adsorption of radium on the disks is quite close, but the spectra of radium on the MnO 2 -CTA disk are characterized by a worse energy resolution. In the case of solutions containing an increased amount of salts, radium adsorption is suppressed, depending on the content of the manganese dioxide layer on the disk. At the same time, MnO 2 -TAC and MnO 2 -PE (Sch 1) disks provide higher degrees of radium extraction than MnO 2 -PE (Sh 0.1) and MnO 2 -PE (Sh 5), however, the MnO 2 -TSA disk again provides the worst quality of the alpha spectrum in terms of energy resolution. Thus, the use of polyethylene pretreated with a sodium hydroxide solution as a basis for thin-layer sorbents provides a combination of increased selectivity, capacity with respect to radium, and good quality of the resulting alpha spectrum.

Claims (1)

Способ получения тонкослойного сорбента на основе диоксида марганца для альфа-спектрометрического определения альфа-излучающих изотопов радия Ra-223, включающий выдержку пленки в кислом растворе перманганата калия, сушку, отличающийся тем, что перед выдержкой проводят обработку пленки в растворе гидроксида натрия с концентрацией 0,5-2 моль/дм3, а в качестве материала пленки используют полиэтилен.A method for producing a thin-layer sorbent based on manganese dioxide for alpha-spectrometric determination of alpha-emitting isotopes of radium Ra-223, including exposure of the film in an acidic solution of potassium permanganate, drying, characterized in that, before exposure, the film is treated in a solution of sodium hydroxide with a concentration of 0, 5-2 mol/dm 3 , and polyethylene is used as the film material.
RU2021111843A 2021-04-26 Method for production of thin-layer sorbent based on manganese dioxide for alpha-spectrometric detection of radium isotopes RU2780727C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2780727C1 true RU2780727C1 (en) 2022-09-29

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9058908B2 (en) * 2008-09-23 2015-06-16 Uchrezhdenie Rossiiskoi Akademii Nauk Institut Yadernykh Issledovany Ran (Iyai Ran) Method for producing actinium-225 and isotopes of radium and target for implementing same
RU2736600C1 (en) * 2019-07-02 2020-11-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method of producing actinium-228 radionuclide generator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9058908B2 (en) * 2008-09-23 2015-06-16 Uchrezhdenie Rossiiskoi Akademii Nauk Institut Yadernykh Issledovany Ran (Iyai Ran) Method for producing actinium-225 and isotopes of radium and target for implementing same
RU2736600C1 (en) * 2019-07-02 2020-11-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method of producing actinium-228 radionuclide generator

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Асланян И. Р. и др. "ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ, СУЩЕСТВЕННО ВЛИЯЮЩИХ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ", Труды ВИАМ, 2018, No. 12 (72), С. 3-13. интернет-источник https://ru.wikipedia.org/wiki/Изотопы_радия, опубликованный в Wayback Internet Archive Machine 18.06.2013. *
Кучумова Ю. В. и др. "ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕЛЕКТИВНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ РАДИЯ-224 ИЗ РАСТВОРА ТОРИЯ С ТРИЛОНОМ Б", 2018, V Международная молодежная научная конференция, посвященная памяти Почетного профессора УрФУ В.С. Кортова. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ 2018, С. 115-116. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Simultaneous and sensitive analysis of Ag (I), Mn (II), and Cr (III) in aqueous solution by LIBS combined with dispersive solid phase micro-extraction using nano-graphite as an adsorbent
Zhu et al. Solid phase extraction of trace copper in water samples via modified corn silk as a novel biosorbent with detection by flame atomic absorption spectrometry
Househam et al. The determinatin of purines in fresh and sea water by cathodic stripping voltammetry after complexation with copper (I)
RU2780727C1 (en) Method for production of thin-layer sorbent based on manganese dioxide for alpha-spectrometric detection of radium isotopes
Qiao et al. An isothermal adsorption model for adsorption of substrates by anammox extracellular polymeric substance proteins: Establishment, verification, and determination of adsorption capacity
CN105241863A (en) Pentachlorophenol detection method
Lamb et al. Chemically suppressed anion chromatography based on macrocycle—Cation complexation
Yu et al. Utilization of modified corn silk as a biosorbent for solid-phase extraction of Cr (III) and chromium speciation
Bächmann et al. Multielement concentration for trace elements
Chen et al. Silk fibroin as a sorbent for on-line extraction and preconcentration of copper with detection by electrothermal atomic absorption spectrometry
Miller et al. The effect of granular activated carbon surface chemistry on bromate reduction
Wang et al. Ultra-low concentrations of detection for fluoride and trivalent chromium ions by multiple biomimetic nanochannels in a PET membrane
CN1210557C (en) Test piece for detecting hexavalent chromium and preparing method thereof
JP2020060385A (en) Rapid analytic method of radiostrontium 90
Toshihiro et al. Determining 15N enrichment of dissolved organic nitrogen in environmental waters by gas chromatography/negative‐ion chemical ionization mass spectrometry
Miura et al. Ion chromatographic determination of sulfide, sulfite and thiosulfate in mixtures by means of their postcolumn reactions with iodine
CN116589757B (en) Degradable film fluorescence sensor and preparation method and application thereof
Rashidi Nassab et al. Adsorptive Cathodic Stripping Voltammetric Determination of Uranium (VI) in Presence of N‐Phenylanthranilic Acid
Coşofreţ et al. Construction of a new Hg2+-selective liquid-state electrode
JPS6031055A (en) Pre-processing of specimen
CN116539773B (en) Method for detecting fractionation coefficient of calcium isotope in adsorption process
SU1259162A1 (en) Method for atomic-absorption analysis of solutions
Tewari et al. Interaction of DL-histidine, DL-threonine and DL-valine with platinum and tungsten ferrocyanides
Yepimakhov et al. Radioiodine adsorption from aqueous solutions on metal-containing membrane filters
Skinner et al. Direct insertion of trace metals preconcentrated on activated charcoal into an inductively coupled plasma