Физико-химические основы синтеза и применения тонкослойных неорганических сорбентов

• методы межфазного распределения (соосаждение, сокристаллизация, сорбция, экстракция);

• электрохимические методы (электролиз, электрофорез, электродиализ);

• коллоидно-химические методы (центрифугирование и ультрацентрифугирование, фильтрация и ультрафильтрация, диализ, радиография).

В целом, адекватную картину можно получить только в сочетании расчетных и различных экспериментальных методов.

Важнейшими традиционными и наиболее доступными методами являются: диализ, ультрафильтрация, центрифугирование и ультрацентрифугирование, диффузия, электрохимические методы (электофорез, электохимическое выделение), радиография, методы межфазного распределения (экстракция, ионный обмен, сорбция, десорбция). Кратко рассмотрим некоторые из них, но еще раз подчеркнем, что вывод о состоянии того или иного радионуклида можно сделать только в результате одновременного изучения его адсорбционных и коллоидных свойств, а подбор используемых методов определяется не только их доступностью, но и индивидуальными свойствам и особенностями физико-химического поведения конкретного изучаемого радионуклида.

Метод диализа

Диализ является прямым методом определения коллоидных состояний вещества. Этот метод основан, как известно, на том, что коллоидные частицы не способны диффундировать через полупроницаемые мембраны. Для изучения состояния микроколичеств радиоактивных изотопов в растворах метод диализа был впервые применен Панетом. Отличительной чертой диализа бесконечно разбавленных растворов является большая роль адсорбционных процессов, влиянием которых обычно пренебрегают при диализе растворов, содержащих макроколичества веществ.

Практически диализ растворов, содержащих микроконцентрации радиоактивных изотопов, осуществляется так же, как и диализ обычных растворов. Во внутреннюю часть диализатора, отделенную от внешней части полупроницаемой мембраной, помещается раствор радиоактивного изотопа; внешняя часть прибора дополняется раствором идентичного состава, но без радиоактивного изотопа. С течением времени ионы радиоактивного изотопа, диффундируя через мембрану, распределяются поровну между внутренним и внешним растворами, а коллоидные частицы остаются во внутренней части диализатора. Если адсорбционными потерями можно пренебречь, то сумма активностей внутреннего и внешнего растворов должна быть в любой момент времени равна начальной активности радиоактивного изотопа, введенного во внутреннюю часть прибора, т. е. .

Если учесть, что А_внешн. есть активность половины всего количества ионов радиоактивного изотопа и А_внутр. есть сумма активностей коллоидной части радиоактивного изотопа и половины его ионной части, то доля коллоидной формы (_К) может быть легко определена по одной из следующих формул:

Они позволяют определить долю коллоидной формы, исходя из двух величин: А₀ и А_внешн. или А₀ и А_внутр.. Однако эти формулы применимы только при соблюдении условия, когда не происходит уменьшения содержания радиоактивного изотопа в растворе в результате адсорбции. Но, как правило, при диализе растворов, содержащих микроконцентрации радиоактивных изотопов, величина адсорбционных потерь оказывается соизмеримой с общим количеством радиоактивного изотопа в растворах, и сумма активностей . Поэтому для характеристики степени диализа радиоактивного изотопа в случае бесконечно разбавленных растворов необходимо определить независимо активности внешнего и внутреннего растворов и подвести баланс активностей, согласно которому должно .

Рассмотрим два различных случая.

1. А_внутр. = А_внешн. Если адсорбционные потери пренебрежимо малы, т. е. А_адс. А₀, то А_внутр. = А_внешн. = А₀/2. Такое распределение радиоактивного изотопа возможно только в том случае, когда доля коллоидной формы равна нулю. Если адсорбция радиоактивного изотопа относительно велика, то А_внутр. = А_внешн. А₀/2. Установление равновесного распределения обусловлено в этом случае двумя процессами: 1) диффузией ионов радиоактивного изотопа через мембрану, 2) адсорбцией ионов радиоактивного изотопа на поверхностях прибора и мембраны, соприкасающихся с раствором. Для катионов, диффундирующих через мембрану, адсорбционные потери могут быть особенно велики, так как мембраны заряжены в растворе, как правило, отрицательно и, кроме того, обладают огромной внутренней адсорбционной поверхностью. Таким образом, в результате адсорбции общее количество радиоактивного изотопа во внешнем и внутреннем растворах может заметно уменьшиться. Но, тем не менее, в случае ионного состояния А_внутр. = А_внешн..