放射卫生监督之化学基础知识.ppt

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1、放放 射射 化化 学学放射化学放射化学(Radiochemistry)(From Websters New World Dictionary,Third College Edition,p1108)Radiochemistry is the branch of chemistry dealing with radioactive phenomena.放射化学放射化学1901年由卡麦隆（年由卡麦隆（Cameron）提出，）提出，是近代化学的一个分支学科，是近代化学的一个分支学科，是研究有关放射性现象的一门科学。是研究有关放射性现象的一门科学。放射化学放射化学 绪论绪论 放射化学分离方法放射化学分

2、离方法 放射性核素（元素）化学放射性核素（元素）化学 放射化学实验放射化学实验绪绪 论论1.1 放射化学发展简史放射化学发展简史1.2 放射化学研究的内容放射化学研究的内容1.3 放射化学的特点放射化学的特点1.4 常用的放射性单位和概念常用的放射性单位和概念1.1 放射化学发展简史放射化学发展简史（1）初期阶段（）初期阶段（1896-1931）天然核辐射现象的发现天然核辐射现象的发现（2）发展阶段（）发展阶段（1932-1942）由原子反应堆实现重核裂变由原子反应堆实现重核裂变（3）近代阶段（）近代阶段（1943-1969）核反应堆技术应用于核武器核反应堆技术应用于核武器（4）现代阶段（）现

3、代阶段（1970-至今）至今）能源的和平利用能源的和平利用W.Roentgens discovery of x-rays（1）初期阶段）初期阶段放射性和放射性元素的发现放射性和放射性元素的发现W.Roentgens discovery of x-rays（1）初期阶段）初期阶段H.BecquerelThe discovery of Radioactivity（1）初期阶段）初期阶段M.Curie（1）初期阶段）初期阶段分离、提取放射性核素镭的旧作坊 Discovery of RadiumThe Nobel Prize in Chemistry 1911 成功发现放射性核素镭和钋，又成功提取了核

4、素镭成功发现放射性核素镭和钋，又成功提取了核素镭（1）初期阶段）初期阶段（1）初期阶段）初期阶段（2）发展阶段）发展阶段 1932年，年，J.Chadwick 发现中子发现中子 1934年，年，I.Curie 和和 F.Curie 首次获得了人工放射性核素首次获得了人工放射性核素 1939年，年，O.Hahn 发现原子核裂变现象发现原子核裂变现象 1942年，年，E.Fermi设计出第一座核反应堆设计出第一座核反应堆（2）发展阶段）发展阶段人工反应与人工放射性元素的发现人工反应与人工放射性元素的发现 （2）发展阶段）发展阶段The Nobel Prize in Chemistry 1944Ot

5、to Hahn,GermanyFission of UraniumG.V.HevesyThe Absorption and Translocation of Lead(ThB)by plants ThB=212PbBiochem.J.17,439(1923)The Nobel Prize in Chemistry 1943The Father of Nuclear MedicineThe Father of Nuclear Medicine背景回顾背景回顾这是美国对日本投掷的两颗原子弹这是美国对日本投掷的两颗原子弹全世界第一次知道了什么是原子弹！全世界第一次知道了什么是原子弹！（3）近代阶段）

6、近代阶段原子弹爆炸原子弹爆炸1949-9-22 原苏联第一颗原子弹原苏联第一颗原子弹1952-1-3 英国第一颗原子弹英国第一颗原子弹1952-10-31 美国第一颗氢弹美国第一颗氢弹1953-8 原苏联第一颗氢弹原苏联第一颗氢弹1960-2-13 法国第一颗原子弹法国第一颗原子弹1964-10-16 中国第一颗原子弹中国第一颗原子弹1967-6-17 中国第一颗氢弹中国第一颗氢弹蘑菇云蘑菇云（3）近代阶段）近代阶段喜喜讯讯不不断断氢氢弹弹爆爆炸炸（4）现代阶段）现代阶段 能源能源 核电站核电站 基础医学基础医学 放射性核素作示踪剂放射性核素作示踪剂 临床医学临床医学 放射性药物放射性药物 药

7、剂学药剂学 放射性标记化合物放射性标记化合物核能在世界的发展状况核能在世界的发展状况中国核科学发展里程碑中国核科学发展里程碑1958年，年，在衡阳建立铀水冶厂；在衡阳建立铀水冶厂；1963年，年，在兰州建立用气体扩散法富集在兰州建立用气体扩散法富集235U的工厂；的工厂；1964年，年，富集富集235U丰度达丰度达90以上；以上；1964年，年，建立建立404核燃料后处理厂；现已退役。核燃料后处理厂；现已退役。，第一颗原子弹成功爆炸；，第一颗原子弹成功爆炸；，第一颗氢弹成功爆炸；，第一颗氢弹成功爆炸；1971.09，建造核潜艇；，建造核潜艇；，秦山核电站，秦山核电站I期建成发电；期建成发电；I

8、I期在建设中；期在建设中；1993，广东大亚湾核电站建成发电；，广东大亚湾核电站建成发电；岭澳核电站在建设中。岭澳核电站在建设中。放射性示踪剂以某种化合物的形式给药。诊断是根据这些放射性示踪剂以某种化合物的形式给药。诊断是根据这些放射性化合物进入人体特定部位并在那些部位浓集的能力。放射性化合物进入人体特定部位并在那些部位浓集的能力。131I59Fe32P99Tc23Na 8.1 d45.1 d14.3 d6.0 h14.8 h 甲状腺甲状腺红血细胞红血细胞眼眼,肝肝,瘤瘤心脏心脏,骨骨,肝肝,肺肺循环系统循环系统辐射源辐射源半衰期半衰期检查部位检查部位放射线疗法放射线疗法 放放射射线线疗疗法法

9、(radiation therapy)是是指指用用高高能能射射线线治治疗疗疾疾病病的的方方法法，它它是是人人类类战胜癌症的一种重要武器。战胜癌症的一种重要武器。32P60Co90Sr125I131I14.3 d5.26 a28.8 a60.25 d8.06 d137Cs192Ir198Au222Ra226Rn30 a74.2 d2.7 d3.82 d1 622 a辐射源辐射源半衰期半衰期 辐射源辐射源 半衰期半衰期放射化学的发展放射化学的发展1898年年 M.Curie用放射化学方法发现放射性元素镭、钋；用放射化学方法发现放射性元素镭、钋；1910年，英国的年，英国的Cameron提出将其作为

10、一个独立的分支；提出将其作为一个独立的分支；已有已有100多年辉煌的发展历程；基本理论已经发展成熟多年辉煌的发展历程；基本理论已经发展成熟;已经走过独立发展的阶段，逐步走向与各学科的横向已经走过独立发展的阶段，逐步走向与各学科的横向 结合，成为各学科广泛应用的技术手段。结合，成为各学科广泛应用的技术手段。目前，随着能源需求形势的发展，在世界范围内有再次目前，随着能源需求形势的发展，在世界范围内有再次 走向辉煌的态势。走向辉煌的态势。1.2 放射化学研究的内容放射化学研究的内容(2)放射性元素化学：放射性元素化学：研究天然和人工放射性元素及其化合物的化学性质、制备方法。研究天然和人工放射性元素及

11、其化合物的化学性质、制备方法。(1)基础放射化学：基础放射化学：研究放射性物质的物理化学行为和状态及其分离、纯化方法和原理。研究放射性物质的物理化学行为和状态及其分离、纯化方法和原理。(3)核化学：核化学：研究各种核转变过程所引起的化学变化及生成的产物。研究各种核转变过程所引起的化学变化及生成的产物。(4)放射分析化学：放射分析化学：研究放射性核素及其制剂的分析、测量和纯度鉴定方法。研究放射性核素及其制剂的分析、测量和纯度鉴定方法。(5)应用放射化学：应用放射化学：研究放射性核素在工业、农业、国防、医学等各个领域中的应用。研究放射性核素在工业、农业、国防、医学等各个领域中的应用。低浓度时放射性

12、物质的物理化学行为和状态；低浓度时放射性物质的物理化学行为和状态；吸附、共沉淀、胶体吸附、共沉淀、胶体研究放射性物质的分离、纯化方法及其原理。研究放射性物质的分离、纯化方法及其原理。共沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、色谱法等共沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、色谱法等(1)基础放射化学（基础放射化学（Basic Radiochemistry）天然放射性元素化学天然放射性元素化学研研究究天天然然放放射射性性元元素素(U(U、ThTh、RaRa、Po)Po)的的化化学学性性质质，以以及有关它们的提炼精制的化学工艺，重点是铀和钍；及有关它们的提炼精制的化学工艺，重点是铀和钍；人工放射性元素化学人工放射

13、性元素化学主主要要研研究究人人工工放放射射性性元元素素的的化化学学性性质质和和核核性性质质,以以及及它它们们的的分分离离、纯纯化化和和精精制制的的化化学学过过程程,重重点点是是钚钚等等超超铀铀元素和主要的裂片元素。元素和主要的裂片元素。(2)放射性元素化学（放射性元素化学（Chemistry of Radioelements）用各种能量的轻重粒子引发核反应用各种能量的轻重粒子引发核反应,实现原子核的转变；实现原子核的转变；分离鉴定核反应的产物，并由此探讨其反应机理。分离鉴定核反应的产物，并由此探讨其反应机理。(3)核化学（核化学（Nuclear Chemistry）研究放射性物质的分离分析方法

14、以及核技术在分析中研究放射性物质的分离分析方法以及核技术在分析中的应用。的应用。突出成功的分析方法是中子活化分析；突出成功的分析方法是中子活化分析；带电粒子激发带电粒子激发X X荧光分析及其微区扫描；荧光分析及其微区扫描；同位素稀释法；同位素稀释法；加速器质谱分析等。加速器质谱分析等。(4)放射分析化学（放射分析化学（Radioanalytical Chemistry）合成用于诊断各种疾病的新药物，诸如心肌显像药物、合成用于诊断各种疾病的新药物，诸如心肌显像药物、脑显像药物；脑显像药物；为核医学对各种脏器多种疾病的诊断和治疗为核医学对各种脏器多种疾病的诊断和治疗,以及为研以及为研究人体的体内动

15、态生理活动提供药物。究人体的体内动态生理活动提供药物。(5)应用放射化学（应用放射化学（Nuclear Pharmaceutical Chemistry）1.3 放射化学的特点放射化学的特点放射性：放射性：在涉及放化操作的整个过程中，放射性核素一直按固有的速率衰变，在涉及放化操作的整个过程中，放射性核素一直按固有的速率衰变，并释放出带电粒子或并释放出带电粒子或射线。这是放射化学最重要的特点。射线。这是放射化学最重要的特点。不稳定性：不稳定性：由于放射性物质总是在不停地衰变，由一种物质转变为另一种或多由于放射性物质总是在不停地衰变，由一种物质转变为另一种或多种物质，使研究体系的组成不断发生变化。

16、这就要求相应的快化学种物质，使研究体系的组成不断发生变化。这就要求相应的快化学研究方法。研究方法。低浓度和微量性：低浓度和微量性：放射性物质的量通常都比较小（放射性物质的量通常都比较小（ug、ng级），低于一般的化学方法级），低于一般的化学方法的检出限。操作中要注意丢失现象。的检出限。操作中要注意丢失现象。优越性优越性 使研究方法的灵敏度大大提高使研究方法的灵敏度大大提高定性分析：根据测定射线能量的大小来确定它是什么放射性核素；定性分析：根据测定射线能量的大小来确定它是什么放射性核素；定量分析：根据辐射出射线的浓度或强度，来确定放射性核素的含量。定量分析：根据辐射出射线的浓度或强度，来确定放射

17、性核素的含量。通过放射性示踪技术，研究化学反应过程中各个阶段的变化通过放射性示踪技术，研究化学反应过程中各个阶段的变化 危害性危害性 放射线可能对人体产生辐射损伤放射线可能对人体产生辐射损伤 外照射，外照射，内照射，内照射，产生一系列特殊的物理化学效应，使研究体系复杂化产生一系列特殊的物理化学效应，使研究体系复杂化放射性放射性放射性衰变(radioactive decay)：放射性核素在射出射线的同时转变成其它的放射性核素或本身稳定性同位素的过程。不稳定性不稳定性Natural Radioactive Series放射系放射系(radioactive series)铀铀 系系钍钍 系系锕锕 系

18、系三大天然放射性衰变系三大天然放射性衰变系Uranium-radium-chainThorium chainUranium-actinium chain 因因此此在在放放射射化化学学中中，物物质质的的纯纯度度不不能能用用普普通通的的分分析析化化学学中中常常用用的的化化学学纯纯、分分析析纯纯、光光谱谱纯纯等等，而而必必须须用用放放射射性核纯度性核纯度和和放化纯度放化纯度来衡量放射性物质的纯度。来衡量放射性物质的纯度。不稳定性不稳定性 易产生吸附易产生吸附放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象(Adsorption Phenomena of Radionuclides)易与常量物质共沉淀易与常量

19、物质共沉淀 放射性核素的共沉淀现象放射性核素的共沉淀现象(Coprecipitation Phenomena of Radionuclides)易形成放射性胶体易形成放射性胶体 放射性胶体放射性胶体 (Radiocolloid)低浓度和微量性低浓度和微量性1.4 放射性单位和概念放射性单位和概念放射性活度放射性活度(Radioactivity)：每秒钟发生核衰变的数目。：每秒钟发生核衰变的数目。1Bq=1衰变衰变/秒秒（dps），），1Ci=3.71010(dps)=2.221012(dpm)放射性比活度放射性比活度(Specific Activity)：单位重量样品：单位重量样品所含的放射性

20、活度。（所含的放射性活度。（Bq/g,Bq/kg,Ci/g,Ci/kg）放射性浓度放射性浓度(Radioactive Concentration)：单位体积的溶液和气体中所含放射性活度。单位体积的溶液和气体中所含放射性活度。(Bq/mL，Bq/L)一个含一个含90Sr（）、）、32P（）和）和137Cs（）等多种放射性核素的）等多种放射性核素的混合液，混合液，90Sr的放射性纯度为的放射性纯度为80%，就是指，就是指90Sr放出的放出的 放射性活度占混合溶液中总放射性活度占混合溶液中总 放射性活度的放射性活度的80%。放射性核素纯度放射性核素纯度(Radionuclide Purity)：某核

21、素的放射性活度占样品的总放射性活度的百分数。某核素的放射性活度占样品的总放射性活度的百分数。放射化学纯度放射化学纯度(Radiochemical Purity)：规定化学形态的放射性核素的放射性活度占规定化学形态的放射性核素的放射性活度占样品总放射性活度的百分数。样品总放射性活度的百分数。医用医用32P-NaH2PO4溶液放化纯度大于溶液放化纯度大于99%，指在，指在32P溶液中溶液中32P可能以多种化合物形态存在，如可能以多种化合物形态存在，如Na2HPO4,NaH2PO4,H3PO4,Na3PO4，但只有以，但只有以NaH2PO4形态存在的形态存在的32P的的 放射性活度放射性活度占样品溶

22、液总占样品溶液总 放射性活度的放射性活度的99%以上。以上。放射性物质的名称：放射性物质的名称：放射性同位素：一种元素中质子数相同而中子数不同放射性同位素：一种元素中质子数相同而中子数不同的核素称为同位素，其中有放射性的称为放射性同位素。的核素称为同位素，其中有放射性的称为放射性同位素。如如3H+1H+D放射性元素：一种元素所有同位素都是放射性的，放射性元素：一种元素所有同位素都是放射性的，没有稳定性同位素。如没有稳定性同位素。如U、Th、Ra、Po、Pu放射性核素：前两者的统称放射性核素：前两者的统称书写符号：书写符号：9038Sr（锶（锶-90）、）、99m43Tc（锝（锝-99）SI单位

23、单位:Bq(贝可贝可)，1 Bq相当于每秒发生相当于每秒发生1次衰变。次衰变。旧单位旧单位：Ci(居里居里)，1 Ci 相当于每秒发生相当于每秒发生3.71010次衰变次衰变 (1 g 镭镭-226的衰变速率的衰变速率)。1Ci=3.71010 Bq放射化学分离方法放射化学分离方法2.1 共沉淀法共沉淀法 2.2 溶剂萃取法溶剂萃取法2.3 离子交换法离子交换法2.4 色谱法色谱法放射化学分离方法放射化学分离方法2.1 共沉淀法共沉淀法(Coprecipitation method)2.1.1 分类及特点分类及特点 无机共沉淀法无机共沉淀法分类分类：(a)共结晶共沉淀共结晶共沉淀 (b)吸附共

24、沉淀吸附共沉淀特点：特点：(a)共结晶共沉淀：选择性高，分离效果较好。共结晶共沉淀：选择性高，分离效果较好。(b)吸附共沉淀：吸附共沉淀：选择性差，但浓集效果好，选择性差，但浓集效果好，常用于废水的处理。常用于废水的处理。共沉淀法特点特点:(a)生成的难溶化合物溶解度小，所以浓集效果好。生成的难溶化合物溶解度小，所以浓集效果好。(b)化合物离子半径大，表面电荷密度小，所以不化合物离子半径大，表面电荷密度小，所以不 易吸附杂质，分离效果好。易吸附杂质，分离效果好。有机共沉淀法有机共沉淀法分类：分类：(a)形成难溶性正盐有机化合物形成难溶性正盐有机化合物 NaB(C6H5)4+Cs+CsB(C6H

25、5)4+Na+(b)形成难溶性螯合物形成难溶性螯合物 -亚硝基亚硝基-奈酚与铀形成难溶性的金属螯合物奈酚与铀形成难溶性的金属螯合物共沉淀法 应用技术应用技术(1)载体的选择载体的选择 要加入欲测核素的稳定性同位素作要加入欲测核素的稳定性同位素作载体，载体，(90Sr-Sr)，如果没有稳定性同位素时，可选用同族相邻近的元素作如果没有稳定性同位素时，可选用同族相邻近的元素作正正载体载体，(Ra-Ba)。为避免放射性杂质的吸附共沉淀，要加入放射性杂质的为避免放射性杂质的吸附共沉淀，要加入放射性杂质的稳定性同位素作反载体，使放射性杂质稀释，如分析稳定性同位素作反载体，使放射性杂质稀释，如分析90Sr时

26、时为避免为避免137Cs的吸附，则加入稳定性的吸附，则加入稳定性Cs作作反载体反载体。正载体和反载体一般用量为正载体和反载体一般用量为10 20 mg。共沉淀法(2)提高溶液酸度提高溶液酸度 防止某些放射性杂质水解成胶体，而减弱其吸附，同时，防止某些放射性杂质水解成胶体，而减弱其吸附，同时，由于由于H+浓度增高，可减少杂质的吸附。浓度增高，可减少杂质的吸附。(3)加入配位剂加入配位剂 使其放射性杂质形成易溶性的配合物，避免其产生共沉淀。使其放射性杂质形成易溶性的配合物，避免其产生共沉淀。(4)加热加热 在加热条件下，产生沉淀则会使沉淀颗粒增大，从而减在加热条件下，产生沉淀则会使沉淀颗粒增大，从

27、而减少对杂质的吸附。少对杂质的吸附。(5)洗涤洗涤 用含沉淀剂的稀溶液多次洗涤沉淀物可减少杂质的吸附。用含沉淀剂的稀溶液多次洗涤沉淀物可减少杂质的吸附。共沉淀法(6)多次沉淀多次沉淀 可通过将沉淀物溶解后再沉淀，经过多次反复，也可可通过将沉淀物溶解后再沉淀，经过多次反复，也可减少杂质的吸附。减少杂质的吸附。(7)采用均相沉淀法采用均相沉淀法 沉淀剂不是直接加入而是通过在溶液中缓慢产生沉淀剂，沉淀剂不是直接加入而是通过在溶液中缓慢产生沉淀剂，再使其产生沉淀反应。再使其产生沉淀反应。eg:沉淀沉淀90Sr不是直接加入不是直接加入H2SO4，而是加入，而是加入(NH4)2SO4。(NH4)2SO4+

28、H2O NH4OH+H2SO4 90Sr+H2SO4 90SrSO4 共沉淀法的应用共沉淀法的应用测定环境生物样品中的微量放射性物质：测定环境生物样品中的微量放射性物质：用用BiPO4-Pu3(PO4)4共沉淀分析，尿中的共沉淀分析，尿中的239Pu。制备无载体的放射性核素：制备无载体的放射性核素：用用32S制制备备32P时时，先先用用过过量量Fe(OH)3吸吸附附载载体体32PO43-，再再用用溶剂萃取法去除溶剂萃取法去除Fe3+。放射性废液的处理：放射性废液的处理：Fe(OH)3、Al(OH)3吸附效果很好，吸附多种放射性废液。吸附效果很好，吸附多种放射性废液。净化放射性水净化放射性水放射

29、化学分离方法放射化学分离方法2.2 溶剂萃取法溶剂萃取法(Solvent Extraction Method)溶剂萃取法目前在放射化学研究和核燃料工艺中溶剂萃取法目前在放射化学研究和核燃料工艺中已成为应用最广泛的一种分离方法。已成为应用最广泛的一种分离方法。优点优点:(a)选择性好，回收率高；选择性好，回收率高；(b)设备简单，操作方便，易实现连续化和自动化；设备简单，操作方便，易实现连续化和自动化；(c)对微量物质的分离和工业生产规模的分离均可使用。对微量物质的分离和工业生产规模的分离均可使用。缺点缺点:(a)对化学性质相似的元素分离效果差；对化学性质相似的元素分离效果差；(b)对亲水性强的

30、碱金属和碱土金属难以分离；对亲水性强的碱金属和碱土金属难以分离；(c)萃取剂价格贵、易挥发、易燃，甚至有毒。萃取剂价格贵、易挥发、易燃，甚至有毒。2.2.1 常用术语常用术语 萃萃取取法法：利利用用不不同同物物质质在在互互不不相相溶溶的的水水和和有有机机溶溶剂剂中中分配的不同分配的不同来达到彼此分离的方法。来达到彼此分离的方法。萃取和反萃取萃取和反萃取萃取萃取：将被测组分从：将被测组分从水溶液水溶液中转移到中转移到有机溶剂有机溶剂的过程。的过程。反萃取反萃取：将被测组分从：将被测组分从有机溶剂有机溶剂中重新转移到中重新转移到水溶液水溶液中中 的过程。的过程。萃取剂和反萃取剂萃取剂和反萃取剂(E

31、xtractant and Stripping agent)萃取剂萃取剂：能从：能从水溶液水溶液中将被测组分中将被测组分萃取出来萃取出来的有机溶剂。的有机溶剂。反萃取剂反萃取剂：能将被测核素从：能将被测核素从有机溶剂有机溶剂中重新转移到中重新转移到水溶液水溶液 中的试剂。中的试剂。相和相比相和相比 (Phase)相相：外表均匀一致的物质：外表均匀一致的物质体系。体系。相比相比：有机相与水相的体积比值，：有机相与水相的体积比值，R=V有有/V水水 萃取效率萃取效率(萃取率萃取率)(Extraction Ratio)萃取率萃取率：在有机相中被测核素的数量占原始总量的百分数：在有机相中被测核素的数量

32、占原始总量的百分数E=E=有机相中被测核素的数量有机相中被测核素的数量/两相中被测核素两相中被测核素 的数量之和的数量之和 100%100%溶剂萃取法记住记住2.2.2 基本原理基本原理相似相溶规则 极性强的物质易溶于极性溶剂极性强的物质易溶于极性溶剂(水水)中，非极性物质中，非极性物质易溶于非极性溶剂易溶于非极性溶剂(某些有机溶剂某些有机溶剂)中。中。记住记住 在萃取过程中在萃取过程中,被测核素从水相进入有机相的被测核素从水相进入有机相的量和从有机相解离返回到水相的量量和从有机相解离返回到水相的量相等相等时，即两时，即两相中被测核素的相中被测核素的浓度保持不变浓度保持不变时，达到时，达到萃取

33、平衡萃取平衡，此时两相中被测核素的浓度比为此时两相中被测核素的浓度比为常数常数。分配定律记住记住D =C有/C水D D：分配比：分配比C有有：萃取平衡时，被萃取物在有机相中的总浓度：萃取平衡时，被萃取物在有机相中的总浓度C水水：萃取平衡时，被萃取物在水相中的总浓度：萃取平衡时，被萃取物在水相中的总浓度分配比与分配系数2.2.3 萃取类型及特点萃取类型及特点简单分子萃取简单分子萃取中性络合萃取中性络合萃取酸性络合萃取酸性络合萃取离子缔合萃取离子缔合萃取协同萃取协同萃取2.2.4 溶剂萃取法的应用溶剂萃取法的应用 萃取率萃取率(Extraction Rate):经萃取后，进入经萃取后，进入有机相有

34、机相的的被萃取物的量被萃取物的量占被萃取物占被萃取物在在两相中总量两相中总量的的百分数百分数。当当R一定时，只要已知一定时，只要已知D,n值，即可计算萃取率。值，即可计算萃取率。在实际工作中，如果操作时间长，杂质被萃取的量在实际工作中，如果操作时间长，杂质被萃取的量也增多，一般萃取也增多，一般萃取13次。次。R如果太小，有机相体积小，不利于两相混合，太如果太小，有机相体积小，不利于两相混合，太大浪费萃取剂，一般大浪费萃取剂，一般R0.52为宜。为宜。常量物质的分离萃取率应达常量物质的分离萃取率应达99.9%，微量元素分离，微量元素分离，萃取率达萃取率达95%，甚至，甚至 85%以上就可以。以上

35、就可以。萃取器的准备萃取器的准备 分液漏斗或磨口离心试管分液漏斗或磨口离心试管振荡振荡分层分层 静止分层或离心分层静止分层或离心分层洗涤与反萃洗涤与反萃 次数适宜次数适宜测量样品的制备测量样品的制备 用移液管移取用移液管移取0.1 0.2mL溶液于不锈钢测量盘内，溶液于不锈钢测量盘内，在红外灯下烘干，测量其放射性强度。在红外灯下烘干，测量其放射性强度。溶剂萃取法 应用技术应用技术放射化学分离方法放射化学分离方法2.3 离子交换法离子交换法(Ion Exchange Method)能从大量样品中浓集及分离微量物质的特点，能从大量样品中浓集及分离微量物质的特点，使它成为提取和分离放射性核素一个很重

36、要的方法。使它成为提取和分离放射性核素一个很重要的方法。此方法解决了裂变产物、稀土元素此方法解决了裂变产物、稀土元素和超铀元素分离等一系列化学分离的难题。和超铀元素分离等一系列化学分离的难题。优点优点:(a)选择性高，分离效果好选择性高，分离效果好(b)化学回收率高化学回收率高(c)应用范围广，适应性强应用范围广，适应性强(d)设备简单，操作方便设备简单，操作方便(e)离子交换剂种类多，便于选用离子交换剂种类多，便于选用缺点：缺点：(a)分离操作时间较长分离操作时间较长(b)离子交换剂的交换容量小离子交换剂的交换容量小(c)不适于强放射性物质的分离不适于强放射性物质的分离2.3.1 离子交换树

37、脂离子交换树脂离子交换剂离子交换剂 (1)定义定义 一一种种人人工工合合成成的的多多孔孔网网状状结结构构的的高高分分子子聚聚合合物物，由由疏松、多孔的疏松、多孔的网状骨架网状骨架及及活性基团活性基团两部分组成，两部分组成，其物理和化学性质稳定，不溶于水和一般有机溶剂。其物理和化学性质稳定，不溶于水和一般有机溶剂。最常见的聚苯乙烯苯磺酸树脂最常见的聚苯乙烯苯磺酸树脂(2)分类分类 阳离子交换树脂阳离子交换树脂 阴离子交换树脂阴离子交换树脂 阳离子交换树脂阳离子交换树脂 阴离子交换树脂阴离子交换树脂(3)树脂的主要性能指标树脂的主要性能指标 交联度交联度(Cross Linkage)定义：树脂中所

38、含定义：树脂中所含交联剂交联剂的重量百分数。的重量百分数。交联剂交联剂：树脂是由树脂是由单体单体聚合而成的聚合而成的高分子聚合物高分子聚合物，使各个单体交联而形成树脂交聚物的物质称交联剂。使各个单体交联而形成树脂交聚物的物质称交联剂。使各个单体交联而形成树脂交聚物的物质称交联剂。使各个单体交联而形成树脂交聚物的物质称交联剂。意义意义：树脂的交联度越大，交换的选择性越好。：树脂的交联度越大，交换的选择性越好。树脂交联度在商品上用树脂交联度在商品上用 “%”表示。表示。交换容量交换容量(Exchange Capacity)定义：定义：每每克克干干树树脂脂或或每每毫毫升升湿湿树树脂脂所所能能交交换换

39、的的离离子子相相当当于于一价离子一价离子的的物质的量物质的量(m mol/g 或或 m mol/mL)树脂的粒度树脂的粒度(Granularity)定义：定义：树脂颗粒直径大小称为树脂的粒度。树脂颗粒直径大小称为树脂的粒度。表示：表示：用用“目目”来表示，即单位面积的筛孔的数目。来表示，即单位面积的筛孔的数目。2.3.2 基本原理基本原理 KHM/n:为为平衡常数平衡常数（选择系数选择系数）Mn+、H+:为为Mn+、H+在树脂中的浓度在树脂中的浓度Mn+、H+:为为Mn+、H+在水溶液中的浓度在水溶液中的浓度DM、DH:为为Mn+、H+的分配系数（分配比）的分配系数（分配比）分配系数分配系数D

40、M：平衡时，：平衡时，Mn+离子在离子在树脂中的浓度树脂中的浓度与与水相中浓度水相中浓度的比值。的比值。2.3.2 基本原理基本原理 分配比（分配比（D）：）：表示溶液中离子表示溶液中离子M被吸附的能力。被吸附的能力。重量分配比重量分配比Dg：每千克干树脂中的交换离子：每千克干树脂中的交换离子M的重量的重量/每升溶液中每升溶液中M的重量。的重量。体积分配比体积分配比Dv：每升树脂床中每升树脂床中M的重量的重量/每升溶液中每升溶液中M的重量。的重量。分离系数（分离系数（）：当溶液中有当溶液中有A和和B两种痕量离子与离子交换剂同时存在时，这两种两种痕量离子与离子交换剂同时存在时，这两种离子在树脂和

41、溶液相的分配比之比值，即为分离系数离子在树脂和溶液相的分配比之比值，即为分离系数。A,B=DA/DB 2.3.3 操作技术操作技术 树脂的选择和处理树脂的选择和处理(a)在水中浸泡，使其充分溶胀。在水中浸泡，使其充分溶胀。(b)用水、醇反复漂洗，除去色素、杂质等。用水、醇反复漂洗，除去色素、杂质等。(c)对对于于阳阳树树脂脂，按按2mol/L NaOH水水2mol/L HCl，然然后后用水洗至用水洗至pH=34，备用。，备用。(d)对对于于阴阴树树脂脂，按按2mol/L HCl 水水2mol/L NaOH，最最后后用水洗至用水洗至pH=910，备用。，备用。装柱装柱 吸附吸附 洗涤洗涤 洗脱（

42、淋洗或解吸）洗脱（淋洗或解吸）作作C-V洗脱曲线，由曲线上洗脱曲线，由曲线上 观测应收集的体积部分。观测应收集的体积部分。样品样品溶剂溶剂 组份组份 II 组份组份 I图图2-3-2 离子交换柱的分离离子交换柱的分离离子交换树脂离子交换树脂 2.3.5 应用应用 制备去离子水制备去离子水 通过通过H型强酸性阳离子交换树脂，除去各种阳离子。型强酸性阳离子交换树脂，除去各种阳离子。R-SO3H+Na+(R-SO3)Na+H+通过通过OH型强碱性阴离子交换树脂，除去各种阴离子。型强碱性阴离子交换树脂，除去各种阴离子。RN(CH3)3OH+Cl-RN(CH3)3Cl+OH-放射化学分离方法放射化学分离

43、方法2.4 色谱法色谱法(Chromatography）2.4.1 概况概况 原理原理 将被分离的物质吸附在固体吸附剂上，利用各种将被分离的物质吸附在固体吸附剂上，利用各种物质对同一固体吸附剂的亲和力不同来进行分离。物质对同一固体吸附剂的亲和力不同来进行分离。分类分类按固定相使用形式不同分类按固定相使用形式不同分类(a)吸附柱色谱法：将吸附剂装在柱内吸附柱色谱法：将吸附剂装在柱内(b)纸上色谱法：吸附剂是滤纸纸上色谱法：吸附剂是滤纸(c)薄层色谱法薄层色谱法：将吸附剂涂在玻璃板或塑料板上：将吸附剂涂在玻璃板或塑料板上按分离过程机理不同分类按分离过程机理不同分类(a)吸附色谱法：用固体吸附剂作固

44、定相吸附色谱法：用固体吸附剂作固定相(b)萃取色谱法：将有机萃取剂固定在固体吸附剂上萃取色谱法：将有机萃取剂固定在固体吸附剂上(c)离子色谱法：将离子交换剂粘结在玻璃珠表面上作固定相离子色谱法：将离子交换剂粘结在玻璃珠表面上作固定相(d)凝胶色谱法：利用凝胶对不同分子的滞留作用不凝胶色谱法：利用凝胶对不同分子的滞留作用不同来分离同来分离按流动相物态不同分类按流动相物态不同分类(a)气相色谱法气相色谱法(流动相为气体流动相为气体)(b)液相色谱法液相色谱法(流动相为液体流动相为液体)按被分离物质的相态不同分类按被分离物质的相态不同分类(a)正相色层：将被分离物吸附在固定相，用展开剂作流动相正相色

45、层：将被分离物吸附在固定相，用展开剂作流动相(b)反相色层反相色层：将展开剂吸附在固定相，将被分离物质水溶：将展开剂吸附在固定相，将被分离物质水溶 液作流动相液作流动相2.4.2 吸附柱色层法吸附柱色层法(Adsorption Column Chromatography)基本原理基本原理 利用溶液在通过柱中的固体吸附剂时，由于各组分利用溶液在通过柱中的固体吸附剂时，由于各组分的吸附能力不同，在吸附剂上滞留的程度也不同而实现的吸附能力不同，在吸附剂上滞留的程度也不同而实现彼此分离的。彼此分离的。吸附剂吸附剂(Adsorbent)强吸附剂：如活性氧化铝，活性炭等强吸附剂：如活性氧化铝，活性炭等 中

46、等吸附剂：如中等吸附剂：如CaCO3，SiO2 H2O 弱吸附剂：如蔗糖，淀粉等弱吸附剂：如蔗糖，淀粉等基本操作基本操作(a)吸附剂的预处理吸附剂的预处理(b)装柱（干法和湿法）装柱（干法和湿法）(c)吸附吸附(d)洗脱（淋洗或解吸）洗脱（淋洗或解吸）石油醚石油醚环己烷环己烷 CCl4 苯苯乙醚乙醚 CHCl3 EtOAc nBuOH 醇醇水水图图2-4-2 放射性核素发生器放射性核素发生器-99Mo-99mTc 母牛母牛99Mo-99mTc母牛发生器是将固体的酸性母牛发生器是将固体的酸性Al2O3装在柱中，生产出的母体装在柱中，生产出的母体99Mo-(NH4)299MoO4溶液通过该吸附柱时

47、能全部被吸附，而其衰变子体溶液通过该吸附柱时能全部被吸附，而其衰变子体99mTc-99TcO4-却不能被吸附，则可用生理盐水却不能被吸附，则可用生理盐水NaCl将将99mTc从柱中淋洗出来。从柱中淋洗出来。2.4.3 纸上色谱法纸上色谱法(Paper Chromatography)以滤纸作载体的一种色谱分离方法。该法设备以滤纸作载体的一种色谱分离方法。该法设备简单，操作简便，是一种微量物质的分离方法。简单，操作简便，是一种微量物质的分离方法。实验方法实验方法 纸色层是用纸作支持体的色层法。纸色层是用纸作支持体的色层法。将色层纸裁成将色层纸裁成一定尺寸的长条，在距一定尺寸的长条，在距纸条一端纸条

48、一端23厘米处滴上待分离试样厘米处滴上待分离试样（几微升几十微（几微升几十微升），晾干后将滴升），晾干后将滴有试样的一端浸入适当的溶液（展开有试样的一端浸入适当的溶液（展开剂）中（试样不可浸入展开剂中）。剂）中（试样不可浸入展开剂中）。随着展开剂的移动，试样中各组分随着展开剂的移动，试样中各组分逐渐分离为彼此分开的斑点。取出纸逐渐分离为彼此分开的斑点。取出纸条晾干后，可用放射性自显影测量放条晾干后，可用放射性自显影测量放射性或显色等方法对组份进行鉴定。射性或显色等方法对组份进行鉴定。显然，不同显然，不同组份的组份的Rf值相差值相差愈大，它们彼此的分离愈好。愈大，它们彼此的分离愈好。展开操作应在

49、密闭容器中进行，使容器空间被展开剂充分展开操作应在密闭容器中进行，使容器空间被展开剂充分饱和，才能得到再现性良好的结果。饱和，才能得到再现性良好的结果。图图2-4-3 纸色谱法分离示意图纸色谱法分离示意图比移值比移值(Rf)：某组分在展开时的移动：某组分在展开时的移动速度与展开剂前沿的移动速度之比速度与展开剂前沿的移动速度之比Rf=样斑中心至原点的距离样斑中心至原点的距离/展开剂前展开剂前沿至原点的距离。沿至原点的距离。Rf,A=a2/b Rf,B=a1/b Rf,C=a2/b2.4.4 薄层色谱法薄层色谱法(Thin-layer Chromatography,TLC)是在玻璃板上涂一层物质在

50、一平滑的玻璃板上均匀地涂一是在玻璃板上涂一层物质在一平滑的玻璃板上均匀地涂一层厚约层厚约0.25mm的吸附剂作成固定相，用展开剂渗过固定相使试的吸附剂作成固定相，用展开剂渗过固定相使试样分离的方法。样分离的方法。不同物质的分离程度也可用不同物质的分离程度也可用Rf来进行分析。来进行分析。v优点优点：集中了柱色谱法和纸上色谱法的优点，设备简单，集中了柱色谱法和纸上色谱法的优点，设备简单，操作方便，分离速度快，效率高，灵敏度，是对微操作方便，分离速度快，效率高，灵敏度，是对微 量物质定性、定量分析的一种比较灵敏、简便的方法。量物质定性、定量分析的一种比较灵敏、简便的方法。比柱色谱法简单，比纸上色谱