Диссертация (Проточные методы анализа для обеспечения химико-технологического контроля в атомной энергетике), страница 5

Иллюстрацией возможностей, которыеоткрываетгибридизациямультишприцевойиспользуемыйвразличныхпроточныхпроточно-инжекционныйранееупомянутойработеметодовметодFajardoявился(МШПИА),идр.[77].Вышеупомянутый метод был разработан с целью сочетания преимуществSIA и мультикоммутационного проточно-инжекционного анализа (МКПИА).В нём используется одновременно четыре шприца, поршни которыхсоединены с одним приводом. Модуль имеет четыре параллельноработающих бюретки, которые увеличивают частоту пробоотбора. Благодаряиспользованию трехходового крана, размещенного вверху каждого шприца,лишняя жидкость может возвращаться в резервуар, из которого онаотбирается.

В результате сводится к минимуму потребление пробы ирастворов реагентов, уменьшается количество отходов. Связь междумультишприцевым модулем и компьютером обеспечивает постоянное,точное управление гидродинамической схемой. Система имеет большуюуниверсальность и гибкость, это усиливается режимом одновременноговведения нескольких проб, что делает производительность МШПИАсопоставимой с ПИА.Этот метод был успешно применен для радиохимического анализапробокружающейсреды.Авторыработы[83]разработалиполуавтоматизированную методику выделения стронция с использованием24селективной твердофазной экстракции.

В течение 30 мин Sr может бытьвыделен и элюирован, что значительно производительнее по сравнению срутинной методикой, применяемой в лабораториях радиационного контроля.Концентрация стабильного Sr определяется автономно ИСП-АЭС, в то времякакβ-активность90измеряетсяSrспомощьюнизкофоновогопропорционального счётчика. Для измерения радиоактивности на уровне0,02 Бк по β-излучению требуется 1000 мин при полноте извлечения болеечем 90%.

Методика была применена к образцам окружающей среды (вода,молоко и почвы).Другая методика МШПИА была разработана теми же авторами дляразделения стабильного и радиоактивного иттрия [84]. Для его выделениябыла использована экстракционно-хроматографическая колонка с ди-2этилгексилфосфорной кислотой в качестве неподвижной фазы на инертномносителе С18. Как и в предыдущей работе, определение концентрации и βактивностиавтономностабильногосирадиоактивногоиспользованиемиттрияИСП-АЭСибылипроведенынизкофоновогогазопропорционального счетчика, соответственно. Предел обнаружения вединицах концентрации стабильных изотопов составил 0,5 мг/л, 90Y - 0,05 Бк.Полуавтоматизированная процедура была применена к анализу воды ибиологических образцов со степенью извлечения 97% и относительнымстандартным отклонением (RSD) 3%.Та же тенденция расширения возможностей проточных методовпроявилась в создании мультинасосных проточных систем (МНПС).

МНПСвключают в себя микронасосы, которые одновременно работают как длясоздания потока жидкости, так и для их коммутации, обеспечивая введениебольших объёмов проб за короткий период времени. Эта двойная функция ипростота электронных операций делают МНПС универсальным методом,легко сочетаемым с другими проточными методами, в том числе, МШПИА.Иллюстрацией получения максимального эффекта от сочетания этихтехнологий является приведенная в работе [77] аналитическая схема25МШПИА-МНПС (мультишприцевой проточно-инжекционный анализ смультинасосной проточной системой) для определениявидахвод(минеральной,водопроводнойи226Ra в различныхморской).Сочетаниевозможностей обоих методов обеспечило возможность использованиябольших объёмов образца (40 мл) и увеличило производительность (4определения в час). Дозировка определенных объёмов реагентов и пробырегулируетсяпутемизменениячислапульсаций.Этопозволяетоптимизировать процесс выполнения анализов по расходу последних.

Расходрегулируется в зависимости от частоты и дозируемого объёма в каждойпульсации. Другим преимуществом МНПС является снижение расходареагентов, так как подача их растворов в систему осуществляется только принеобходимости. Кроме того, по сравнению с другими проточными методами,за счёт пульсации потока при работе нескольких микро-насосов эффективнеепроисходит смешение реакционной зоны, что улучшает аналитическиехарактеристики. Методика обеспечила диапазон определяемых концентрацийRa в диапазоне 0,25 – 50 Бк/л.226Те же авторы также на принципах МШПИА-МНПС разработалиметодику для выделения и предварительного концентрирования239+240241Am иPu с использованием колонки, заполненной смолой TRU [85](ПО – 0,004 Бк/мл, степень выделения больше, чем 90%). Эта методика былауспешно применена для анализа сложных образцов (почвы, растительныйпепел, моча и кровь).Применениеаналитической схемы, сочетающей МШПИА-МНПС,позволило авторам вышеуказанной работы [75] разработать полностьюавтоматизированную методику определения урана в ультра-следовыхконцентрациях.

Методика основана на on line выделении урана и егоконцентрированиинаспектрофотометрическимсTRU-смолеопределениемспоследующимарсеназо-III.егоАналитическиерезультаты, полученные с её помощью, сопоставимы с теми, которыеполучают с применением гораздо более дорогостоящих измерительных26приборов. Этот метод является альтернативой классическим методикамопределения урана (VI) и обеспечивает получение аналогичных ПО (12,6нг/л). Кроме того, этот метод имеет по сравнению с ними ряд очевидныхпреимуществ:простоту,чувствительность,селективность,низкиеэксплуатационные затраты, универсальность и надежность получаемыхрезультатов.Рассмотрение общих принципов проточных методов анализа и опытаих применения для автоматизации рутинных методик аналитическогоконтроля в различных сферах выполнения массовых анализов даёт основаниедля выбора общих подходов к решению 2-х важнейших на сегодняшний деньзадач в области химического контроля в атомной энергетике: разработкиметодик для технологического контроля водных теплоносителей 1-ыхконтуровЯЭУиразработкиметодикопределенияхимическихэкотоксикантов в ЖРО, сведения о которых необходимы для принятиярешений о возможности их сброса в открытые водоёмы.

При этом впростейшем случае для разработки автоматизированных методик анализа заоснову может быть взят наиболее хорошо освоенный метод ПИА. Вдальнейшем,помереприборногопереоснащенияаналитическихлабораторий возможен переход к другим проточным методам с ориентациейна миниатюризацию анализа, а соответственно, на уменьшение объемареагентов. В частности, в настоящее время появился отечественный аналогLOV на принципах SIA, реализованных по схеме ЦИА [86]. Представляютинтерес и рассмотренные выше многоканальные проточные методы.В первом случае на фоне радионуклидов, присутствующих втеплоносителях 1-ых контуров ЯЭУ, суммарная активность которых можетдостигать1.10-3коррозивныхKи/л,агентов,необходимоопределениелимитирующихвпервуюкоррозионнуюочередьагрессивностьтеплоносителя по отношению к конструкционным материалам 1-ыхконтуров.

К числу таких коррозивных агентов в первую очередь относятсяхлорид-ионы и в несколько меньшей – сульфаты. Поэтому необходимы27методики определения этих ионов на уровне их минимально допустимыхсодержаний в теплоносителях, которые составляют от единиц до десятковмкг/л. Дополнительным требованием к измерениям радиоактивных сред ЯЭУявляетсянеобходимостьмаксимальнойавтоматизациианалитическихпроцедур, в частности, дистанционный анализ проб, размещенных забиологической защитой [87].Для одновременного определения двух вышеназванных анионов, кромеионной хроматографии и капиллярного электрофореза, единственным общимметодом являются ставшие уже классическими в рутинном аналитическомконтроле методы нефелометрии и турбидиметрии [88, 89].С учетом уже достаточно большого опыта разработки методикопределения урана в водных средах проточными методами, помимо контроляза содержанием в теплоносителях 1-ых контуров ЯЭУ коррозивных агентовпредставляет интерес оценка возможности контроля за содержанием в нихурана для наблюдения за процессом размытия топливной композиции, т.к.применяемые до настоящего времени методы его определения по излучению длительны и трудоемки.

В этом случае среди рассмотренныхметодик его определения с точки зрения унификации средств контролянаиболее привлекателен вариант спектрофотометрического детектирования[90], но при условии разработки более упрощенной схемы проточногоанализа.Глава 2. Методика экспериментаПриведенный выше обзор литературы однозначно свидетельствует отом, что наиболее адекватным решением проблемы автоматизации рутинныхметодик анализа водных сред является отказ от статического варианта ихвыполнения в пользу проточных методов анализа.

При этом наряду сметодическимобеспечениемвозникаетпроблематехническогопереоснащения лабораторий, к которой персонал, не знакомый с проточными28методами, заранее не готов. Компромиссным решением может явитьсямодернизация инструментальных средств лабораторного анализа. Этопозволит показать преемственность проточных методов по отношению кранее применявшимся статическим.Вкачествепоставленнойтакогоцелибылаинструментальногоразработанасредствадостиженияавтоматизированнаяпроточно-инжекционная приставка к серийно выпускаемым фотометрам КФК,являющимся обязательным атрибутом приборного оснащения базовых изаводских лабораторий, обеспечивающих аналитический контроль жидкихрадиоактивных сред.