В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 37
Текст из файла (страница 37)
объемным активностям соответствующих фаз /Об,(о), Л>б.(щ. Учитывая сказанное, вместо (5.4) можно написать:Яр = Io6t:JIo6tв=И(/о - /)//] VJV0.(5.25)Пример 36. Определим коэффициент распределения радиоактивного вещества при экстракции, если общая активность исходного водного раствора объемом 4 мл составляла 54 000 имп/мин, объем добавляемой органической фазы2 мл, а после установления экстракционного равновесия активность 0,2 млводной фазы составила 960 имп/мин (все данные приведены за вычетом фона).Согласно условиям задачи VB = 4 мл, Vo = 2 мл, а начальная и равновесная активности водной фазы составляют соответственно / 0 = 54 000 имп/мин.и960/=4 = 19200 имп/мин.0,2Подставляя эти значения в формулу (5.2©, находим(54000—19 200)43 6*Исследователя часто интересует фактор извлечения вещества Rпри однократном и многократном проведении экстракции.
На основании формулы (5.6) (и учитывая, что V2 = Vo и Vi == VB) для случая однократной экстракции имеемАрvB + v0гАрVo14SПри равных объемах органическойи водной фаз (Vo = VB) формула (5.26)упрощается:100(5.27)50На рис. 57 показана рассчитаннаяс помощью формулы (5.27) зависимостьмежду /Ср и R (R выражено в проценРис. 57. Зависимость факторатах). Из рисунка видно, что еслиизвлечения вещества R от коV0 = VB, то однократная экстракцияэффициента распределения Крпозволяет достаточно полно извлечьвещество (R —>• 100%) лишь при высоких значениях /Ср.Если коэффициент распределения достаточно велик, то, как можно видеть из формулы (5.26), высоких значений R можно достичь ипри VJV0 > 1, так что экстракцию лучше осуществлять небольшимобъемом органической фазы, что позволяет сконцентрировать извлекаемое вещество.
Если значение /Ср невелико, то в некоторых случаяхудается достичь требуемой степени экстракции, увеличивая объем органической фазы, так как R возрастает с уменьшением отношенияVJV0. Однако применение значительных количеств экстрагента,необходимых в таких случаях для полного извлечения вещества в органическую фазу, приводит к разбавлению выделяемого радиоактивного вещества.С целью уменьшения объема требуемого для экстракции органического растворителя (а следовательно, и для получения более концентрированных растворов извлекаемого вещества) выгоднее проводить не однократную, а многократную последовательную экстракцию,используя малые порции экстрагента.
Подтвердим это соответствующими выкладками.Прежде всего найдем соотношение для определения доли вещества, остающегося в водном растворе (т. е. для отношения содержаниявещества тв в водной фазе общему содержанию вещества т в экстракционной системе). На основании формул (5.5) и (5.26) после однократной экстракции эта доля равна0,01 0,110100 Кр= 1-R=у(5.28)Если из водного раствора, полученного в результате разделения фазпосле первой экстракции, провести новую экстракцию тем же объемом свежего экстрагента, то при условии, что величина Kv постоянна, доля вещества, остающегося в водном растворе после проведениядвух экстракций, составит146Доля вещества, оставшегося в водном растворе после проведения ппоследовательных экстракций, будет равна(5.30)Пользуясь соотношениями (5.28) и (5.30), можно сравнить количествараспределяющегося вещества, остающиеся в водной фазе после однократной и я-кратной экстракций.Пример 37.
Экстракционное извлечение радиоактивного веществаиз10 мл водного раствора проводили двумя способами: однократной экстракцией60 мл органического экстрагента и трехкратной экстракцией последовательнопорциями объемом по 20 мл каждая. Коэффициент распределения вещества между фазами равен 2 и не зависит от концентрации распределяющегося вещества.Рассчитаем, какая доля вещества останется в водной фазе в результате однократной и трехкратной экстракции.При /Ср = 2 для случая однократной экстракции (VB = 10 мл, \V0 == 60 мл) по формуле (5.28) находим== 0,077._60• • 2013Для случая трехкратной экстракции (VB = 10 мл, Vo = 20 мл, п = 3)в соответствии с выражением (5.30) имеем1m/з|20_2|125=0,008.Из рассмотренного примера видно, что при одном и том же расходе экстрагента остаточное содержание радиоактивного вещества в водной фазе намного ниже в случае многократной экстракции, чем при однократной, т.
е. многократнаяэкстракция дробными порциями экстрагента эффективнее однократной.Учитывая, что фактор извлечения при многократном осуществлениипроцесса равенможно рассчитать число последовательных экстракций п, необходимыхдля достижения заданного R n :1g(1-R^(5.32)147Пример 38. Рассчитаем, сколько нужно провести последовательных экстракций ъ* Со раствором трибутилфосфата в керосине, если коэффициент распределения 5кобальтамежду водной и органической фазами равен 1,3, а фактор извлечения 6 Со в экстракт должен составить не менее 95%.
Объемы водной и органической фаз равны, соответственно, 15 и 10 мл.Согласно условиям задачи R^ = 0,95; Vo = 10 мл, VB = 15 мл, КР == 1,3. Подставляя эти значения в (5.32), находимlg (1—0,95)lgO,O5^1,301 _10 • 1,3\lg 1,8670,27115т. е. следует провести 5 экстракцийЕсли проводят совместную экстракцию двух веществ с коэффициентами распределения /CP(i) и /Ср(2), то для характеристики степениих разделения в о р г а н и ч е с к о й фазе используют фактор обогащения Sa , равный отношению факторов извлечения R первого и второго вещества.
Принимая во внимание (5.26) и обозначая вещества индексами 1 и 2, для однократной экстракции имеем:(2)^О.(5 33)) I \КР (1)Выражение для фактора обогащения S a>n в органической фазепри проведении п последовательных экстракций можно получить, используя формулу (5.31): •V1 + — /оСЛ . (vB Р "(5.34)Соотношения (5.33) и (5.34) характеризуют степень очистки вещества 1 от вещества 2 в экстракте. Таким же образом можно вывести выражения, характеризующие фактор обогащения S? вещества2 по отношению к веществу 1 в в о д н о м р а с т в о р е после экстрагирования (в «рафинате»):(5.35)Подставляя (5.28) в (5.35), получаем дляэкстракциислучаяоднократной•Ь^-Кр< 2 >)-(5.36)Используя формулу (5.30) или (5.31) для случая п последовательных экстракций, имеем148Пример 39.
Коэффициенты распределения веществ А и В между водной иорганической фазами составляют соответственно Крп\ = 2,5 и ^Ср(оч = 0 , 3 . Рассчитаем факторы обогащения для вещества А по отношению к В в экстракте ивещества В по отношению к А в рафинате при однократной и при трехкратнойэкстракции, если при проведении каждого акта экстракционного разделенияобъемы водной и органической фаз одинаковы.На основании формул (5.33), (5.34), (5.36) и (5.37) при У ( в ) = К ( о ) получаем3а1 —4,3311((1,?11+2,51(ll-fJ0,3J13.
1!~3,11 — 0,286 31—0,7732,5+ 0,31f 2 ,5)3f 0 ,3)3з з —1,40+12, 5,i~~0 ,977= 1,8;0 ,53833,52,71,3 ~~42,882,2019, 5.Из рассмотренного примера видно, что при /СР(А) > ^Ф(В) факторобогащения вещества В по отношению к веществу А в рафинате S3возрастает с ростом числа экстракций, а фактор обогащения веществаА по отношению к веществу В в экстракте 5 а с увеличением числа экстракций снижается. Таким образом, увеличением числа экстракцийневозможно одновременно добиться и возрастания фактора извлечения вещества А и повышения фактора обогащения А в экстракте.Для этого применяют иную процедуру: после одной или несколькихэкстракций вещества А проводят промывку органической фазы; приэтом вещество В удаляется в водный раствор.Пользуясь формулой (5.37), получим выражение для расчетачисла экстракций п, необходимых для достижения заданной степеничистоты вещества, остающегося в рафинате:=lg1 — R •я1-R(2)(5.38)п (1)Пример 40.
Для очистки 9 0 Sr от 9 0 Y предполагают провести экстракциюY 8-оксихинолином. Коэффициенты распределения иттрия и стронция междуводной и органической фазами равны соответственно 32 и 0,02. Рассчитаем число последовательных экстракций, ,которое необходимо для того, чтобы доля 9 0 Sr,остающегося в рафинате, составляла не менее 0,99, а доля 9 0 Y не превышала0,01, если VB = 60 мл, a Vo = 20 мл.В рассматриваемом случае ^Гр(у) = ^p(i) = 32; K p ( S r ) = ^р(2) = ^»^2;1 — Rn(\) = 0,01; 1 — Rn(2) ^ 0,99. Пэдсгавляя эти чигла, а также значенияV(o) и V(B) В формулу (5.38), находим901490,990,01201 +60- 321,9961,064Ig99Ig 11,59= 1,9,т. е.
необходимы две экстракции.4. Проведение экстракцииДля проведения однократнойэкстракции или экстракции с ограниченным числом актов распределения можно использовать обычныестеклянные делительные воронки,/ — водная фаза; 2 — растворитель; 3 — наснабженныехорошопритертымигревателькраном и пробкой, чтобы можно было обойтись без смазки, так как последняя легко растворяется в органических растворителях. Для достиженийравновесия при распределении между двумя жидкими фазами требуетсяэнергичное взбалтывание. При условии хорошего перемешивания фаз равновесие достигается обычно через 5—3() мин.Заключительными стадиями процесса экстракционного разделения частоявляются промывка, позволяющая добиться более полной очистки выделяемоговещества, и реэкстракция.
Реэкстракция позволяет одновременно регенерироватьэкстрагент.Ее обычно проводят водным раствором веществ, образующих с экстрагированным элементом соединения, не переходящие в органическую фазу.Для повышения эффективности разделения веществ, в особенности близкихпо свойствам, можно использовать специальные приборы — экстракторы.
Двавида экстракторов изображены на рис. 58.Рис. 58. Экстракторы для извлечениярадионуклидов из водного раствора растворителем, более легким (а) и болеетяжелым (б), чем вода:§ 3. МЕТОДЫХРОМАТОГРАФИИХроматографией называют разделение смесей газов, паров, жидкостей или растворенных веществ сорбционными методами в динамических условиях. Принцип разделения основан на использованииразличий в степени взаимодействия разделяемых веществ с сорбентом.В динамических условиях разделение осуществляется в результатемногократного чередования элементарных актов сорбции — десорбциипо мере прохождения разделяемых веществ через слой сорбента. Приэтом возможно разделение близких по свойствам веществ или элементов, различия в степени взаимодействия которых с сорбентом крайнемалы.Хроматографические сорбционные методы различаются по агрегатному состоянию системы, в которой проводят разделение, механизмуразделения и способу осуществления процесса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
