Автореферат (1148241), страница 2
Текст из файла (страница 2)
«Радиохимический анализ ирадиохимические технологии» СПб: ВВМ. 2013 г.Структура и объем работы:Диссертационная работа изложена на 125 страницах, состоит из введения, шести глав,выводов, списка цитируемой литературы, включающего 136 наименований и одногоприложения. Работа содержит 31 рисунок и 13 таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобоснованаконцепцияавтоматизациианалитическогоконтролярадиоактивных сред на принципах проточных методов анализа, определяющая актуальностьдиссертационной работы.
Охарактеризованы объекты исследования, обоснована основная цельи перечислены задачи работы, решение которых необходимо для ее достижения.Функционированиеобъектоватомнойэнергетикинеизбежносопровождаетсяобразованием жидких радиоактивных сред, начиная с теплоносителей 1-ых контуров изаканчивая жидкими радиоактивными отходами (ЖРО).
При этом во всех случаях существуетнеобходимость постоянно контролировать химический состав входящих в них ингредиентов.Общим решением проблемы обеспечения радиационной безопасности при химическомконтроле радиоактивных сред является автоматизация методик анализа. При этом, работапланировалась, исходя из того, что до настоящего времени химический контроль в атомнойэнергетике преимущественно основывался на фотометрических методиках анализа.
Наиболеепривлекательным решением является автоматизация существующих фотометрических методикна принципах проточных методов анализа с минимальной модернизацией имеющегосяприборного оснащения базовых и заводских лабораторий.Первая глава посвящена обзору литературы по проблеме автоматизации химическогоанализа на принципах проточных методов с акцентом на методики анализа радиоактивных сред.Обсуждается история развития проточного методов анализа и их эволюция от проточноинжекционного (ПИА) до циклического инжекционного анализа (ЦИА) с учетом задач поунификации гидравлических схем, производительности, снижению расхода реагентов и проб,что особенно важно при анализе радиоактивных сред.
Применительно к цели диссертационной7работы рассмотрены принципиальные схемы и возможности последовательного инжекционногоанализеSIA, зонного флюидного проточного анализа (ZF), проточно-порционного анализа(FBA).Во второй главе обсуждаются методические подходы к решению поставленных задач,представлены принципиальные схемы и конструкции устройств для автоматизации стадиипробоподготовки в случае анализа водных сред, содержащих коллоидные и взвешенные формыпримесей.С учетом сформулированных подходов к достижению поставленной цели в качествеинструментального средства выполнения анализов была разработана проточно-инжекционнаяприставка к серийно выпускаемым фотометрам, являющихся обязательным атрибутомлабораторий, обеспечивающих аналитический контроль жидких радиоактивных сред.Её блок-схема представлена на рис.
1. Объем проточной кюветы составляет 50 мкл сдлиной оптического пути 30 мм. Коммутация элементов гидравлической схемы осуществляетсяс помощью полиэтиленовых трубок внутренним диаметром 0,8 мм. Управление приставкой иобработка результатов производится от внешнего компьютера или с использованиемвстроенного в приставку микропроцессора. Приставка включает переключатель потоков на 4входа и 2 выхода, трехканальный перистальтический насос с регулируемым расходом от 0,1 до10 мл/мин и проточную кювету, встроенную в кюветное отделение фотометра.
Детектированиеаналитического сигнала выполняется на фотоприемнике измерительной схемы фотометра. Сучетом возможностей, заложенных в используемом фотометре, в зависимости от конкретнойметодики анализа с его помощью обеспечивается детектирование в спектральном диапазоне320-900 нм.12VIVIIIII34IРис. 1. Блок-схема ПИА-приставкиЛинии ввода в анализатор: I – проба/стандартный раствор; II – дистиллированная вода;III-V – растворы реагентов.
1 – кран-переключатель потоков; 2 – перистальтический насос; 3 –реакционная спираль; 4 – фотометр с проточной кюветой.Представленная на рис. 1 ПИА-приставка в равной степени обеспечивает возможностьавтоматизации фотометрических методик анализа теплоносителей 1-ых контуров ЯЭУ и ЖРО.8Различия проявляются только в сервисных средствах их дополнительного оснащения. В случаетеплоносителей это – сорбционные колонки для предварительного концентрирования аналитов,таких как хлорид- и сульфат-ионы, присутствующих в микроконцентрациях. При анализе ЖРО,требуется более сложная пробоподготовка.Для устранения мешающего влияния коллоидов и взвесей, присутствующих в ЖРО, всхему проточного анализа включены специальный сменный фильтр-патрон и диализная ячейка,устанавливаемые в гидравлических трассах последовательно. В конструкцию сменногофильтра-патрона, устанавливаемого в приставке на линии подачи пробы, входит предколонкасо слоем гранулированного фторопласта (ПТФЭ) дляудаления крупных частицвзвесейразмером более 0,5 – 1,0 мм.
Очистка пробы от мелкодисперсных частиц размером до 10 мкмпроизводится на фильтре, изготовленном из пористого титана.Проблема очистки пробы от коллоидных частиц решается методом диализа черезцеллофановые мембраны. Проточная диализная ячейка лабиринтного типа объемом 10 см3 спротивоточной подачей отдающего и принимающего растворов устанавливается на линииподачи пробы непосредственно после двухступенчатого фильтра. Принципиальная схемапроточной диализной ячейки представлена на рис. 2.Рис.
2. Схема проточной диализной ячейкиЭффективная площадь мембраны в ячейке, составляющая 30 см2, выбрана на основаниирезультатов предварительных исследований эффективности массообмена между ее отдающей ипринимающей камерами.Влияние гидродинамических условий процесса диализа наэффективность массопереноса контролируемых примесей через мембраны исследовано вдиапазоне объемной скорости растворов от 0,5 до 10 см3/мин. Установлено, что при включениипроточного диализатора в гидравлическую схему ПИА, удается обеспечить содержание ионныхформ аналитов в принимающей камере на уровне до 20 % от их начальной концентрации впробе ЖРО. С целью оперативной проверки эффективности переноса контролируемыхпримесей периодически производится подача стандартных растворов в отдающую камерудиализной ячейки и соответствующая поправка вводится в результаты анализа.При разработке методики определения в водных теплоносителях микроконцентрацийурана потребовалось включение в схему анализа оригинальной процедуры предварительного9концентрированияаналитанагидратированномдиоксидемарганца,синтезируемомнепосредственно в процессе выполнения анализа.Согласно литературному обзору, приведенному в диссертации, для автоматизацииметодик, включающих сложные операции пробоподготовки наиболее привлекательны«равновесные» проточные методы и в частности циклический инжекционный анализ (ЦИА).
Вэтом случае в качестве инструментального средства использовался универсальный проточныйанализатор "ПИАКОН-С» производства ООО «Росаналит» с фотометрической ячейкой. Объёмпроточной кюветы составлял 300 мкл при длине поглощающего слоя 20 мм. Пределабсолютной погрешности анализатора при измерении коэффициента пропускания равен 1,5%.В качестве реперных методов при проведении испытаний разработанных методикиспользовались:спектрофотометрия(определениеаммиака,гидразина,меди),ионнаяхроматография (определение нитратов, фосфатов, хлорид- и сульфат-ионов); люминесцентныйметод (определение урана); атомно-абсорбционная спектрометрия (определение продуктовкоррозии сталей).Втретьейглавепредставленырезультатыисследованийвобоснованиеразрабатываемых методик определения хлорид- и сульфат-ионов в водных теплоносителях.С целью унификации гидравлических схем ПИ-определения хлорид- и сульфат-ионов вкачестве базовых статических методик их определения были выбраны турбидиметрическиеметодики, основанные на образовании малорастворимых взвесей хлорида серебра и сульфатабария с последующим фотометрированием исследуемых дисперсных систем.
К ограничениямвышеупомянутых методик относятся невысокая чувствительность и точность, которая связанас трудностями формирования суспензий, стабильных во времени и содержащих частицыодинаковых размеров, что потребовало поиска специальных методических решений.Дляповышениячувствительностиметодикопределенияобоиханалитовдонормируемых уровней концентраций в теплоносителях ЯЭУ, в схемы анализа дополнительнобыло включено их ионообменное концентрирование и внесены изменения в методикитурбидиметрического определения.При разработке схемы проточно-инжекционного определения микроконцентрацийанионовсихпредварительнымконцентрированиемосновноевниманиеуделялосьисследованию полноты выделения аналитов на колонке и достижению минимальной дисперсииобразца при последующем элюировании.Выбранные условия концентрирования анионов в системе ПИА включают применениеионообменных колонок, заполненных сильноосновным анионитом АВ-17 с размером частиц(50 – 100) мкм.
С целью уменьшения гидравлического сопротивления ионит применялся всмеси с гранулированным пористым политетрафторэтиленом. Максимально допустимая10скорость фильтрации пробы через колонку составила 5 мл/мин при эффективности выделенияанионов на ионите не менее 95% от их содержания в пробе. Допустимая скорость элюированияопределяемых анионов без существенного размытия их зон в элюате обеспечивается приобъёмной скорости элюента не более 0,5 мл/мин.Схема коммутации потоков позволяет осуществлять операции предконцентрирования Cl-или SO42- - ионов из контролируемой среды на ионообменной колонке со сбросом фильтрата иэлюирование 0,1 М раствором HNO3. Реагенты дозируются в поток элюата и черезреакционную спираль направляются в проточную кювету, встроенную в измерительную схемуфотоколориметра.
Фотометрирование в непрерывном режиме производится при оптимальнойдля турбидиметрии длине волны 400 нм. Одновременно с концентрированием пробы наколонке производится отмывка гидравлической системы и фотометрической кюветы 0,1 Мраствором HNO3 от остатков предыдущей пробы. При этом фиксируется базовая линияанализатора.Использование в проточном анализе турбидиметрического метода определения хлориди сульфат-ионов осложняется рядом факторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
