Полоний — один из самых трудных элементов для радиохимика: он высокорадиоактивен, существует в растворах в нескольких формах и легко сорбируется на стенках посуды. Чтобы выделять его из сложных растворов, нужны экстрагенты, которые избирательно «узнают» именно полоний. Шведские и норвежские радиохимики в начале 2000-х проверили, насколько с этой задачей справляется диоктилсульфид — тот же реагент, что десятилетиями используют в анализе золота.
Зачем изучали экстракцию полония
Полоний-210 образуется в природе в цепочке распада урана, а в ядерной технике — при облучении висмута нейтронами (например, в реакторах со свинцово-висмутовым теплоносителем). Его нужно уметь отделять и количественно определять: и для радиационного контроля, и при переработке облучённых материалов. Кроме того, полоний — аналог теллура и ближайший «химический родственник» серы по группе, поэтому серосодержащие экстрагенты для него логичный кандидат.
Что именно исследовали
В 2001 году в Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry вышли две связанные работы группы Г. Скарнемарка (Технологический университет Чалмерса). В обеих сравнивались четыре экстрагента, растворённых в толуоле:
- диоктилсульфид (ДОС) — нейтральный сульфид с одним атомом серы;
- Cyanex 272 — фосфиновая кислота без серы;
- Cyanex 302 — монотиофосфиновая кислота (один атом серы);
- Cyanex 301 — дитиофосфиновая кислота (два атома серы).
Водной фазой служили растворы органических гидроксикислот, которые удерживают полоний в растворе в виде комплексов: в одной работе — α-гидроксиизомасляной кислоты (α-HIBA), в другой — молочной кислоты.
Главные результаты
Для системы с молочной кислотой авторы приводят однозначный вывод: экстракция полония усиливается в ряду Cyanex 272 < Cyanex 302 < ДОС < Cyanex 301 — то есть в том же порядке, в каком растёт число атомов серы в молекуле экстрагента. Диоктилсульфид по эффективности уступил только дитиофосфиновой кислоте.
Механизм у ДОС — сольватный: нейтральные молекулы сульфида координируются к атому полония, вытесняя воду, и переводят в органическую фазу нейтральный комплекс полонила с анионами кислоты. Для молочнокислой среды авторы считают наиболее вероятным состав PoO(Lac)2·3ДОС. Кислые экстрагенты Cyanex 301 и 302 работают иначе — по катионообменному механизму, и лактат в извлекаемом комплексе не участвует.
В ранней версии этого материала на сайте был приведён другой ряд экстрагентов и другой состав комплекса. Мы сверили текст с опубликованными аннотациями и исправили его: проверенные данные приведены для молочнокислой системы; работа с α-HIBA описывает аналогичную постановку, но её количественные выводы мы не пересказываем без доступа к полному тексту.
Что это значит для практики
- Сульфидная сера — «ключ» к полонию. Так же, как к золоту и палладию, к полонию сульфидная сера проявляет высокое сродство. Это объясняет, почему ДОС эффективнее бессерного Cyanex 272 и монотиофосфиновой кислоты.
- Нейтральный экстрагент удобнее в работе. ДОС не обменивает протоны и не требует подбора pH так жёстко, как кислые экстрагенты; извлечение определяется в основном составом комплекса в водной фазе.
- Область применения — радиохимический анализ. Результаты показывают, что ДОС можно рассматривать в схемах выделения полония для его определения и для очистки растворов. Промышленных процессов на этой основе в открытой литературе мы не нашли.
Источники
- Johansson M., Malmbeck R., Wierczinski B., Skarnemark G. Extraction of polonium from aqueous α-hydroxyisobutyric acid solutions using dioctyl sulphide, Cyanex 272, Cyanex 301 or Cyanex 302 in toluene // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2001. Vol. 250, No. 3. P. 437–443. карточка публикации
- Johansson M., Skarnemark G. Extraction of polonium from aqueous lactic acid solutions using dioctyl sulphide, Cyanex 272, Cyanex 301 or Cyanex 302 in toluene // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2001. Vol. 250, No. 3. P. 473–476. doi:10.1023/A:1017945005033