Способ определения фосфора в препаратах элементов, экстрагируемых нейтральными органическими соединениями

Изобретение относится к аналитической химии применительно к определению содержания фосфора в соединениях актинидных, редких и рассеянных элементов. Способ включает перевод пробы в раствор, отделение фосфора экстракцией указанных элементов нейтральным органическим соединением - трибутилфосфатом (ТБФ), нанесенным на инертный сорбент, с получением рафината, добавление смеси, содержащей аммоний молибденовокислый, в рафинат пробы и в градуировочные смеси растворов с добавками фосфора, оценку в каждом из них интенсивности рассеивания света на основании измерений оптической плотности частицами, образующимися в растворе кислоты при взаимодействии нейтрального органического соединения и молибдофосфорной кислоты, образованной из аммония молибденовокислого, и вычисление массовой доли фосфора в пробе по градуировочной зависимости. Достигается повышение чувствительности анализа. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для установления значения содержания фосфора в соединениях актинидных, редких и рассеянных элементов.

В зависимости от характера объекта, массовой доли фосфора и требований точности для анализа используют спектральные и физико-химические методы. В тех случаях, когда проведение спектрального анализа фосфора затруднительно по техническим или экономическим причинам, определение проводят физико-химическими методами, хотя они, как правило, уступают спектральным методам по чувствительности и селективности.

Наиболее распространенный подход при определении массовой доли фосфора в препаратах физико-химическими методами включает перевод исследуемого вещества в раствор. Далее, как правило, устраняют мешающее влияние макрокомпонентов отделением от фосфат-ионов сорбцией или экстракцией с последующим спектрофотометрическим определением концентрации фосфора в растворе. Необходимость отделения фосфат-ионов объясняется их склонностью к комплексообразованию. При сорбционном отделении фосфат-ионов обычно анализируют элюат, а при экстракционном - экстракт. В последнем случае фосфор экстрагируют в виде гетерополикислот - желтой фосфорномолибденовой кислоты, ее восстановленной синей формы и в виде фосфорнованадиевой гетерополикислоты [Аналитическая химия фосфора. Под редакцией. Ю.С.Ляликова. М., Наука, 1974 г., с.85-86]. Экстракционные методы достаточно длительны и трудоемки. Кроме того, применение экстракционных методов при анализе препаратов радионуклидов нежелательно из-за высокой дозовой нагрузки на персонал.

С этой точки зрения, более предпочтительны хроматографические или экстракционно-хроматографические методы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков является способ определения примеси фосфора в урановых рудах [Heunisch G.W. Separation of uranium from Phosphoric acid by reversed-phase column chromatography. Analytical Chimica Acta, v.45, p.133-136, 1969].

Для отделения урана от фосфат-ионов используют метод хроматографии с обращенными фазами на силикагеле, пропитанном трибутилфосфатом (ТБФ). Ионы уранила экстрагируют из кислого раствора, содержащего фосфорную кислоту, массовая доля которой составляет 24,9%, и нитрат алюминия. Указанным методом проводят отделение 396 мг фосфорной кислоты от 30 мг урана. Фосфат-ионы определяют в рафинате молибдатованадатным методом, чувствительность которого находится на уровне 10 мкг фосфора в фотометрируемом объеме.

Следует отметить, что контроль качества чистых препаратов указанных веществ предполагает определение массовой доли фосфора на уровне 10^-2-10^-3%.

Недостатком данного способа применительно к анализу чистых препаратов является недостаточная чувствительность.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности метода определения фосфора в препаратах актинидов, редких и рассеянных элементов путем перевода анализируемого вещества в раствор, отделения фосфат-ионов экстракцией нейтральным органическим соединением, нанесенным на инертный сорбент, добавлением в рафинат и в градуировочные смеси раствора аммония молибденовокислого, измерением характеристики градуировочных смесей и рафината и вычислением массовой доли фосфора в анализируемом препарате по градуировочной зависимости.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве измеряемой характеристики используют интенсивность рассеивания света частицами, образующимися в рафинате при взаимодействии молибдофосфорной кислоты и нейтрального органического соединения, применяемого в качестве экстрагента и в качестве осадителя частиц молибдофосфорной кислоты.

Новизной заявляемого способа является:

- использование в качестве измеряемой характеристики интенсивности рассеивания света частицами, образующимися в рафинате при взаимодействии молибдофосфорной кислоты и нейтрального органического соединения;

- применение нейтрального органического соединения в качестве экстрагента и осадителя частиц молибдофосфорной кислоты.

Изобретательский уровень способа состоит в применении турбидиметрического метода определения фосфора в рафинате, с использованием нейтрального органического соединения в качестве экстрагента и осадителя частиц молибдофосфорной кислоты.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Определение массовой доли фосфора в диоксиде плутония

Проводят растворение навески препарата диоксида плутония массой от 0,50 до 1,0 г в смеси азотной и фтористоводородной кислот. Удаляют фторид-ионы путем трехкратного упаривания раствора до влажных солей с добавлением раствора азотной кислоты с молярной концентрацией 3,0 моль/дм³. Одновременно проводят холостой опыт.

Растворы количественно переносят в колбы вместимостью 25 см³, используя раствор азотной кислоты с молярной концентрацией 3,0 моль/дм³. Растворы в колбах доводят до метки этим же раствором и перемешивают.

Проводят подготовку трех экстракционных колонок высотой 20 -25 см, внутренним диаметром 10 мм, заполненных стиролдивинилбензолом объемом 4 см³ с диаметром зернения 0,25 -0,5 мм, с нанесенным на него трибутиловым эфиром фосфорной кислоты (ТБФ). Массовая доля ТБФ в твердом экстрагенте составляет 60%.

Через колонки, заполненные твердым экстрагентом, пропускают по 200 см³ раствора азотной кислоты с молярной концентрацией 3,0 моль/дм³ со скоростью от 2 до 3 см³/мин.

Проводят следующую подготовку раствора плутония.

В две пробирки вместимостью 10 см³ помещают по 8 см³ азотнокислого раствора плутония. В третью пробирку помещают 8 см³ раствора из колбы, не содержащей плутоний. Затем в первую пробирку добавляют 0,2 см³ градуировочного раствора с массовой концентрацией фосфора 10 мкг/см³ (добавка 1), во вторую пробирку добавляют 0,5 см³ градуировочного раствора с массовой концентрацией фосфора 10 мкг/см³ (добавка 2). Все растворы пропускают через подготовленные экстракционные колонки со скоростью от 0,6 до 0,8 см³/мин. Рафинаты собирают в колбы вместимостью 25 см³. Затем стенки пробирок обмывают по 3,0 см³ раствора азотной кислоты с молярной концентрацией 3,0 моль/дм³. Промывные растворы пропускают через колонки. Рафинаты присоединяют к растворам в колбах. Затем каждую колонку промывают 3,0 см³ того же раствора. Рафинаты тоже присоединяют к растворам в колбах. В каждую колбу прибавляют раствор гидроокиси натрия в количестве, необходимом для нейтрализации избытка азотной кислоты до ее остаточной концентрации 0,1 моль/дм³. В данном примере прибавляют по 5,0 см³ раствора гидроокиси натрия с молярной концентрацией 8,0 моль/дм³ и перемешивают.

После охлаждения растворов до комнатной температуры в каждую колбу прибавляют по 2,0 см³ этиленгликоля, по 2,5 см³ смешанного реактива для определения фосфора, представляющего собой раствор молибдата аммония с массовой концентрацией 6 г/дм³, аскорбиновой кислоты с массовой концентрацией 4,3 г/дм³, калия сурьмяно-виннокислого с массовой концентрацией 0,1 г/дм³ в растворе серной кислоты с молярной концентрацией 1,25 моль/дм³. Растворы в колбах доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Через 40 мин измеряют оптические плотности растворов с добавками относительно холостого раствора в кюветах с толщиной поглощающего свет слоя 5 см при длине волны 380 нм.

Массовую долю фосфора в диоксиде плутония Х, % вычисляют по формуле

где D₂ - масса добавки 2 фосфора, введенной в анализируемый раствор, мкг;

A₁ - оптическая плотность анализируемого раствора, содержащего соответствующую добавку фосфора D₁;

D₁ - масса добавки 1 фосфора, введенной в анализируемый раствор, мкг;

А₂ - оптическая плотность анализируемого раствора, содержащего соответствующую добавку фосфора D₂;

25 - объем раствора навески пробы, см³;

1·10^-6- коэффициент пересчета единиц измерения;

М - масса навески пробы, г;

8 - объем анализируемого раствора, пропущенный через колонку, см³.

Пример 2. Определение массовой доли фосфора в октагидрате оксихлорида циркония

Проводят растворение навески препарата октагидрата оксихлорида циркония массой от 0,50 до 1,0 г в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 7,6 моль/дм³. Раствор количественно переносят в колбу вместимостью 25 см³, приливают до метки раствор азотной кислоты этой же концентрации и перемешивают. Одновременно проводят холостой опыт. Далее поступают, как описано в примере 1.

Время определения массовой концентрации фосфора в растворе препарата не превышает 1,5 ч, относительная погрешность метода составляет ±20%. Полученная суспензия стабильна, по крайней мере, в течение 1 ч, закон Рэлея соблюдается в интервале от 0,5 до 10 мкг фосфора в 25 см³, что позволяет определять массовую долю фосфора в препарате на уровне 10^-2-10^-3%.

Присутствие в рафинате граммовых количеств катионов не мешает формированию суспензии.

Технический результат заключается в повышении чувствительности способа определения фосфора в препаратах элементов, экстрагируемых нейтральными органическими соединениями, что приводит к снижению технико-экономических затрат, связанных с аналитическим контролем качества препаратов.

1. Способ определения примеси фосфора в препаратах веществ, содержащих соединения актинидных, редких и рассеянных элементов, включающий перевод пробы в раствор, отделение фосфора экстракцией указанных элементов нейтральным органическим соединением - трибутилфосфатом (ТБФ), нанесенным на инертный сорбент, с получением рафината, добавление смеси, содержащей аммоний молибденово-кислый, в рафинат пробы и в градуировочные смеси растворов с добавками фосфора, оценку в каждом из них интенсивности рассеивания света на основании измерений оптической плотности частицами, образующимися в растворе кислоты при взаимодействии нейтрального органического соединения и молибдофосфорной кислоты, образованной из аммония молибденово-кислого, и вычисление массовой доли фосфора в пробе по градуировочной зависимости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ТБФ применяется в качестве экстрагента и осадителя частиц молибдофосфорной кислоты.