放射性物质的分离

2）多级逆流萃取率公式（即原理）：
L yi 1H xi 1L yiH xi
x0 (1EE2 L En)xn
or
x0
En1 1 E1
xn
萃余率为：
n
xn x0
E 1 En1 1
萃取率为： p1n1EE n1 11100%
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3）逆流萃取法的特点 萃取剂用量小；萃取效率高；提高了去污系数，但仍然
x1
x0
r1D1 1 r1D1
x2 x11r2rD2D2 2
依此类推
xn
xn11rnrDnD n n
x0
n i1
xi
riDi 1riDi
P nxox0xn100%(1n
1 )100% 1riD i
i1
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3）错流萃取法的特点 错流萃取提高了萃取效率，但萃取剂用量大；错流萃取
降低了去污系数。
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第二节、溶剂萃取法
2.1 概念
利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而 使溶质得到纯化或浓缩的方法。 如四氯化碳加入溴水, 溴单质就会从水相中转入四氯化碳（萃取剂）相中。 。
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• 选用的萃取剂的原则：
•
※ 和原溶液中的溶剂互不相溶；
•
※ 对溶质的溶解度要远大于原溶剂；
第四章 放射性物质的分离方法
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1 共沉淀法 2 溶剂萃取法 3 离子交换法 4 层析法（液-液层析，液固层析) 5 电化学分离法 6 其它分离法 7 快速化学分离法
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第一节、共沉淀法
1、共沉淀的原理
上章的主要内容
2、共沉淀的技术措施 2.1载体的使用技术
※ 载体分为同位素载体和非同位素载体，其在化学 性质上与被分离的放射性核素相同或相近的物质。
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络合：
β为络合稳定常数
分配： I2 ƒ I2(o)
由分配比D的定义可知：
D [I2 []I 2] [o I3 ][I2](1 [I 2]o [I])1ke [I]
令1+β[I-]=Y,表示络合程度，则：
D ke Y
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3）影响简单分子萃取的因素 ※ 被萃取溶质在有机相中的溶解度愈大，其分配比愈大
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按萃取机理可以将萃取分为：简单分子萃取，中性
络合萃取，酸性络合萃取，离子 缔合萃取和协同萃取。
2.3.简单分子萃取
1）特点：被萃取物质在水相和有机相中都以中性分子存在，
溶剂与被萃取物质没有化学作用，是一种被萃取物质在两相中 溶解的竞争过程。
2）原理 在简单分子萃取体系中，被萃取的镕质在水相和有机 相中常有电离、络合、聚合等作用，因此其分配比和分配常数 一般是不同的。例如，在NaI存在的情况下用CCl4从水溶液中 萃取I2，存在水相中的络合与水油相的分配两种平衡。
络合：Mn A 噲 垐1垎 垐MA(n1)
MA(n1) A 噲 垐2垎 垐MA(n2)
……
令
m
Y 1 i[A]i
i1
Y：络合程度，βi：i级络合稳定常数。
则分配比DM
DM
ke Y
[A]n[S]qo
在低酸度条件下含氧萃取剂萃取金属盐也属于中性络
合萃取，而高酸度条件下则属于酸性络合萃取。
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※ 盐析剂的影响 （阴离子的同离子效应和阳离子的竞
溶效应）
※ 稀释剂的影响 用以改善萃取剂的粘度和表面张力。
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4）应用实例 Purex工艺。 ※ 第一循环为共去污循环 ※ 第二循环为钚铀分离循 ※ 第三循环为最后的净化循环
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2.5 酸性络合萃取
1）特点：萃取剂是有机弱酸，被萃取金属离子和萃取剂
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※载体的用量一般为几毫克到几十毫克。 ※载体的回收率与放射性核素的回收率相同，因此 可能通过载体的回收率的来测定放射性物质的含量 。回收率的定义为：
回收的载体的量 Y加入的载体的量
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※单氧化-还原法或氧化-还原循环法使载体和放射 性核素的化学形态一致。
※破坏放射性胶体（络合剂，酸煮回流) ※使用反载体和净化载体 ※提高介质酸度 ※加入放射性核素杂质络合剂 ※加入表面活性剂减少放射性核素在沉淀上的吸附 ※均相沉淀
•
※ 要不易于挥发；
•
※ 萃取剂不能与原溶液的溶剂反应
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萃取装置及操作
分液漏斗 有机相 水相
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2.2 萃取过程中的分配关系
1）能斯特分配定律
2）分配比 D
co c
c1 c2
k
3）分离系数（两种溶质分离程度的衡量指标）
DA DB
4）萃取百分率
P c0c 0 c 1 rDrD100%
2、连续逆流萃取
1）逆流萃取的概念 连续逆流萃取是两相向相反方向流动的多级萃取过程，
在一个n级连续逆流萃取器中，流量为F的水相加到萃取器的 第1级．流量为Fo的有机相加到萃取器的第n级。中间各级萃 取器中流量的走向是：第i级的水相流人第i+1级,第i级的有机 相流人i-1级，两相向相反方向流动。
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3）影响中性络合萃取的因素
※ 萃取萃和性质和结构。萃取剂官能团上配位原子提供
配位电子的能力愈强，共从取能力愈强。（因此多烷基中 性磷类萃取剂较单烷基磷的萃取能力强）
※ 萃取剂的浓度提高，会增加被萃取体系的萃取能力。 ※ 酸度的影响较为复杂。 ※ 水相中存在能与被萃取溶质发生化学作用的物质，会
影响萃取溶质的分配。如水相中存在络合剂时会降低溶质 的分配比，会使分配比降低，但出于同一络合剂对不同金 属离子的络合能力不同，因此加入络合剂常常可以增不同 金属离子之间的分离系数。
2）原理 在中性络合萃取体系中，存在两种平衡（也可以
表示为四种平衡），分别是水相中的络合平衡和水油两相的 萃取平衡。以TBP从硝酸溶液中萃取UO2(NO3)2为例。
络合： U O 22N O 3 噲 垐 1 垎 垐 U O 2N O 3
萃取： U O 2 2 2 N O 3 2 T B P 噲 垐 k e 垎 垐 U O 2 ( N O 3 ) 2 2 T B P 则分配比Du
分子聚合物，网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶 于酸、碱和一般溶剂。在网的各处都有许多可被交换 的活性基团。
合物在水油两相中的分配平衡∧。通过推导，可知：
Ke
n
(
Ka
)n
则，
DM
n
Y
(Ka)n
[HA]on [H]n
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3）影响酸性鳌合萃取的因素
※ 鳌合剂和鳌合物的性质。
※ 鳌合剂的浓度 ※ 水相的pH值，当D=1时的pH值称为半萃取pH，用
pH1/2表示，则pH1/2=-1/n lg(Ke/Y)-lg[HA]。lgD=n(pHpH1/2)，此式用于计算不同pH的D值。
偏小。
3、分流萃取
1）分流萃取的概念 在连续逆流萃取的中段从有机相中出口接一个逆流洗
涤器，将其中的杂质洗去后再进入逆流循环。
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萃取方法公式总结：
简单萃取
1P1 E
E1
E1
错流萃取
n
(E
1 1)n
P
1 n
1
(E
1 1)n
逆流萃取
n
E 1 E n1 1
P
1 n
1
E 1 E n1 1
HA中的H+发生阳离子交换形成中性络合物而被萃取，所 以这类萃取又可称为阳离子交换萃取。
鳌合萃取、酸性磷类萃取及羧酸萃取都属于这类萃取 。羧酸萃取在放射化学中的应用较少，这里不作介绍。
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2）鳌合萃取的原理
鳌合萃取可以用通式表示为：
M n n H A (o )噲 垐 ke垎 垐 M (A )n (o ) n H
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3）影响胺类萃取的因素 ※ 胺的结构和性质 一般胺类萃取剂的分子量在25D一
600为宜。因为分子量他的胺类，水溶性大，分子量太高 的胺，在有机相中不易溶解，萃取容量小，因此，它们均 不宜作萃取剂。
※ 稀释剂 用以改善萃取剂的粘度和表面张力。主要表
现在稀释剂极性对萃取能力的影响和生成第三相两个方面 。
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2.8萃取方法
1、错流萃取
1）错流萃取的概念 料液经萃取后，萃余液再与新鲜萃取剂接触，再进行
萃取。第一级的萃余液进入第二级作为料液，并加入新鲜 萃取剂进行萃取；第二级的萃余液再作为第三级的料液， 以此类推。
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用乙酸戊酯多级错流萃取青霉素示意图
2）错流萃取率公式（即原理）：
络合：在各级络合中，只有中性络合物被萃取。
同样，Mn A 噲 垐1垎 垐MA(n1)
MA(n1) A 噲 垐2垎 垐MA(n2)
……
m
令
Y 1 i[A]i
i1
Y：络合程度，βi：i级络合稳定常数。
则分配比D 2020/4/4
M
DM
ke Y
[ HA]on [H ]n
酸性络合萃取剂能溶解于水相中，实际上包括酸性络合萃取 包括四个平衡：① 鳌合剂在水油两相的分配平衡，分配常 数为λ ②鳌合剂在水相中的电离平衡 ,电离常数为Ka③鳌合 剂在水相中与放射性核素的络合平衡, 络合常数βn ④中性络
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第三节、离子交换法
3.1概念
利用离子交换剂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分， 依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适 的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。