超镅元素的离子交换分离
实验室k / 2019-06-28
在超镅元素的鉴定中离子交换是不可缺少的,而且对前面的元素,特别是痕量物质也是重要的。在前面文章中我们已看到镧系+3价离子从阳离子交换柱上可用各种络合剂淋洗,例如,缓冲的柠檬酸盐,乳酸盐或二羟基丁酸盐溶液,而淋洗次序遵循水合离子半径的次序,因此,镥先被淋洗下来而镧最后。
通过与镧系离子的详细比较及对像Np3+或Pu3+这样较轻的锕系元素的外推数据大约能够精确的预测较重的锕系元素的淋洗次序。由于特征的核辐射甚至可以识别元素的几个原子。
在分离中的主要问题是(a)锕系作为一组从镧系离子中分离出来(在产生锕系元素的轰击中作为裂变碎片而形成)(b)锕系元素彼此分离。
用浓盐酸作淋洗剂能够解决前一个问题;因为锕系离子更容易形成氯的络合物,它们首先从离子交换柱上解析下来,因此可以有效的分离一组;相反,锕系较强的吸附在阳离子交换柱上。虽然某些锕系离子在阳离子交换柱上用浓盐酸淋洗能分离,但解析是不令人满意的,特别是Cf和Es的分离。在提高温度时,(直到90℃)操作中等交联度的强碱型的阴离子交换树脂,用10M LiCl作淋洗剂,则有一个比较有效的组分离。除了提供一个镧系-锕系二组分离而外,锕系元素分成Pu、Am—Cm,Bk,和Cf—Es几个组。Gd和Ho以及Cm和Es的淋洗次序相反现在还不能解释,除此之外,淋洗次序按着原子序数Z增加的次序进行的,其中La是最后一个被强烈的吸附。
用柠檬酸或类似的淋洗剂可以使锕系离子彼此间有效的分离;在某些典型的淋洗曲线中相应的镧系元素的相对位置并列在图28-7中。我们可以看到,在二个系列中相应元素的间隔出现了非常显著的类似性。在Gd与Tb之间以及Cm和Bk之间有一个明显的断裂,这可归因于它们各自有一个半充满的4f和5f壳层使离子半径变化很小而产生的。淋洗顺序常常不像图28-7那样正规。用某些络合剂,例如,硫氰酸盐,发现有更复杂的淋洗顺序,但仍有利于净化,例如,能够提高Am的纯度。
用离子交换分离后,用氟化物或草酸盐可以使锕系化合物以常量沉淀出来或者以迹量的物质捕集在难溶的氟化物的沉淀上。