جداسازيهاي راديوشيميايي
جداسازيهاي راديوشيميايي
بسياري از روشهاي شيميايي و عمليات جداسازي كه طي سالهاي متمادي توسعه يافتهاند در راديوشيمي مورد استفاده قرار گرفتهاند. به طور معمول عمليات شيميايي مختلف مانند تهنشيني، تبادل يوني، استخراج با حلال و كروماتوگرافي در يك آزمايشگاه راديوشيمي مورد استفاده قرار ميگيرند. تجهيزات بهكار رفته در يك آزمايشگاه راديوشيمي و آزمايشگاه شيمي مشابه هستند. لذا جداسازي شيميايي و جداسازي راديوشيميايي مشابه بوده و اساس كار آنها خواص شيميايي است. با وجود اين، درجداسازي راديوشيميايي، موضوعات(I) عناصر راديواكتيو (ايزوتوپها)كه تابش گسيل ميكنند،(II) مقادير بسياركم در حد ميكروگرم كه جداسازيهاي راديوشيميايي را يك عمل هنرمندانه مينماياند،(III) زمانهاي جداسازي در محدوده چند ثانيه تا چند دقيقه بسته به نيمه عمر راديوايزوتوپ موردنظر و(IV) خلوص راديونوكليدي، با متقاضيان فراوان و نيازهاي گوناگون، مورد بحث قرار ميگيرند. راديونوكليدها تابشهاي انرژيزايي همچون a، b و g گسيل ميكنند. لذا جداسازي راديوشيميايي در آزمايشگاههاي ويژه با تمهيداتي براي (I) جلوگيري از پخش راديوايزوتوپها در حوادث ناگهاني (II) تشخيص تابشها (پايش) (فصل21) انجام ميپذيرد. همچنين تابش با ماده برهمكنش داده و موجب تغييرات فيزيكي و شيميايي ميگردد. هنگام فرآيند مقادير بالاي مواد راديواكتيو، لازم است پايداري تابش مواد شيميايي كه در فرآوري شيميايي مورد نياز است مورد بررسي قرار گيرد.
همراهبرها، همراهبرهاي پشتيبان و روبندهها
فرض كنيد نمونهاي از mTc99 (با نيمه عمر 01/6 ساعت) داراي ميزان اكتيويتهاي معادل
dps 106 لازم است از مادر خود Mo99 جداسازي شود. وزنmTc99 اين نمونه برابر
11-10×15/5 گرم است. جداسازي چنين مقدار كمي به وسيله روشهاي عادي همچون فيلتراسيون يا سانتريفوژ بسيار مشكل است. امكان از بين رفتن قسمت اعظم اين اكتيويته در جذب سطحي توسط ديوارههاي شيشهاي وجود دارد. با توجه به اينكه مقدار محصول يوني ممكن است از مقدار محصول انحلال بيشتر نباشد لذا احتمال رخ دادن تهنشيني كم خواهد بود. مثال ديگري را مدنظر قرار ميدهيم. فرض كنيد لازم است اكتيويتهاي معادل dps104×5 Ba139 (با نيمه از عمر 9/82 دقيقه) از ميان محصولات شكافت توليد شده در شكافت اورانيم طبيعي جدا گردد.(1) اين ميزان اكتيويته برابر 108×59/3 اتم بوده و وزن آن برابر14-10×28/8 گرم است. معمولاً باريم به وسيله تهنشيني به صورت سولفات يا نيترات از محصولات شكافت جداسازي ميشود. جداسازي رسوب در چنين غلظت پائيني امكانپذير نيست. به علاوه، رفتار شيميايي در غلظتهاي پايين و بالا (غلظتهاي ميكرو و ماكرو) كاملاً متفاوت است. راديوايزوتوپهاي با غلظت پايين با افزايش مقادير زيادي از ايزوتوپهاي غيراكتيو آنها كه همراهبر ناميده ميشـوند، جداسازي ميگردند. مقادير ميليگرم يونهاي باريم غيراكتيو به محلول داراي باريم راديواكتيو افزوده ميشود. با توجه به اينكه خواص باريم راديواكتيو و باريم غير اكتيو يكسان است،(2) ته نشيني هر دو با هم اتفاق افتاده و حداقل مقدار از دست خواهد رفت.
فرض كنيم در نظر است1010 اتم باريم توسط فرآيند جذب سطحي و ديگر فرآيندها جداسازي گردد. چنانچه همراهبر درحالت بالا افزوده نشود، كليه اتمهاي باريم از بين ميروند. هنگامي كه يك ميليگرم از باريم غيراكتيو به محلول موردنظر افزوده شود، تعداد كل اتمهاي باريم 1018×33/4=108 ×59/3+1018×33/4 اتم خواهد بود. چنانچه دقت كافي در اطمينان از اين كه حالت شيميايي همراهبر و راديوايزوتوپ براي تبادل كامل ايزوتوپي و جداسازي مؤثر
بهكار گرفته شود، مصروف گردد حتي چنانچه 1010 اتم از اين مقدار از بين رود، اساساً كليه اتمهاي باريم راديواكتيويته تهنشين ميشوند. براي مثال يد راديواكتيو حاضر در شكل يد نميتواند به وسيله همراهبر يدات جداسازي شود. حالات و شرايطي وجود دارد كه در آنها همراهبرهاي يك عنصر مانند راديم قابل دسترس نخواهد بود. معروف است كه هان (Hahn) و اشتراسمن(Strassman) (3) همراهبر باريم را براي تهنشيني راديم بهكار بردند كه منجر به جداسازي باريم راديواكتيو با ايزوتوپهاي باريم گرديد چرا كه راديم اصلاً تشكيل نشده بود.
هنگامي كه لازم است راديوايزوتوپي به شكل خالص از مخلوطي از راديوايزوتوپهاي عناصر گوناگون مانند محصولات شكافت جداسازي شود، اجتناب از آلودگي ضروري است. در چنين حالاتي، عناصر راديواكتيو ناخواسته را ميتوان با بهكار بردن عوامل مناسب نگهداري كرد، مثلاً يد محصول شكافت به وسيله استخراج حلالي مولكول يد جداسازي ميشود. به محلول محصول شكافت، همراهبرهاي تلوريوم و يد افزوده ميشود. ايزوتوپهاي يد محصول شكافت ممكن است در حالات گوناگون اكسايش حضور داشته و به يد مولكولي تبديل شوند كه در كلروفرم استخراج ميگردند. چنانچه همراه بر تلوريوم افزوده نشود، تلوريوم راديواكتيو به وسيله جذب سطحي فيزيكي به فاز آلي وارد ميگردد. در اينجا همراهبر تلوريوم براي نگهداري آن در فاز آبي افزوده ميشود. همراهبرهاي به كار رفته براي چنين مقاصدي همراهبرهاي “نگهدارنده” (hold back) ناميده ميشوند.
غالباً ناخالصيهاي كم مقدار با بهكار بردن روبندهها (Scavenger) حذف ميشوند. +3Fe به عنوان يك روبنده خوب عمل ميكند. 3Fe(OH) رسوب ژلاتيني بوده و داراي خواص جذب بسياري از يونها است. مثلاً جهت حذف ناخالصيها از يك محلول باريم راديواكتيويته به آن همراهبر +3Fe افزوده ميشود. محلول آمونياكي شده و+3Fe به صورت 3Fe(OH) تهنشين ميگردد. بسياري از يونهاي ناخواسته با 3Fe(OH) روبيده ميشوند. از محلول باقي مانده (فيلتر شده)، Ba با اسيدي نمودن محلول به صورت2(3NO)Ba يا 4BaSO تهنشين ميگردد. با تكرار روبيدن و تهنشينسازي در دو يا سه مرتبه، خلوص مورد نظر حاصل ميشود.
زمان جداسازي
برخلاف جداسازيهاي معمـولي شيميايي، غالباً زمـان جـداسازي عامـل مهمي در برنـامهريزي
جداسازي راديوشيميايي است. چنانچه محصول تشكيل شده در يك واكنش هستهاي داراي عمر بسيار كوتاه باشد، در اين صورت جداسازي شيميايي بايد سريعاً انجام پذيرد. غالباً به خاطر سينتيك امكان كار فراهم نميگردد. در چنين حالاتي از جداسازي كمّي يا بازدهي شيميايي صرفنظر ميگردد. در مطالعات mSb132 (با نيمه عمر 1/4 دقيقه) و Sb133 (با نيمه عمر 79/2 دقيقه)، محصولات آنتيموان از محصولات شكافت جداسازي شده و ديگر محصولات واكنش با تقطير Sb به صورت Steben فرّار در مدت 30 ثانيه با بازده شيميايي در حدود 30 درصد جداسازي ميشوند. Fr221 (با نيمه عمر 9/4 دقيقه) محصول دختر Ac225 (با نيمه عمر10 روز) است. آكتنيم با استخراج بهTTA+TOPO در دياكسان جداسازي و تخليص ميگردد. اين روش مانند مولد Fr221 عمل ميكند. در تماس با آب به مدت 10 ثانيه، 80 درصد Fr221 جداسازي شده و براي تعيين نيمه عمر و خواص هستهاي ديگر مورد استفاده قرار ميگيرد. عناصر سنگين همچون Ha (105=Z) با به كار بردن تجهيزات خودكار سريع شيميايي(ARCA) به روش تبادل يوني جداسازي ميشوند. زمانهاي جداسازي در محدوده
5-2 ثانيه با بازده شيميايي در حدود 10 درصد ميباشد.
خلوص راديونوكليدي
در بسياري از كاربردهاي رديابي، ايزوتوپهاي با خلوص بسيار بالا موردنياز است. هر دو خلوص راديوشيميايي و راديونوكليدي لازم است. خلوص راديوشيميايي در شكل شيميايي ايزوتوپ بوده و خلوص راديونوكليدي با حضور راديوايزوتوپهاي ديگر مورد بررسي و ارزيابي قرار ميگيرد. فرض كنيد يد راديواكتيو به صورت يد (90%) و يدات (10%) وجود داشته باشد. در اين صورت ،اين نمونه از نظر راديوشيميايي خالص نيست. در بسياري از كاربردها بايد از خلوص راديوشيميايي با به كار بردن روشهاي ثابت شده شيميايي اطمينان حاصل نمود. از طرف ديگر، خلوص راديونوكليدي از آن نظر داراي اهميت بسيار بالايي است كه حضور هرگونه راديوايزوتوپ به غير از راديوايزوتوپ مورد نياز قابل پذيرش نيست. خلوص راديونوكليدي با اندازهگيري نيمه عمر و شناسايي خواص انرژيهاي a، b و g حاصل ميگردد. حضور نوكليدهاي ديگر در حدود آشكارسازي با اندازهگيريهاي اسپكترومتري حاصل ميگردد. با وجود اين، لازم است دقت كافي در مراحل جداسازي براي حذف عناصر ناخالص به كار رود. با انتخاب واكنش مناسب هستهاي و انرژي پرتابه، تشكيل راديوايزوتوپ موردنظر به حداكثر ميرسد. بهترين راه حل بهكار بردن ايزوتوپهاي غني شده است. mTc99 ايزوتوپ مهمي بوده و محصول دختر Mo99 (با نيمه عمر 94/65 ساعت) است. با پرتودهي 3MoO ، Mo99 توليد ميگردد. از آنجا كه Mo داراي ايزوتوپهاي پايدار 92، 94، 95، 96، 97، 98 و Mo100 است، دو ايزوتوپ ديگر Mo93 (با نيمه عمر 103×4 سال) و Mo101 (با نيمه عمر 61/14 دقيقه) نيز به همراه Mo99 توليد ميگردد. Mo101 با خنك نمودن هدف پرتوديده به مدت چند ساعت فروپاشي ميكند. Mo93 با EC به محصول دخترNb93 فروپاشي نموده و در شيمي تكنسيم دخالتي ندارد. موليبدنيم خالص روي ستون مبادله كننده قرار گرفته و mTc99 با تناوب زماني و خلوص مورد نياز براي استفاده پزشكي دوشيده ميشود.
(1) اورانيم طبيعي حاوي سه ايزوتوپ U238 (2745/99%) ، U235(72/0% ) و U234 (0055/0%) بوده و تنها U235 با نوترونهاي حرارتي شكافته ميشود.
(2) كاملاً مشخص است كه ايزوتوپهاي عنصري، به طور كلي داراي رفتارشيميايي يكسان هستند. در ناحيه Z پايين مانند هيدروژن و ليتيم، اثرات ايزوتوپي قابل مشاهده ميباشد.
(3) غالباً بيان ميگردد كه به كار بردن باريم به عنوان همراهبر براي جداسازي راديم منجر به كشف شكافت گرديد، در كريستاليزاسيون (تبلور) نسبي سولفاتها، به طور قطعي ثابت گرديد كه اورانيم متحمل شكست ميشود.
به نام خدا