РАДИОХИМИЯ, 2022, том 64, № 5, с. 488-496

УДК 621.039.8.002:621.039.554

ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА

ОЧИСТКИ ПРЕПАРАТА ²⁴⁸Cm

Р. Г. Абдуллов, П. С. Буткалюк, И. Л. Буткалюк, А. Ю. Енизеркина,

В. Г. Аббязова, А. В. Борзова

Научно-исследовательский институт атомных реакторов,

433510, Димитровград Ульяновской обл., Западное шоссе, д. 9

*e-mail: kvrotmanov@niiar.ru

Поступила в редакцию 31.08.2021, после доработки 13.06.2022, принята к публикации 15.06.2022

Приведены результаты экспериментов по очистке Am, Cm от Pu и Fe методом анионообменной

хроматографии с использованием сорбента Bio-Rad AG1-X8 (50-100 меш). Приведены результаты

экспериментов по разделению Am, Cm и Cf методом ионообменной хроматографии с использованием

катионообменной смолы Bio-Rad AG50W-X8 (200-400 меш) в NH₄₊-форме. Сорбцию проводили

из раствора

0.1 моль/л HNO₃ с последующим элюированием раствором аммонийной соли

α-гидроксиизомасляной кислоты (далее α-HIBA) с рН 5.0. Концентрацию аммонийной соли α-HIBA

варьировали в пределах 0.1-0.2 моль/л. Наилучшие результаты были достигнуты при последовательном

элюировании растворами аммонийной соли α-HIBA с концентрациями 0.1 и 0.15 моль/л_. Определены

характеристики разработанного хроматографического процесса катионообменной очистки Cm с

использованием в качестве элюента раствора аммонийной соли α-HIBA: число теоретических тарелок

N, коэффициент распределения D, селективность (фактор разделения) α, разрешение R_S.

Ключевые слова: кюрий-248, америций-243, хроматография, ионный обмен, элюирование, аммоний-

ная соль α-HIBA, коэффициент очистки.

DOI: 10.31857/S0033831122050070, EDN: JCJOVO

ВВЕДЕНИЕ

входят изотопы Pu, Am, Cm, Cf и продуктов деле-

ния. В НИИАР существует действующее производ-

ство препаратов ²⁴³Am и ²⁴⁸Cm [1]. Америций-243

Синтез и изучение свойств сверхтяжелых эле-

ментов (СТЭ) являются одним из фундаменталь-

выделяют из облученного Pu экстракционными и

осадительными методами [2, 3]. Кюрий-248 выде-

ных направлений современной ядерной физики.

Исследования в этой области активно проводятся

ляют из выдержанного ²⁵²Cf методом экстракцион-

как в России, так и в ядерных центрах других стран

ной хроматографии с использованием сорбентов на

(Германия, Япония, США). Благодаря работам, вы-

основе Д2ЭГФК. Как правило, после применения

полненным в Лаборатории ядерных реакций им.

штатных методов очистки в препаратах остаются

Г.Н.Флерова ОИЯИ (Дубна) и НИИАР, были син-

следовые количества примесей, в том числе изото-

тезированы и изучены ядерно-физические свойства

пов Cf, Pu, продуктов деления и продуктов корро-

новых элементов с порядковыми номерами 115, 116

зии конструкционных материалов (нержавеющая

и 118. Данные нуклиды были получены путем об-

сталь).

лучения мишеней на основе высокообогащенных

Для получения чистых препаратов трансплу-

изотопов ²⁴³Am, ²⁴⁸Cm и ²⁴⁹Cf ионами ⁴⁸Са.

тониевых элементов (ТПЭ) в радиохимической

К мишенным материалам предъявляются высо-

практике широко применяется ионный обмен. При

кие требования по чистоте, в том числе по содер-

ионообменной хроматографии разделение основа-

жанию радиоактивных примесей, в число которых

но на селективности ионита по отношению к про-

488

ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОЧИСТКИ ПРЕПАР

АТА ²⁴⁸Cm

489

тивоионам смеси. При разделении ионов с весьма

максимальная концентрация аниона Pu(NO₃)_62- до-

близкими свойствами (например, редкоземельных

стигается при 7.7 моль/л HNO₃ [18]. Сорбция Pu

элементов - РЗЭ) большинство ионитов прояв-

на анионитах также возможна и из растворов HCl

ляют почти одинаковое сродство по отношению

высокой концентрации. Коэффициент распределе-

к близким между собой ионам. Разделение РЗЭ

ния Pu(IV) монотонно увеличивается с ростом кон-

элюированием из колонки с катионитом раствором

центрации HCl и, начиная с концентрации 9 моль/л,

сильной, не образующей комплексов кислоты прак-

превышает 1 × 10³ [19]. В этих условиях Am(III) и

тически невозможно, поскольку их коэффициенты

Cm(III) сорбентом не удерживаются.

распределения мало отличаются друг от друга [4].

Целью работы являлась отработка режимов

Если подобрать комплексообразователь, который с

очистки Cm и Am от примесей Fe и Pu, а также от-

ионами смеси дает комплексные соединения раз-

работка режимов разделения Am и Cm и их очистки

личной прочности, то успешное разделение ионов

от Cf и Eu методами ионообменной хроматографии.

становится возможным. Чем прочнее комплекс, об-

разуемый в растворе противоионом, тем в меньшей

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

степени этот ион будет поглощаться ионитом. Та-

ким образом может быть повышена полнота разде-

Материалы и оборудование. Все используе-

ления компонентов смеси. Комплексообразующий

мые реактивы имели квалификацию не ниже ос.ч.

реагент α-гидроксиизомасляная кислота (α-HIBA)

Растворы готовили на воде, подготовленной с ис-

и ее соли (в основном аммонийная) применяются

пользованием системы очистки воды Simplicity UV

в ионообменных процессах внутри- и межгруппо-

(Merck). Азотную кислоту получали на аппарате

вого разделения радионуклидов редкоземельных

изотермической дистилляции для получения сверх-

(РЗЭ) и трансплутониевых (ТПЭ) элементов [5-17].

чистых кислот Distillacid BSB-939-IR (Berghof).

Для разделения радионуклидов РЗЭ и ТПЭ элюи-

Растворы аммонийной соли α-HIBA готовили из

рованием растворами, содержащими α-HIBА и ее

навески α-HIBA (Alfa Aesar) нейтрализацией рас-

соли, применяют катионообменные способы. В

твором аммиака до необходимого значения рН.

качестве сорбента используют сильнокислые суль-

Концентрацию в растворах ионов водорода (рН)

фокатиониты стирол-дивинилбензольного типа, та-

определяли с использованием мультиметра Mettler-

кие как Dowex 50W-X8, Bio-Rad AG 50W-X8 и ряд

Toledo SevenExcellence. Температура рабочих рас-

других их аналогов [6, 10, 12-16]. Как правило, в

творов при подготовке и при проведении всех экс-

используемой методике [5, 6, 9-12] трехвалентные

периментов составляла 22 ± 2°С. Для поддержания

актиниды сначала сорбируются из разбавленного

требуемой скорости фильтрации растворов через

(<0.5 моль/л) раствора HNO₃ на катионите. Затем

колонку и разделения фильтрата на фракции ис-

сорбент переводят в NH₄₊-форму и актиниды элю-

пользовали программируемый перистальтический

ируют комплексообразующим реагентом (α-HIBA).

насос Ismatec Reglo Digital MS-2/8.

В работах [8, 14] отмечено, что без предваритель-

ного переведения катионита в аммонийную фор-

В работе использовали растворы нитра-

му при элюировании раствором аммонийной соли

тов

²⁴⁰Pu(IV),

²⁴¹Am(III),²⁴⁴Cm(III),²⁴⁸Cm(III) и

α-HIBA выделяющиеся ионы H⁺ оказывают силь-

²⁴⁹Cf(III), полученные в штатных технологических

ное «тормозящее» действие на слабо сорбируемые

процессах производства ТПЭ. Нитрат ⁵⁹Fe(III) вы-

элементы, например, такие как Cf.

деляли путем растворения фрагмента стальной

оболочки облученной мишени и очистки методом

В качестве метода очистки Am, Cm от приме-

анионообменной хроматографии. Нитрат ¹⁵²Eu(III)

си Pu выбрана анионообменная хроматография с

выделяли из отходов от производства ¹⁵³Gd и очи-

использованием сильноосновного анионита Bio-

щали методом катионообменной хроматографии.

Rad AG 1X8. По литературным данным известно,

что сорбция Pu(IV) на сильноосновных анионитах

В работе использовали сорбенты аналитическо-

возможна из азотнокислых и солянокислых сред

го класса: Bio-Rad AG 1-X8 (50-100 меш), Bio-Rad

[18-20]. В азотнокислых средах Pu(IV) может со-

AG 50W-X8 (100-200 меш), Bio-Rad AG 50W-X8

рбироваться, начиная с 1 моль/л HNO₃, при этом

(200-400 меш).

РАДИОХИМИЯ том 64 № 5 2022

490

АНДРЕЕВ и др.

Методика экспериментов по очистке Am/Cm

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

от Pu и Fe. Исходный раствор представлял собой

смесь радионуклидов ⁵⁹Fe(III), ²⁴⁰Pu(IV), ²⁴¹Am(III),

В качестве метода очистки Am и Cm от примеси

²⁴⁴Cm(III) в 9 моль/л HCl. Для стабилизации плу-

Pu выбрана анионообменная хроматография с ис-

тония в степени окисления +4 в раствор вводили

пользованием сильноосновного анионита Bio-Rad

H₂O₂ до концентрации 0.1 моль/л. Исходный рас-

AG 1-X8 (50-100 меш) [18-20]. В качестве метода

твор (5 колоночных объемов, далее по тексту к.о.)

разделения Am и Cm, а также их очистки от Cf и

подавали на колонку с сорбентом Bio-Rad AG 1-X8

Eu выбрана катионообменная хроматография с ис-

(50-100 меш) в Cl^--форме (колонка объемом 1 см³)

пользованием катионита Bio-Rad AG 50W-X8 (200-

со скоростью 1 мл/(см2∙мин), затем промывали

400 меш) в NH₊-форме с применением в качестве

9 моль/л HCl в присутствии 0.1 моль/л H₂O₂.

элюента раствора аммонийной соли α-HIBA [8, 9, 15,

Методика экспериментов по разделению Am

16]. После разделения Am и Cm целевые фракции

и Cm и их очистке от Cf и Eu. Исходный раствор

необходимо отделить от α-HIBA. Для этого выбрана

представлял собой смесь радионуклидов ²⁴¹Am(III),

катионообменная хроматография с использованием

²⁴⁴Cm(III),²⁴⁹Cf(III) и ¹⁵²Eu(III) в 0.1 моль/л HNO₃.

катионита Bio-Rad AG 50W-X8 (100-200 меш). В ка-

честве финальной стадии очистки проводили отде-

Исходный раствор (1 к.о.) подавали на колонку

ление примеси Fe сорбцией из 9 моль/л HCl на ани-

с сорбентом Bio-Rad AG 50W-X8 (200-400 меш) в

онообменной смоле Bio-Rad AG 1-X8 (50-100 меш).

NH₄₊ -форме (колонка объемом 10 см³) при скорости

1 мл/(см²∙мин), затем промывали 0.1 моль/л HNO₃

Очистка Am/Cm от Pu и Fe.Микроколичества

и водой. Десорбцию исследуемых радионуклидов

Pu отделяли от Am и Cm путем сорбции Pu на

проводили растворами аммонийной соли α-HIBA

сильноосновной анионообменной смоле Bio-Rad

с различной концентрацией (0.1-0.2 моль/л), но

AG 1-X8 (50-100 меш) из 9 моль/л HCl в присут-

ствии 0.1 моль/л H₂O₂ [20]. Америций и кюрий в

с фиксированным значением рН (рН 5.0). Данное

этих условиях практически не сорбируются смо-

значение рН выбрано исходя из результатов, полу-

лой. Проведение очистки в солянокислой среде

ченных в работах [5, 7].

рекомендуется в случае присутствия солей Fe(III),

Методы анализа. Объемную активность γ-из-

так как позволяет добиться одновременного отде-

лучающих радионуклидов

(²⁴¹Am,

⁵⁹Fe,

²⁴⁹Cf,

ления Am и Cm от Pu и Fe. Во фракцию Am и Cm

¹⁵²Eu) определяли с использованием γ-спектро-

попадает не более 0.5% Fe и не более 0.1% Pu.

метра SBS-50 с полупроводниковым Ge-Li детек-

Поведение ¹⁵²Eu,²⁴⁹Cf, ²⁴⁴Cm, ²⁴¹Am в смеси

тором типа ДГДК 150. Источники для измерения

при ступенчатом элюировании α-HIBA. Исход-

представляли собой растворы объемом 1.00 мл в

ный раствор (0.1 моль/л HNO₃), содержащий ¹⁵²Eu,

стеклянных пробирках диаметром 12 мм.

²⁴⁴Cm, ²⁴¹Am и ²⁴⁹Cf, пропускали через хромато-

Суммарную активность α-излучающих радиону-

графическую колонку с катионитом Bio-Rad AG

клидов измеряли с использованием жидкосцинтил-

50W-X8 (200-400 меш) в NH₄₊-форме объемом

ляционного счетчика Quantulus 1220. Для измере-

10 см³. После промывки колонки азотной кисло-

ния вклада отдельных нуклидов в суммарную α-ак-

той и водой на первой стадии процесса элюирова-

тивность использовали α- спектрометр «Аспект» с

ния подавали 20 к.о. раствора 0.1 моль/л аммоний-

полупроводниковым детектором на основе ионо-

ной соли α-HIBA, на второй - раствор 0.2 моль/л

имплантированного монокристалла Si, покрытого

аммонийной соли α-HIBA. Полученные выходные

светонепроницаемым слоем Al. Активность α-излу-

кривые представлены на рис. 1.

чающего радионуклида ²⁴⁴Сm измеряли с исполь-

Полученные данные свидетельствуют о прием-

зованием α-спектрометра ESBS-7x. Источники для

лемой очистке Cm от Eu (во фракцию Cm попадает

измерения готовили путем нанесения на металли-

0.1% Eu), однако наблюдается недостаточное раз-

ческую подложку аликвоты измеряемого раствора,

деление Am и Cm: во фракцию Am попадает 1.0%

высушивания под лампой и прокаливания для уда-

Cm. По данной методике повторили эксперимент с

ления солевого слоя.

заменой на второй стадии процесса элюирования

РАДИОХИМИЯ том 64 № 5 2022

ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОЧИСТКИ ПРЕПАР

АТА ²⁴⁸Cm

491

Рис. 1. Выходные кривые ²⁴⁹Cf, ¹⁵²Eu, ²⁴⁴Cm, ²⁴¹Am при последовательном элюировании растворами 0.1 и 0.2 моль/л

аммонийной соли α-HIBA с рН 5.0. Исходная активность, Бк: ²⁴⁹Cf 1.7 × 106, 152Eu 8.46 × 104, 244Cm 1.23 × 107, 241Am 1.40 × 105.

раствора 0.2 моль/л аммонийной соли α-HIBA на ее

тально определенные значения ширины хромато-

раствор с концентрацией 0.175 (рис. 2) и 0.15 моль/л

графического пика у основания и числа теорети-

(рис. 3).

ческих тарелок для Cf, Cm, Am, Eu при различных

концентрациях элюента приведены соответственно

При использовании на второй стадии раствора

в табл. 1 и 2.

0.175 моль/л аммонийной соли α-HIBA во фракцию

Am попадает 0.2% Cm, а при использовании раство-

D_А - динамический (объемный) коэффициент

ра 0.15 моль/л аммонийной соли α-HIBA - 0.01%.

распределения вещества А - рассчитывали по фор-

муле (2):

Характеристики хроматографического про-

D_А = V ^ꞌА/V = (V_А - V_M)/V,

(2)

цесса. Определены характеристики разработанного

хроматографического процесса катионообменного

где V - объем слоя сорбента (1 к.о.); V ꞌА - приве-

разделения и очистки Am и Cm с использовани-

денный объем удерживания вещества А, к.о.; V_M -

ем в качестве элюента раствора аммонийной соли

мертвый объем, к.о.

α-HIBA: число теоретических тарелок N, коэффи-

Таблица 1. Ширина хроматографического пика у осно-

циент распределения D, селективность (фактор раз-

вания при различных концентрациях элюента

деления) α, разрешение R_S [21-23].

Элемент А

Ширина пика у основания W_А, к.о.

N_А - число теоретических тарелок - рассчиты-

0.1 моль/л α-HIBA

вали по параметрам удерживания вещества А по

²⁴⁹Cf

2.62

формуле (1):

0.15 моль/л α-HIBA

¹⁵²Eu

1.5

N_А = 16(V_А/W_А)²,

(1)

²⁴⁴Cm

3.1

где V_А - объем удерживания вещества А, к.о. (объем

²⁴¹Am

4.2

подвижной фазы, затрачиваемой на элюирование

0.175 моль/л α-HIBA

пробы вещества; определяют между точкой ввода

¹⁵²Eu

1.1

пробы и точкой, при которой регистрируется макси-

²⁴⁴Cm

1.85

мум хроматографического пика); W_А - ширина пика

²⁴¹Am

2.25

вещества А у основания, к.о. (отрезок основания

0.2 моль/л α-HIBA

пика, отсекаемый двумя касательными, проведен-

¹⁵²Eu

1.0

ными в точках перегибов восходящей и нисходящей

²⁴⁴Cm

1.56

ветвей хроматографического пика). Эксперимен-

²⁴¹Am

1.73

РАДИОХИМИЯ том 64 № 5 2022

492

АНДРЕЕВ и др.

Рис. 2. Выходные кривые ²⁴⁹Cf, ¹⁵²Eu, ²⁴⁴Cm, ²⁴¹Am при последовательном элюировании растворами 0.1 моль/л и

0.175 моль/л аммонийной соли α-HIBA с рН 5.0. Исходная активность, Бк: ²⁴⁹Cf 1.7 × 10⁶, ¹⁵²Eu 8.86 × 10⁴, ²⁴⁴Cm 5.80 × 10⁶,

²⁴¹Am 1.25 × 10⁵.

Необходимый для расчета объемного коэффици-

где V_А, V_Б - объемы удерживания веществ А и Б,

ента распределения мертвый объем V_M включает в

к.о.; W_А (W_Б) - ширина пика у основания веществ

себя свободный объем колонки и объем коммуника-

А и Б, к.о.

ций между точкой ввода элюента и колонкой. Сво-

Значения динамических характеристик разделе-

бодный объем колонки берется равным 0.38 к.о.,

ния Cf, Eu, Am, Cm приведены в табл. 4.

исходя из данных монографии [24] для катионита

Результаты, представленные в табл. 1-4, пока-

Dowex 50-X8 (200-400 меш). Объем коммуникаций

зывают, что с увеличением концентрации α-HIBA

между точкой ввода элюента и колонкой определен

Таблица 2. Число теоретических тарелок

экспериментально и равен 0.05 к.о. Таким образом,

Объем

мертвый объем V_M составляет 0.43 к.о. Значения

Число теоретических

Элемент А

удерживания V_А,

тарелок N_А

динамических (объемных) коэффициентов распре-

к.о.

деления приведены в табл. 3.

0.1 моль/л α-HIBA-0.15 моль/л α-HIBA

524

α - селективность (фактор разделения) хрома-

1924

тографической системы. Количественно селек-

1524

тивность выражается как безразмерная величина,

3762

характеризующая разделительную способность

0.1 моль/л α-HIBA-0.175 моль/л α-HIBA

колонки по отношению к разделяемым веществам

524

А и Б и численно равная отношению приведенных

26.5

3283

объемов удерживания. Ее рассчитывали по форму-

2844

ле (3):

6400

0.1 моль/л α-HIBA-0.2 моль/л α-HIBA

α = V ꞌА/V ^ꞌБ.

(3)

524

24.5

3946

R_S - разрешение пиков - рассчитывали по фор-

26.5

3754

муле (4):

7744

R_S = 2(V_А - V_Б)/(W_А + W_Б),

(4)

РАДИОХИМИЯ том 64 № 5 2022

ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОЧИСТКИ ПРЕПАР

АТА ²⁴⁸Cm

493

Рис. 3. Выходные кривые ²⁴⁹Cf, ¹⁵²Eu, ²⁴⁴Cm, ²⁴¹Am при последовательном элюировании растворами 0.1 моль/л и

0.15 моль/л аммонийной соли α-HIBA с рН 5.0. Исходная активность, Бк: ²⁴⁹Cf 1.7 × 10⁶, ¹⁵²Eu 8.19 × 10⁴, ²⁴⁴Cm 3.22 × 10⁷,

²⁴¹Am 1.32 × 10⁵.

на второй стадии процесса ступенчатого элюиро-

2.60 × 10^-2 мг

(3.3 × 10⁶ Бк) 241Am, 2.38 × 10-3 мг

вания уменьшается ширина хроматографического

(3.6 × 10⁵ Бк) ²⁴⁹Cf. Используемые в данной работе

пика у основания и возрастает число теоретических

радиометрические методики не показывают при-

тарелок, т.е. уменьшается размывание пиков. Одно-

сутствие изотопов Pu в исходном растворе (содер-

временно при этом уменьшаются селективность α

жание Pu ниже пределов обнаружения), поэтому

предварительное отделение Pu на анионообменной

и разрешение R_S, т.е. возрастает степень перекры-

смоле не проводили.

вания хроматографических пиков. В работе [25] от-

мечено, что два вещества будут разделяться, если

Смесь радионуклидов ²⁴⁸Cm, ²⁴¹Am, ²⁴⁹Cfразде-

селективность α > 1; для удовлетворительного раз-

ляли на колонке, содержащей 10 см³сильнокисло-

деления R_S должно быть равно 1. Разделение счита-

го катионита Bio-Rad AG 50W-X8 (200-400 меш)

ется полным, если R_S равно или больше 1.5. Поэто-

в NH₄₊-форме. Геометрические параметры колон-

ки аналогичны параметрам колонок, использовав-

му разделение Cm и Am, а также их очистку от Eu

шихся при работе с индикаторными количествами

и Cf рекомендовано проводить ступенчатым элю-

²⁴⁹Cf, ¹⁵²Eu, ²⁴⁴Cm, ²⁴¹Am. Порядок элюирования и

ированием растворами аммонийной соли α-HIBA

концентрации растворов аммонийной соли α-HIBА

0.1 (рН 5.0) (первая стадия) и 0.15 моль/л (рН 5.0)

аналогичны использовавшимся в экспериментах с

(вторая стадия).

индикаторными количествами ²⁴⁹Cf, ¹⁵²Eu, ²⁴⁴Cm,

Очистка весовых количеств ²⁴⁸Cm. В исходном

²⁴¹Am (рис. 3). Содержание ²⁴⁸Cm и ²⁴¹Am и распре-

растворе содержалось 26.6 мг (4.08 × 10⁶ Бк) ²⁴⁸Cm, деление их по фракциям представлены на выход-

ных кривых элюирования (рис. 4).

Таблица 3. Динамические (объемные) коэффициенты

распределения

На выходной кривой элюирования ²⁴⁸Cm (рис.4)

Коэффициент распределения, D_А

передний фронт более размыт, чем в экспериментах

Элюент

с индикаторными количествами данного элемента

0.1 моль/л α-HIBA

14.57

(рис. 3). Исходя из литературных данных [10], это

0.15 моль/л α-HIBA

40.57

33.57

22.57

явление можно объяснить тем фактом, что коэффи-

0.175 моль/л α-HIBA

29.57

26.07

21.57

циент распределения Cm, вероятно, возрастает при

0.2 моль/л α-HIBA

26.07

24.07

21.57

увеличении его концентрации. Зависимость между

РАДИОХИМИЯ том 64 № 5 2022

494

АНДРЕЕВ и др.

Рис. 4. Выходные кривые элюирования весовых количеств ²⁴⁸Cm (²⁴⁸Cm 26.6 мг, ²⁴¹Am 3.3 × 10⁶ Бк, ²⁴⁹Cf 3.6  × 10⁵ Бк)

раствором аммонийной соли α-HIBА, pH 5.0.

количеством вещества, сорбированного из жидкой

в жидкой фазе и наблюдается линейная изотерма

фазы, и его концентрацией в этой фазе при посто-

сорбции (коэффициент распределения не зависит

янной температуре выражают изотермой сорбции.

от концентрации вещества в жидкой фазе). Каждый

При малых концентрациях количество сорбирован-

компонент зоны перемещается с постоянной ско-

ного вещества пропорционально его концентрации

ростью, поскольку линейная скорость его мигра-

Таблица 4. Динамические характеристики разделения Cf, Eu, Am, Cm

Элемент A

Элемент Б

Селективность (фактор разделения) 

Разрешение R_S

0.1 моль/л α-HIBA-0.15 моль/л α-HIBA

2.30

6.64

2.78

7.62

1.55

3.89

1.21

1.92

1.80

6.32

1.49

4.35

0.1 моль/л α-HIBA-0.175 моль/л α-HIBA

1.79

5.15

2.03

6.16

1.48

3.76

1.13

1.71

1.37

4.78

1.21

3.05

0.1 моль/л α-HIBA-0.2 моль/л α-HIBA

1.65

4.55

1.79

5.29

1.48

3.87

1.08

1.22

1.21

3.30

1.12

1.95

РАДИОХИМИЯ том 64 № 5 2022

ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОЧИСТКИ ПРЕПАР

АТА ²⁴⁸Cm

495

ции зависит от скорости потока подвижной фазы,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

которую устанавливают постоянной. С такой же

скоростью перемещается вся зона, оставаясь сим-

Определены режимы очистки Cm и Am от приме-

метричной: концентрация компонента максимальна

сей Fe и Pu, а также режимы разделения Am и Cm и

в центре зоны и симметрично убывает к краям. Сле-

их очистки от Cf и Eu методами ионообменной хро-

довательно, симметричен и пик на хроматограмме

матографии. Установлено, что отделение микроко-

(рис. 1-3). Если для больших концентраций веще-

личеств Pu от Am и Cm можно проводить путем его

ства значение коэффициента распределения боль-

сорбции на сильноосновной анионообменной смоле

ше, чем для малых, то центр зоны с большей концен-

Bio-Rad AG 1-X8 (50-100 меш) из 9 моль/л HCl в

трацией перемещается медленнее, чем края зоны с

присутствии 0.1 моль/л H₂O₂.

малой концентрацией (вогнутая изотерма сорбции).

Проведена отработка режимов разделения Am

В результате передний фронт хроматографического

и Cm и их очистки от Cf и Eu методами катионоо-

пика размывается и пик получается несимметрич-

бменной хроматографии с использованием в каче-

ным. Поскольку при очистке от Am и Cf весовых

стве элюента раствора аммонийной соли α-HIBA.

количеств Cm передний фронт хроматографическо-

Разделение РЗЭ и ТПЭ проводят в режиме ступен-

го пика размывается (рис. 4), можно предположить,

чатого элюирования растворами аммонийной соли

что изотерма сорбции Cm имеет вогнутый характер.

α-HIBA с концентрацией 0.1 (рН 5.0) (первая стадия)

Для вогнутой изотермы хроматографический пик

и 0.15 моль/л (рН 5.0) (вторая стадия). На первой ста-

имеет асимметричную форму с размытым перед-

дии процесса происходит выделение Cf, на второй -

ним фронтом, удерживаемый объем увеличивается

разделение Eu, Cm и Am.

с увеличением концентрации иона.

При экспериментах с индикаторными количе-

Для указанной массы Cm экспериментально

ствами ²⁴⁹Cf, ¹⁵²Eu, ²⁴⁴Cm, ²⁴¹Am определены харак-

определены: объем удерживания V = 35.4 к.о., ши-

теристики хроматографического процесса катионо-

рина хроматографического пика у основания W =

обменной очистки: число теоретических тарелок N,

6.1 к.о., динамический (объемный) коэффициент

коэффициент распределения D, селективность (фак-

распределения D = 35, число теоретических таре-

тор разделения) α, разрешение R_S. Отмечено, что при

лок N = 539. Сравнение с результатами эксперимен-

очистке весовых количеств Cm хроматографический

тов с индикаторными количествами ²⁴⁴Cm (табл. 2)

пик имеет асимметричную форму с размытым пе-

показывает, что при очистке весовых количеств Cm

редним фронтом, т.е. концентрация Cm соответству-

число теоретических тарелок N уменьшилось. Полу-

ет нелинейному участку изотермы сорбции. При не-

ченный результат согласуется с данными работы [9],

линейной изотерме сорбции увеличивается размыва-

в которой изучалось элюативное разделение Am и

ние хроматографических зон и уменьшается эффек-

Cm на сульфокатионите с помощью α-HIBА. В рабо-

тивность хроматографической колонки (снижается

те [9] показано, что при увеличении величины пер-

число теоретических тарелок N и уменьшается раз-

воначальной загрузки колонки разделяемой смесью

решение пиков Am и Cm), следствием чего является

эффективность хроматографического разделения

снижение полноты разделения данных элементов

Am и Cm уменьшается (уменьшается число теорети-

ческих тарелок N).

Проведена очистка весовых количеств ²⁴⁸Cm, по-

лучен препарат ²⁴⁸Cm со следующими характеристи-

С использованием разработанной технологии в

ками: содержание продуктов деления (доля от актив-

НИИАР впервые получен препарат ²⁴⁸Cm с ради-

ности целевого радионуклида) ≤2.1%, массовая доля

онуклидной и химической чистотой, существенно

нерадиоактивных примесей ≤1.0 %, массовая доля

превышающей показатели препаратов, получаемых

²⁴⁸Сm-248 в смеси изотопов кюрия 94.99%.

по штатной технологии [1-3]. Характеристики пре-

парата ²⁴⁸Cm следующие: содержание продуктов де-

ления (доля от активности целевого радионуклида)

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

≤2.1%, массовая доля нерадиоактивных примесей

≤1.0 %, массовая доля ²⁴⁸Сm в смеси изотопов кюрия

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

94.99%.

тересов.

РАДИОХИМИЯ том 64 № 5 2022

496

АНДРЕЕВ и др.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

13. Vobecký M. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1989. Vol. 135,

N 3. P. 165.

Топоров Ю.Г., Шимбарев Е.В., Тарасов В.А., Рома-

14. Malmbeck R., Apostolidis C., Carlos R., Glatz J.-P.,

нов Е.Г., Куприянов А.В. // Изв. Самарского науч.

Molinet R., Morgenstern A., Nicholl A., Pagliosa G.,

центра РАН. 2014. Т. 16, № 6-1. С. 142.

Römer K., Schädel M., Sätmark B., Trautmann N. //

Лебедев В.М., Корнилов А.С. Некоторые особенно-

Radiochim. Acta. 2001. Vol. 89, N 9. P. 543.

сти разделения весового количества америция и кю-

15. Boll R.A., Van Cleve S.M., Sims N.J., Felker L.K.,

рия. Димитровград: НИИАР, 2019. 100 с.

Burns J.D., Owen G.D., Smith E.H., White C.S.,

Топоров Ю.Г., Тарасов В.А., Романов Е.Г., Купри-

Ezold J.G. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2015. Vol. 305,

янов А.В., Андреев О.И., Шимбарев Е.В., Горде-

N 3. P. 921.

ев Я.Н., Петелин А.Л., Сазонтов С.А., Узиков В.А. //

16. Burns J.D., Van Cleve S.M., Smith E.H., Boll R.A. // J.

Сб. тр. АО «ГНЦ НИИАР». Димитровград: НИИАР,

Radioanal. Nucl. Chem. 2015. Vol. 305, N 1. P. 109.

2018. № 1. С. 34.

17. Robinson S.M., Benker D.E., Collins E.D., Ezold J.G.,

Тремийон Б. Разделение на ионообменных смолах.

Garrison J.R., Hogle S.L. // Radiochim. Acta. 2020.

М.: Мир, 1967. 431 с.

Vol. 108, N 9. P. 737.

Perdue H.D., Conover A., Sawley N, Anderson R. //

18. Ryan J.L. // J. Phys. Chem. 1960. Vol. 64, N 10. P. 1375.

Anal. Chem. 1968. Vol. 40, N 12. P. 1773.

19. Chilton J.M., Fardy J.J. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1969.

Campbell D.O. Sep. Purif. Meth. 1976. Vol. 5, N 1.

Vol. 31, N 4. P. 1171.

P. 97.

20. Larsen R.P., Oldham R.D. // Talanta. 1975. Vol. 22, N 7.

Chen X., Goff G.S., Ewing W.C., Scott B.L., Runde W. //

P. 577.

Inorg. Chem. 2012. Vol. 51, N 24. P. 13254-13263.

21. Шпигун О.А., Золотов Ю.А. Ионная хроматография

Елесин А.А., Карасева В.А. // Радиохимия.

1977.

и ее применение в анализе вод. М.: Изд-во МГУ,

Т. 19, № 5. С. 678.

1990. 199 с.

Елесин А.А., Карасева В.А, Фролов В.И. // Радиохимия.

22. Долгоносов А.М., Рудаков А.Б., Прудковский А.Г. Ко-

1979. Т. 21, № 4. С. 511.

лоночная аналитическая хроматография: практика,

10. Benker D.E., Chattin F.R., Collins E.D., Knauer J.B.,

теория, моделирование. СПб.: Лань, 2015. 2-е изд.

Orr P.B., Goss R.B., Wiggins J.T. // Transplutonium

468 с.

Elements—Production and Recovery / Ed. J.D. Navratil.

23. Айвазов Б.В. Введение в хроматографию. М.: Высш.

Washington DC: ACS, 1981. P. 161.

шк., 1983. 240 с.

11. Елесин А.А., Николаев В.М., Шалимов В.В., По-

пов Ю.С., Кованцев В.Н., Целищев И.В., Филимо-

24. Мархол М. Ионообменники в аналитической химии.

нов В.Т., Мишенев В.Б., Ядовин А.А., Голосовский Л.С.,

М.: Мир, 1985. Ч. 1. 261 с.

Четвериков А.П., Ефремов Ю.В. // Радиохимия. 1986.

25. Большова Т.А., Брыкина Г.Д., Гармаш А.В., Долмано-

Т. 28, № 6. С. 786.

ва И.Ф., Дорохова Е.Н., Золотов Ю.А., Иванов В.М.,

12. Михеев Н.Б., Каменская А.Н., Ауэрман Л.Н., Кулю-

Фадеева В.И., Шпигун О.А. Основы аналитической

хин С.А., Румер И.А., Новиченко В.Л. // Радиохимия.

химии. Кн. 1: Общие вопросы. Методы разделения.

1987. Т. 29, № 2. С. 194.

М.: Высш. шк., 2000. 351 с.

РАДИОХИМИЯ том 64 № 5 2022