『壹』 分離和富集
鈾在礦石中含量都很低,大量的伴生元素往往妨礙鈾的測定。因此,大部分測定鈾的方法都需先行分離或富集。分離鈾的方法很多,有沉澱法、螯合物形成法、萃取法、色層法、離子交換法和汞陰極電解法等。
65.1.2.1 沉澱分離法
鈾沉澱分離的方法很多。在沒有碳酸鹽、檸檬酸、酒石酸及氟化物存在的適當介質中,用氨水、吡啶或六次甲基四胺都能將鈾沉澱成重鈾酸銨,與鹼金屬、鹼土金屬以及銅、鎳、鈷、鋅、錳等元素分離,鐵、鋁、鋯、鈦、稀土等與鈾一起被沉澱。氟化物、碘酸鹽或草酸鹽在適當的酸性介質中可以沉澱鈾(Ⅳ),而鈾(Ⅵ)不沉澱,可藉此用於分別測定鈾(Ⅳ)和鈾(Ⅵ)。用氟化物作沉澱劑,由於生成水合四氟化鈾,將與很多伴生的陽離子形成復鹽,而使鈾(Ⅳ)與鐵、鋁、鋯、鈦、鈮、和鉭等元素分離。磷酸鹽在(2+98)~(4+96)HCl溶液中,能定量地沉澱鈾(Ⅳ)成UO2HPO4,鋯、釷、鉍等也同樣被沉澱,沉澱溶解於過量的磷酸或其他強酸中,此法在分析中主要用作鈾與釩分離。某些有機試劑亦能沉澱鈾(Ⅳ),如銅鐵試劑可在強硫酸或鹽酸介質中沉澱鈾(Ⅳ),鐵、鋯、鈦、釩、鈮、膽、錫等同時被沉澱。鹼金屬、鹼土金屬、鈾(Ⅵ),以及鋁、磷、鎳、鋅等不被沉澱。鈷試劑(α-亞硝基-β-萘酚)則在弱酸或弱鹼性溶液中沉澱鈾(Ⅵ),鈷、鐵、鎳等同時被沉澱,而鋁、鋅、鹼土金屬等不被沉澱。
65.1.2.2 配位分離法
鈾形成配合物分離,最典型的方法是鈾和碳酸鈉形成Na4UO2(CO3)3配合物進入溶液與鐵、鈦、鈷、鎳、錳、鋅、鈹和鹼土金屬分離。
65.1.2.3 萃取分離法
萃取分離的方法也很多。在0.05~0.5mol/LHNO3中可用乙醚萃取硝酸鈾醯,部分釷、鈰、鐵、釩亦同時被萃取。在(1+9)H2SO4中可用三氯甲烷或乙醚萃取鈾的銅鐵試劑配合物與鋁、氫氧化銨組、鹼土金屬及硫化銨組的其他元素分離。TBP萃取鈾主要在硝酸介質中進行,萃取分配比在5~6mol/LHNO3中達到最大值;但在有大量硝酸鹽存在下,即使硝酸濃度低於1mol/L,鈾也能定量被萃取。常用的鹽析劑有:硝酸鋁、硝酸鈣、硝酸鈉和硝酸銨,同時被萃取的有釷、鈧、釔和金等。在4mol/LHNO3溶液中也可用(2+8)磷酸三丁酯-苯萃取鈾。也有在pH2~3的硝酸介質中,以硝酸鈉作鹽析劑,用磷酸三丁酯萃取鈾(Ⅵ),釷、鋯和稀土元素同時被萃取。
三烷基氧膦(TRPO)和三辛基氧膦(TOPO)都是鈾的有效萃取劑。二者萃取鈾的酸度基本相同,均為0.5~3mol/LHNO3,同時被萃取的有鐵、鈰、釩、鋯、釷和鉬(均為高價)。
65.1.2.4 色層分離法
目前,用於萃取色層分離鈾的萃取劑有:胺類萃取劑N263(氯化三辛基甲基胺)、N235(三正辛胺)、N1923(國產胺型萃取劑);中性配位劑P350(甲基磷酸二甲庚酯)、TBP(磷酸三丁酯)、C1-TBP萃淋樹脂;酸性配位劑P507(2-乙基己基磷酸單2-乙基己酯);亞碸類萃取劑DOSO(二正辛基亞碸)等結合載體聚三氟氯乙烯粉、聚四氟乙烯粉、硅膠、硅烷化硅球、DA201大孔吸附樹脂(二乙基苯-丙烯腈共聚物)、X-5型大孔吸附樹脂(聚二乙烯苯)、交聯聚甲基丙烯酸型樹脂和泡沫塑料(聚氨酯或聚醚酯)等作載體組成的固定相,均能達到在一定濃度的硝酸或鹽酸溶液中富集分離的目的。在實踐中得到廣泛應用的是P350萃取色層、Cl-TBP萃淋樹脂。用DOSO-交聯聚甲基丙烯樹脂組成的固定相,可在1.5mol/LHClO4中定量富集鈾,同時被富集的還有金、鈀、汞等。CL-TBP萃淋樹脂,可在!(HNO3)=12%~50%介質中萃取鈾,同時被萃取的有金、釷、釔、鈧。在!(HNO3)=6%~35%介質中可用P350與DA201或者X-5型聚二乙烯苯組成的萃取色層定量富集鈾,在有鹽析劑硝酸鋁存在下可降低酸度為!(HNO3)=2%,鈾也能定量被萃取,同時被萃取的還有釷。在0.5~3mol/LHCl-2.5~3mol/LNaCl體系中P350也能定量萃取鈾,同時被萃取的還有鎵、鉈、金等。
65.1.2.5 離子交換樹脂分離法
離子交換樹脂的方法也適用於微量鈾的分離,目前應用較廣泛的是大孔陽離子交換樹脂D235,是在4mol/LHCl中(或者在含有100g/LNaCl存在下交換酸度可降至為1mol/LHCl)進行交換分離釷,稀土、鋯、鈦、釩等干擾元素。
在硫酸或高氯酸溶液中,用汞陰極電解法,鈾被還原為四價(部分為三價)留在溶液中鋅、鎘、鐵、鉻、鉈、鈷、鎳、錳、銦、鉛、錫、銻、銅、鉍、金、銀等元素以金屬析出而與鈾分離。稀土、鋯、鈮、鉭等元素與鈾共存於溶液中。
『貳』 稀土鑭元素的分離提純
一般用分級結晶法,分級沉澱法,離子交換法,反相色層法,溶劑萃取法,液膜萃取法,反相萃取色層法和氧化還原法,我只知道氧化還原發的方程式。對於鈰Ce:用強氧化劑氧化4e(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4,也可以用高錳酸鉀或是連二硫酸銨,再控制PH到2.6,就可以沉澱下來,而其他的稀土則不會。對於釤,鐿,銪,用磺基水楊酸使釤銪分出,再Eul3+Zn=2EuCl2+ZnCl2, Eu(OH)2+2NH4CI=[Eu(NH3)2(H2O)2]CI2再用汞齊分離其他的用的是沉澱,結晶等方法,方程式就是和草酸還有溴酸生成沉澱,還有就是用鈉汞齊還原的。
『叄』 求幫忙,化學溶劑萃取和色譜的解釋,希望不要太復雜因為我只有初三水平,所以盡量讓我可以聽的懂
化學溶劑萃取和色譜是兩種分離混合物的方法。
萃取,又稱溶劑萃取或液液萃取,是利用系統中組分在溶劑中有不同的溶解度來分離混合物的操作。即,是利用物質在兩種互不相溶(或微溶)的溶劑中溶解度或分配系數的不同,使溶質物質從一種溶劑內轉移到另外一種溶劑中的方法。廣泛應用於化學、冶金、食品和等工業,通用於石油煉制工業。另外將萃取後兩種互不相溶的液體分開的操作,叫做分液。
色譜又稱色層法或層析法,是一種物理化學分析方法,它利用不同溶質(樣品)與固定相和流動相之間的作用力(分配、吸附、離子交換等)的差別,當兩相做相對移動時,各溶質在兩相間進行多次平衡,使各溶質達到相互分離。
你的好學精神非常可嘉,但是 剛上初三,這些詞語你還聽不懂,等你學了溶液以後會知道什麼是溶質、溶劑,就會明白一些了。
『肆』 「鐿」是什麼字,怎麼讀
鐿:讀為yì,漢字
『伍』 濕法分解試樣後的分離富集
63.2.2.1 活性炭吸附法
活性炭具有疏鬆多孔,比表面較大等特性,是優良的吸附劑。活性炭吸附金可以採用靜態吸附或動態吸附兩種方式。動態吸附需使用特製的活性炭吸附柱。活性炭吸附金的酸度范圍較寬,在稀王水溶液[!(王水)=1%~30%]或1~3mol/LHCl中,金都以[AuCl4]-形式牢固地被吸附在活性炭的表面,而與大量砷、硒、碲、錳、鉻、釩等分離。與金一起被活性炭吸附的元素有少量鐵、銅和鉛等。這在測定時要進一步分離或掩蔽。
活性炭質量的好壞,對金的吸附有很大的影響。一般的活性炭都含有雜質,用前應予以處理。處理方法可以用3mol/LHCl煮沸除去雜質,也可以在20g/LNH4HF2溶液中浸泡7d以上,然後用鹽酸和水洗凈氟離子後使用。
分離富集步驟
稱取10~20g(精確到0.1g)試樣,置於瓷舟中,從低溫升至600~650℃焙燒2h(硅酸鹽、碳酸鹽、氧化礦試樣可不經焙燒),以除盡硫及有機物,冷卻。將試樣移入250mL燒杯中,水潤濕後加100mL新鮮配製的王水,置於電熱板上加熱微沸1h。取下加水至100mL,加5g/L聚環氧乙烷數滴,攪拌,待可溶性硅膠凝聚後,經活性炭動態吸附柱進行減壓抽濾,用(2+98)王水洗燒杯和漏斗3~4次。取下布氏漏斗,先後用5g/L氟化氫銨熱溶液、(2+98)HCl和溫水洗吸附柱各4~5次。取下活性炭紙餅,放入25mL瓷坩堝中,置於高溫爐中,從常溫開始升溫到650℃灰化並灼燒至無黑色炭粒為止。
如採用靜態吸附,在可溶性硅凝聚後,過濾,水洗除去二氧化硅沉澱後,往濾液中加入0.5g活性炭,劇烈攪拌1min,放置15min後再加入0.1g活性炭。放置30min或過夜,過濾,沉澱灰化。
63.2.2.2 泡塑吸附法
泡沫塑料吸附機理仍在進一步研究中,初步認為是由於極性基團的吸附作用和胺基離子的交換作用。盡管如此,它已應用於各種試樣中金的富集。吸附金的泡塑大都採用聚氨酯泡塑,也可採用聚氨醚泡塑。吸附的介質為王水或鹽酸溶液,酸度范圍較寬,一般為!(HCl)=10%~20%最適宜。
靜態吸附溶液體積控制在50~150mL,振盪20~30min。
動態吸附將泡塑引入動態吸附柱中,試液的過濾與吸附操作同時進行,礦渣留在濾紙上,濾液以12mL/min的速度通過泡塑吸附柱,也可用泡塑負載TBP等有機試劑的反相萃取色層柱,在同一柱上實現吸附與解脫。泡塑吸附容量較大,1g泡塑吸附約數毫克金,一般加入量視金量大小而定,可在0.1~1.0g之間。
泡塑吸附後可用硫脲、亞硫酸鈉(銨)解脫,也可用無臭灰化後王水或鹽酸-過氧化氫分解。並與多種測定方法配套使用。
分離富集步驟
(1)灰化法
稱取10g(精確到0.1g)試樣於聚碳酸酯塑料瓶中,加25mL(1+1)王水,加蓋擰緊。放入沸水浴中加熱1h。取出冷卻。加水至70~80mL,加0.1g聚氨酯泡沫塑料一塊,振盪20~30min。取出泡塑。溶液放冷後進行測定。泡塑吸附後進行無臭灰化,將擰乾的泡塑用半張11cm定量濾紙包好。放入20mL瓷坩堝中,加入無水乙醇3mL,放入500~600℃高溫爐中,敞開爐門明火燃燒,熄後半關爐門,繼續升溫至600~650℃,至無黑色炭粒為止。往灰化過的坩堝中加入1mL(4+6)HCl及3滴H2O2,於沸水浴上浸取10min,此溶液即可作測定用。
(2)硫脲解脫法
稱取10g(精確至0.1g)試樣置於長方形瓷舟中,送入高溫爐內(將爐門拉開0.7cm),從低溫升到650℃,保溫1~2h。取出冷卻後,將試樣倒入250mL錐形瓶中,用水潤濕,加入30mL王水,加蓋後置電熱板上加熱溶解,保持微沸30min。冷卻後,用水沖洗瓷坩堝蓋,再加70mL水及3mL三氯化鐵溶液,放入約0.2g聚氨酯泡沫塑料,置振盪機振盪30min。取出泡沫塑料,用自來水洗去泡沫塑料上的礦渣和酸,擠干,放入10mL比色管中。往比色管中加入5.0mL10g/L硫脲-鹽酸解脫液,蓋上蓋子,放入沸水浴中,保持20min;然後將泡沫塑料移在比色管壁處,用玻棒多次擠壓泡沫塑料後,再取出泡沫塑料塊。試樣溶液待測定。
63.2.2.3 溶劑萃取法
有機試劑萃取分離富集金具有簡便、快速和選擇性高等特點。常用的有機溶劑有乙醚、苯、異戊醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基異丁基酮、磷酸三丁酯和三正辛胺等。這些有機試劑除了單獨使用外,還可混合使用,使分離效果好、選擇性強。
63.2.2.4 離子交換法
離子交換富集金可以採用在稀鹽酸、硝酸或王水中,用強鹼性陰離子交換樹脂吸附金的配陰離子的方法,此法可使金與陽離子銅、鐵、鈷、鉈、銻等分離;也可以採用使金以配陰離子形式通過陽離子交換柱的方法,此時陽離子鐵、銅、鉛、鋅等留在交換柱上與金分離。
63.2.2.5 共沉澱法
在3~4mol/L鹽酸溶液中,氯化亞錫或次亞磷酸鈉將金還原至自然金狀態,有碲(或硒)的化合物存在時,還原生成碲(硒)化金,與單質碲(硒)一起沉澱,微克量的金也可定量析出。若溶液中有少量硝酸存在,可加入少量尿素。濾出的沉澱可用王水直接溶解,或者經低溫灼燒後用王水溶解,經蒸發後進行測定。鉑、鈀、銀、汞、砷等與金和碲(硒)一起沉澱,灼燒沉澱時,汞、砷和硒、碲可以除去,硒化物更易被還原,沸點也低,易於揮發除盡。
分離富集步驟
稱取10~20g(精確至0.1g)試樣,置於瓷舟中,放入高溫爐中從室溫升至600℃焙燒2h,以除去硫和碳,冷卻。將焙燒後的試樣移入400mL燒杯中,用水潤濕,加入50~60mLHCl,加熱溶解15min左右,取下,冷卻。加入2~3mL溴水,蓋上表皿,低溫加熱溶解至無棕紅色濃煙為止,攪拌1~2次,以加速金的溶解。加1g/L聚乙烯醇溶液數滴使可溶性硅膠凝聚後,抽氣過濾,用2mol/L溫熱鹽酸洗滌酸不溶物至無黃色。濾液體積控制在200mL左右。向濾液中加入5mL1g/L碲酸鈉溶液,加熱至沸,滴加450g/L氯化亞錫溶液至出現大量碲沉澱,並過量5mL,微沸溶液至沉澱凝聚,取下,放置冷卻。用緻密定量濾紙過濾,用熱的2mol/LHCl洗滌沉澱5~6次,再用熱水洗滌4~5次。將沉澱連同濾紙放入50mL瓷坩堝中,放入高溫爐內,從室溫升至600℃灰化、灼燒,取出冷卻,用王水溶解,供測定金用。
63.2.2.6 其他富集方法
萃取色層法
萃取色層富集金具有離子交換和溶劑萃取二者兼有的特點。色層柱用三烷基氧膦、TBP等作固定相,支持體常用的有聚二乙烯基苯、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯泡沫塑料。洗脫液用熱的硫脲、亞硫酸鈉(銨)溶液,上柱酸度為(1+9)~(2+8)王水介質,能與鐵、銅、鉛、鋅、銀等元素分離。
巰基棉富集方法
巰基棉是一種性能良好的固體吸附劑,它既可定量吸附水溶液中多種重金屬離子,亦可吸附某些非金屬離子,具有富集倍數大、吸附率高、吸附速率快、選擇性強、解析性能好等許多優點,而且制備手續簡單、分離操作簡便、回收率高。0.1g琉基棉可富集250μg金,回收率在97.6%以上。此法已廣泛應用於岩石、礦物、礦石、地球化學勘查試樣、天然水及其他物料中微量金的分離富集與測定中。
『陸』 何謂沉澱分離法,萃取分離法,層析分離法,離子交換分離法,揮發和蒸餾分離法
考試題嗎?
沉澱是用於分離固液相里的固體
萃取用於分離液-液混合相里的某一組分
層析分離是分離不同極性的物質
別的自己查吧
『柒』 分離和富集
釷和其他伴生元素的分離可用沉澱、萃取、離子交換和萃取色層等方法。
釷的沉澱分離方法很多。苛性鹼、氫氧化銨、吡啶、六次甲基四胺都能使釷生成白色氫氧化物沉澱。小量釷可以用鋁、鐵為聚集劑,沉澱在pH3.5即開始形成,不溶於過量試劑。與釷形成配合物的有機酸如酒石酸等不應存在。此法可將釷與鹼金屬、鹼土金屬、鋅、鎳、銅、銀等元素分離,用吡啶或六次甲基四胺還可將釷與稀土分離。在0.5~1.3mol/L硝酸或鹽酸介質中,草酸濃度為10~50g/L時,釷成草酸鹽沉澱而與鐵、鋁、鋯、鈦等元素分離,鈾(Ⅵ)、稀土、鈣同時沉澱。少量釷可用稀土和鈣做聚集劑。草酸釷不溶於水和稀酸,但溶於過量的草酸銨溶液中。在pH≥1.5時,過氧化氫能沉澱釷為過氧化釷而與鹼金屬、鈦、鈾、錫、鈹、稀土等元素分離,鈰部分共沉澱。在6mol/L硝酸溶液中可用碘酸鹽沉澱大量釷,在0.5~1mol/L硝酸溶液中,以亞汞為聚集劑,可用碘酸鹽沉澱微量釷,鈾(Ⅳ)、鈰(Ⅲ)及稀土元素等不沉澱,鈦、鋯、鐵、鈮、鉭、鈾(Ⅳ)和鈰(Ⅳ)同時被沉澱。碘酸釷不溶於過量試劑及強酸中,能溶於還原性酸中(如鹽酸)。在稀鹽酸溶液中,氫氟酸能將釷沉澱,成難溶的氟化釷,稀土元素同時被沉澱,與鈮、鉭、鋯、鈦、鎢等元素分離。大量氟化銨存在時能使鈧分離,氟化釷能溶於硼酸和硝酸中。在pH2~2.8的鹽酸或硝酸介質中,有機試劑如苯甲酸、間-硝基苯甲酸等都能沉澱釷,與鈹、錳、鋅、鎳、鈷、鈾、鹼土金屬等元素分離,嚴格控制溶液的酸度可與稀土元素定量分離。
萃取分離方法,適用於微量釷的分離。在飽和硝酸鋁的1.5mol/L硝酸溶液中,用異丙叉丙酮[即異丙烯基丙酮(CH3)2C=CHCOCH3]萃取釷,除鈾,釩及少量鋯以外,幾乎能與所有伴生元素分離。在pH>1的硝酸溶液中用等體積的0.25mol/LTTA(噻吩甲醯三氟丙酮)的苯溶液萃取釷,釙(Po)同時被萃取。另外在適當的介質中,磷酸三丁酯亦能萃取釷,與鈾、鐳等分離。在釷的3mol/LHCl溶液中用5g/L苯甲醯苯胲-三氯甲烷萃取鈦使與釷分離。
萃取色層分離方法,同樣也適用於微量釷的分離和富集。目前胺類萃取劑,N263(氯化三辛基甲基胺)、N235(三正辛胺)、N1023(國產胺型萃取劑);中性配位劑,P350(甲基磷酸二甲庚酯)、TBP(磷酸三丁酯)、CL-TBP萃淋樹脂(苯乙烯-二乙烯苯為骨架,含有60%TBP共聚物)、5208萃淋樹脂(異烷基磷酸二丁酯);酸性配位劑,P507(2-乙基己基磷酸單2-乙基己酯)等結合載體聚三氟氯乙烯粉、聚四氟乙烯粉、硅烷化硅球、DA201大孔吸附樹脂(二乙基苯-丙烯腈共聚物)、X-5型大孔吸附樹脂(聚二乙烯苯)、交聯聚甲基丙烯酸型樹脂和泡沫塑料等組成固定相,均能達到在一定濃度的硝酸溶液中富集釷分離鈦、鋯、鈾、稀土等干擾離子。在分析實踐中應用較好的是N263、P350、CL-TBP萃淋樹脂和5208萃淋樹脂等。N203和X-5型聚二乙烯苯或DA201樹脂組成固定相,用2mol/LHNO3(1~7mol/L)上柱液通過色層柱,從而使釷與大量鈾、鋯、磷、鐵和稀土等分離,最後用4~5mol/LHCl淋洗釷。P350與X-5型聚二乙烯苯組成的固定相,以2.5mol/LHNO3(1.5~9.0mol/L)介質上柱可使釷與大量鐵、鋁、鈣、鎂、鉬、銅,鈦、稀土等元素分離,最後以5mol/LHCl解脫釷。CL-TBP萃淋樹脂是在4mol/LHNO3(3~8mol/L)中富集釷與稀土、鈮、鉭等雜質分離,最後用3~5mol/LHCl解脫釷。5208萃淋樹脂是在0.1~6mol/LHNO3中富集釷與大量鈾、鈦、鋯、鋅、鉬(Ⅵ)、砷(Ⅴ)、稀土元素等分離,最後用0.1~6mol/LHCl淋洗解脫釷。
離子交換分離方法,也適用於微量釷的分離。在2~7mol/LHCl介質中,鈦、鋯、鈾、稀土等在743大孔陽離子交換樹脂上的分配系數與釷差別較大。因此,適用於釷與許多元素的分離,特別適用於釷與高量鈦、鋯和稀土元素的分離。根據試樣中鈦,鋯和稀土元素含量的不同,可先用4mol/L或2mol/LHCl淋洗除去這些元素,用氯化銨溶液淋洗,使氫型陽離子交換樹脂轉變為銨型,最後以草酸銨溶液淋洗釷,用光度法測定釷。也有在8mol/LHNO3介質中,用742大孔陰離子交換樹脂富集釷,分離鈾和稀土等干擾,最後以水解脫釷,光度法完成測定。
『捌』 工業常用的生物分離技術有哪幾種
常用到得分離方法:鹽析。常用的中性鹽有硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等,但以硫酸銨為最多。得到的蛋白質一般不失活,一定條件下又可重新溶解,故這種沉澱蛋白質的方法在分離、濃縮,貯存、純化蛋白質的工作中應用極廣。
萃取分離法(包括溶劑萃取、膠團萃取、雙水相萃取、超臨界流體萃取、固相萃取、固相微萃取、溶劑微萃取等)、醫學|教育|網搜集整理膜分離方法(包括滲析、微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、膜萃取、膜吸收、滲透汽化、膜蒸餾等)。
層析方法(離子交換層析、尺寸排阻層析、疏水層析、固定離子交換層析IMAC、親和層析等)。在這些方法中膜分離的方法和層析技術越來越受到人們的重視。
(8)萃取色層法與離子交換擴展閱讀:
離心分離
藉助於離心力,使比重不同的物質進行分離的方法。除常見的固-液離心分離、液-液、氣-氣(如235U的濃縮)、固-氣離心分離等以外,由於超速離心機的發明,不僅能分離膠體溶液中的膠粒,更重要的是它能測定膠粒的沉降速率、平均分子量及混合體系的重量分布。
因而在膠體化學研究、測定高分子化合物(尤其是天然高分子)的分子量及其分布,以及生物化學研究和細胞分離等都起了重大作用。
離心分離法與色譜法結合而產生的場流分級法(或稱外力場流動分餾法),則是新的更有效的分離方法,不但對大分子和膠體有很強的分離能力,而且其可分離的分子量有效范圍約為103~1017。
『玖』 釤-釹法同位素年齡分析流程
方法提要
氫氟酸+高氯酸溶樣。化學分離分兩步進行,首先在陽離子樹脂交換柱上分離總稀土元素,然後採用離子交換法或萃取色層法從總稀土元素中分出釹、釤。熱電離質譜計(TIMS)上測出試樣的143Nd/144Nd比值,同位素稀釋法測定釤、釹含量(目的是測147Sm/144Nd比值),最小二乘擬合計算等時線年齡,同時給出釹同位素初始比值,或僅計算單個試樣的釹模式年齡。高精度的同位素分析和測定等時線年齡時合理選擇試樣,是測定工作成敗的關鍵。
本方法對測定精度要求,147Sm/144Nd比值相對誤差0.5%~1%,143Nd/144Nd比值相對誤差1×10-5~3×10-5,等時線年齡在100~1000Ma內,95%置信度,相對誤差小於2%~5%。
儀器裝置和器皿
熱電離質譜計MAT260、MAT261、MAT262、VG354、TRITON等相當類型。
點焊機質譜計的配套設備。
質譜計燈絲預熱裝置質譜計的配套設備。
聚四氟乙烯燒杯10mL與30mL。
氟塑料(F46)試劑瓶500mL、1000mL與2000mL。
聚乙烯塑料洗瓶250mL、500mL、1000mL。
氟塑料(F46)滴瓶30mL。
氟塑料(F46)燒杯30mL、50mL與250mL。
氟塑料(F46)對口雙瓶亞沸蒸餾器1000mL。
石英試劑瓶2000mL。
石英亞沸蒸餾器。
石英減壓亞沸蒸餾器。
石英交換柱內 徑6mm,高300mm,上部接內徑20mm高110mm敞口容器,尾端內嵌石英篩板,要求上面的樹脂不泄漏,溶液滴速適當,樹脂床直徑6mm,高100mm,13或16支為一組,用於總稀土元素分離。
石英交換柱 內徑2mm,高350mm,上部接內徑16mm高50mm小口容器,尾端內嵌氟塑料篩板,要求上面的樹脂不泄漏,溶液滴速適當,樹脂床直徑2mm,高300mm,13或16支為一組,用於α-HIBA離子交換分離。
石英交換柱 內徑8mm,高180mm,上部接內徑20mm高60mm敞口容器,尾端內嵌石英篩板,要求上面的樹脂不泄漏,溶液滴速適當,樹脂床直徑8mm,高100mm,13或16支為一組,用於萃取色層法釹、釤分離。
石英交換柱 內徑30mm,高400mm,上接敞口容器,下端塞聚四氟乙烯纖維,用於陽離子樹脂的預處理。
氟塑料(PFA)密封溶樣器 15mL。
高壓釜 包括30mL聚四氟乙烯悶罐、熱縮套、不銹鋼外套。
石英滴管。
石英量筒(杯)10mL、50mL。
硬脂玻璃量筒1000mL。
三角玻璃瓶250mL。
玻璃燒杯3000mL。
水純化系統。
分析天平感量0.00001mg。
酸度計測量精度pH±0.02。
磁力攪拌機。
電熱板(溫度可控)。
超聲波清洗器。
不銹鋼恆溫烘箱<300℃。
高速離心機。
聚乙烯或石英離心管。
乾燥器。
微量取樣器10μL與50μL。
器皿清洗
所有使用的氟塑料與石英器皿,用(1+1)優級純鹽酸和優級純硝酸先後在電爐上於亞沸狀態下各煮2h,去離子水沖洗後又用去離子水煮沸1h,再用超純水一隻只沖洗,超凈工作櫃中電熱板上烤乾。第一次使用的新器皿在用酸煮沸前,需先用洗滌劑擦洗。
試劑與材料
去離子水二次蒸餾水再經Milli-Q水純化系統純化。
超純水去離子水經石英蒸餾器蒸餾。
超純鹽酸用(1+1)優級純鹽酸經石英蒸餾器亞沸蒸餾純化,實際濃度用氫氧化鈉標准溶液標定。進一步用超純水配製為需求濃度。
超純硝酸用(1+1)優級純硝酸經石英蒸餾器亞沸蒸餾純化,實際濃度用氫氧化鈉標准溶液標定。進一步用超純水配製為需求濃度。
超純氫氟酸用優級純氫氟酸經對口氟塑料(F46)雙瓶亞沸蒸餾器制備。
超純高氯酸用優級純高氯酸經石英蒸餾器減壓亞沸蒸餾制備。
丙酮優級純。
無水乙醇分析純。
超純氫氧化銨用高純氫氧化銨在密封乾燥器中平衡法制備。
200~400目AG50×8或Dowex50×8強酸性陽離子交換樹脂,或其他性能相似、性能更好的樹脂。
α-羥基異丁酸(α-HIBA)分析純。
二-2-乙基己基正膦酸(HDEHP,P204)分析純。
P204(HDEHP)萃淋樹脂。
P507(HEHEHP)萃淋樹脂。
聚四氟乙烯粉末。
200~400目AG1×8或Dowex1×8強鹼性陰離子交換樹脂。
鈾試劑Ⅲ(偶氮胂Ⅲ)溶液(wB=0.08%)用分析純固體鈾試劑Ⅲ與超純水配製。
145Nd或146Nd稀釋劑富集145Nd或146Nd同位素的固體氧化釹(Nd2O3)。
149Sm或147Sm稀釋劑富集149Sm或147Sm同位素的固體氧化釤(Sm2O3)。
145Nd(或146Nd)+149Sm(或147Sm)混合稀釋劑溶液溶液配製與濃度標定見附錄86.3A。
普通氧化釹(Nd2O3)光譜純基準物質,保存在乾燥器中。
普通氧化釤(Sm2O3)光譜純,基準物質,保存在乾燥器中。
GBW04419全岩,釤-釹法國家一級標准物質。
實驗室專用薄膜(Parafilm)。
超純硝酸c(HNO3)=3.5mol/L用高濃度超純硝酸和超純水配製。
錸帶規格18mm×0.03mm×0.8mm
試樣分解
操作程序分兩種情況:①釤、釹含量的稀釋法測定(ID)和釹同位素組成(IC)測定,分別稱樣、溶樣。②一次稱樣、溶樣,但是在試樣完全分解後將溶液分成ID和IC兩個分樣。前者適用於均勻性好的試樣,後者多用於均勻性差的試樣。
1)當分別溶樣時,ID測定是在PFA密封溶樣器中稱取0.05g(精確至0.00001g)粉末樣,按最佳稀釋度要求加0.1~0.15g145Nd+149Sm混合稀釋劑溶液(精確至0.00001g),輕微晃動使試樣充分散開,加5mL左右超純氫氟酸和幾滴超純高氯酸;IC測定是在PFA密封溶樣器中稱取0.1~0.2g粉末樣,加5~8mL超純氫氟酸和幾滴超純高氯酸,在大量酸加入前先加入少量,同樣輕微地晃動使試樣充分散開。緊密蓋上溶樣器蓋子,置於電熱板上於150℃溫度下加熱分解,在加熱過程中也需要經常輕微搖動溶樣器,加速試樣分解。當試樣完全分解後打開蓋子蒸干溶液,升高電熱板溫度(180℃左右)趕盡多餘氫氟酸和高氯酸,用2mL6mol/L超純鹽酸淋洗溶樣器內壁,蒸干,再用5mL2.5mol/L超純鹽酸溶解乾涸物,此時溶液很清亮,准備上柱。如果溶液出現渾濁或殘渣需進行離心分離,取上部清液上柱。
2)當ID、IC測定採用一次溶樣時,先稱取0.2g(精確至0.00001g)粉末樣,以後的試樣分解過程與前面程序相同。在試樣完全分解、被處理成5mL左右的清液後,在天平上大致按1∶2的比例將溶液分成ID和IC兩個分樣,分別稱量(精確至0.00001g),再在ID分樣中大約加入0.1g~0.15g145Nd+149Sm混合稀釋劑溶液(精確至0.00001g),輕微晃動放置過夜,准備上柱(IC分樣不加稀釋劑)。
根據岩石化學特徵,當預計試樣中的稀土元素含量較高時(如鹼性岩)可以酌情減少試樣量。超鎂鐵質岩的稀土元素含量一般很低,特別是地幔橄欖岩,釤、釹含量常常在10-7~10-8級。對於這一類試樣的溶樣問題推薦以下程序:採用30mL高壓釜將試樣稱量增大至2~4g,氫氟酸+高氯酸溶樣,蒸干,1mol/L鹽酸溶解乾涸物,加氫氧化銨使稀土元素與氫氧化鐵共沉澱,離心分離除去溶液留下沉澱物,2.5mol/LHCl溶解沉澱物,溶液待上柱。這一程序可以在離子交換分離之前將試樣溶液的體積減小1/10,而釤、釹含量增加了10~20倍(達到10-6級),同時本底沒有明顯增加。
Sm-Nd化學分離
釤、釹化學分離分兩步進行,第一步分離總稀土元素,第二步分離釤和釹。
1)總稀土元素分離。
a.陽離子樹脂交換柱准備。首次使用的200~400目AG50×8或Dowex50×8陽離子樹脂盛於石英燒杯中(約200g),無水乙醇浸泡24h,傾出乙醇晾乾後用去離子水漂洗,再用(1+1)優級純鹽酸浸泡24h,轉入30mm×400mm大型專用石英柱中,繼續用(1+1)優級純鹽酸淋洗直至無鐵離子[硫氰化銨(NH4CNS)檢驗,洗出液不再顯紅色],最後用超純水淋洗,轉入用於總稀土元素分離的(6mm×300mm)石英柱中,樹脂床高100mm,直徑6mm,待水淋干後依次加30mL6mol/L超純鹽酸淋洗,10mL2.5mol/L超純鹽酸平衡,待用。以後繼續使用時,依次用30mL超純水分多次淋洗交換柱內壁,30mL6mol/L超純鹽酸回洗,10mL2.5mol/L超純HCl平衡。
b.上柱分離。將分解完全的試樣溶液倒入備好的陽離子樹脂交換柱中,待溶液漏完先用5mL2.5mol/L超純鹽酸分多次淋洗管壁,然後加40mL2.5mol/L超純鹽酸淋洗鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、鋁等干擾元素,最後用15mL6mol/L超純鹽酸洗脫總稀土元素,下用30mL聚四氟乙烯燒杯接收,電熱板上蒸干,待下步分離。
2)Sm-Nd分離。從總稀土元素中分離釹和釤有離子交換法和萃取色層法等多種方法。
a.α-HIBA離子交換法。本方法是個較老的方法,採用銨化陽離子樹脂,淋洗液為pH值~4.6、濃度為0.23mol/L左右的α-羥基異丁酸(α-HIBA)。
a)陽離子樹脂柱准備。選擇200目~400目AG50×8陽離子樹脂(約300g)於石英燒杯中(Dowex50×8樹脂在粒度均勻性與純度方面較AG50×8為差,如經過篩選也可用,兩者交換性能一樣),無水乙醇和(1+1)優級純鹽酸依次各浸泡24h,轉入大型專用石英柱中(同上),繼續用(1+1)優級純鹽酸淋洗,直至洗盡鐵離子[硫氰化銨(NH4CNS)檢驗,洗出液不再顯紅色],超純水淋洗至中性,完全除去Cl-離子[硝酸銀(AgNO3)檢測,洗出液不再呈現乳白色渾濁物],加稀的超純氫氧化銨淋洗,至洗出液呈鹼性(pH試紙檢驗),表明陽離子樹脂全部銨化。轉入500mL試劑瓶,保存在0.23mol/LpH=4.6左右的α-羥基異丁酸溶液中,供長期使用。
b)α-羥基異丁酸溶液配製與pH值調節。稱取70g固體分析純α-羥基異丁酸於250mL氟塑料燒杯中,加少量超純水微熱溶解,轉入3000mL石英試劑瓶中,超純水稀釋至刻度(3000mL),充分搖勻。此時α-HIBA的量濃度為0.23mol/L,pH值~2.6,通過加超純氫氧化銨,酸度計測量,將溶液酸度調節到pH值~4.6。由於平衡氫氧化銨的濃度難以控制,需要分多次加入,每加一次搖勻後測一次pH值,注意掌握pH遞增規律,最後是逐滴加入,必要時將氫氧化銨稀釋。每次測量pH值是將溶液倒在10mL小燒杯中,測量過的溶液棄去,不再回到大瓶中。將酸度調節好的α-HIBA溶液密封保存,供長期使用。
c)上柱分離。實驗證明在採用本方法時,樹脂粒度、均勻性以及α-HIBA溶液的濃度、pH值等條件變化對釤、釹洗出峰位置的影響十分明顯,而每次處理樹脂和配製α-羥基異丁酸溶液都不可能完全重復,因此當每處理一次樹脂和配製一次α-HIBA溶液後,都需要用標准溶液做一次分離實驗,用ICP或鈾試劑Ⅲ法檢測,得出修正後的新淋洗曲線。這種離子交換分離又分加壓和自然流速兩種,前者的穩定性優於後者。
下面以一個有效流程示例。用滴管從大瓶中吸入少量經過預處理的AG50×8樹脂加到2mm×350mm石英柱中,以自然沉降或加壓方式至樹脂床高320mm,直徑2mm,此時應注意樹脂柱結構的均勻性,不能有分層和氣泡。加5mL0.23mol/LpH4.6的α-HIBA溶液平衡,流干。用幾滴α-HIBA將經過第一次分離的試樣(僅有總稀土元素)溶解,用微量移液管逐滴上柱,流干,再加10mL0.23mol/LpH4.6的α-HIBA,通過光譜純氮氣加壓,控制滴速在1滴/55s±5s左右,液滴計數器計數。對於ID試樣,0~44滴棄去,45~56滴收集釤,57~150滴棄去,151~175滴收集釹;對於IC試樣,0~150滴棄去,151~175滴收集釹。收集液蒸干後不再進一步處理(破壞HIBA),直接進行質譜分析。有的實驗室在收集液蒸干後還要加幾滴高氯酸分解α-HIBA,或再經一次陽離子樹脂分離除去α-HIBA。
經ICP檢測該流程釤-釹分離度(Rs)達到5.00。
b.萃取色層分離。由於使用材料不同,本方法又分HDEHP+聚四氟乙烯粉末、P204萃淋樹脂和P507萃淋樹脂三種。HDEHP(P204)是二-2-乙基己基正膦酸,HEHEHP(P507)是2-乙基己基膦酸單2-乙基己基脂,都是稀土元素萃取劑。
a)HDEHP+聚四氟乙烯粉末。
(a)色層柱准備。將萃取劑HDEHP、聚四氟乙烯粉末、分析純丙酮按1∶10∶100比例置於500mL聚四氟乙烯燒杯中,用磁力攪拌器高速攪拌至丙酮近干,使HDEHP緊密附著在聚四氟乙烯粉末表面,加少量0.20mol/L超純鹽酸調成稀糊狀,轉入6mm×180mm石英柱中自然沉降、壓實,取色層柱高100mm,直徑8mm,上覆一層厚10mm的AG1×8樹脂幫助壓實聚四氟乙烯粉末,30mL6mol/L超純鹽酸淋洗消除本底,超純水淋洗至中性(pH試紙檢驗),5mL0.20mol/L超純鹽酸平衡,待用。
(b)上柱分離。用1mL0.20mol/L超純鹽酸將經過第一次分離的試樣(僅有總稀土元素)溶解,倒入色層柱,再用1mL0.20mol/L超純鹽酸涮洗燒杯後倒入。加8mL0.20mol/L超純鹽酸淋洗鈰,洗出液棄去,流干後加10mL0.20mol/L超純鹽酸洗脫釹,收集於10mL聚四氟乙烯燒杯中。對於IC試樣分離程序到此結束,ID試樣需要繼續加10mL0.20mol/L超純鹽酸淋洗,洗出液棄去,5mL2.5mol/L超純鹽酸洗脫釤,收集於10mL聚四氟乙烯燒杯中。收集液在電熱板上緩慢蒸干,待質譜分析。
(c)色層柱再生。在分離程序全部完成後用30mL6.0mol/L超純鹽酸分2次加入淋洗,再用超純水淋洗至中性。不用時將整個柱子浸在水中,防止色層柱因失水而斷裂。
b)P204萃淋樹脂。採用P204萃淋樹脂分離稀土元素是近30年發展起來的技術,萃淋樹脂實際上是一種含液態萃取劑的樹脂,而P204萃淋樹脂是稀土元素萃取劑HDEHP(P204)與陽離子樹脂的聚合,基於懸浮聚合原理用特殊方法製成。
(a)樹脂柱准備。取20g左右120~200目P204萃淋樹脂於6.0mol/L優級純鹽酸中浸泡24h,以稀糊狀倒入8mm×180mm石英柱中,緩慢沉降至樹脂床高100mm,直徑8mm,上面覆蓋一層10mm厚AG1×8樹脂幫助壓實樹脂床(此時應注意樹脂床中不能有氣泡,樹脂粒度應該均勻),30mL6.0mol/L超純鹽酸淋洗,超純水洗至中性(pH試紙檢驗),5mL0.36mol/L超純鹽酸平衡,待用。
(b)上柱分離。用1mL0.1mol/L超純鹽酸將經過第一次分離的試樣(僅有總稀土元素)溶解,倒入樹脂柱,再用3mL0.1mol/L超純鹽酸分2次涮洗燒杯後倒入。加7mL0.36mol/L超純鹽酸淋洗鈰,洗出液棄去,加10mL0.36mol/L超純鹽酸洗脫釹,收集於10mL聚四氟乙烯燒杯中。對於IC試樣分離程序到此結束,ID試樣需要繼續加10mL0.36mol/L超純鹽酸淋洗,洗出液棄去,5mL2.5mol/L超純鹽酸洗脫釤,收集於10mL聚四氟乙烯燒杯中。收集液在電熱板上緩慢蒸干,待質譜分析。
(c)樹脂柱再生。在分離程序全部完成後用30mL6.0mol/L超純鹽酸分2次加入淋洗,再用超純水淋洗至中性。不用時將整個柱子浸在水中,防止樹脂柱因失水而斷裂。
c)P507萃淋樹脂。P507萃淋樹脂與P204萃淋樹脂屬同一類型。
(a)樹脂柱准備。取20g左右120目~200目P507萃淋樹脂於6.0mol/L優級純鹽酸中浸泡24h,以稀糊狀倒入6mm×300mm石英柱中,緩慢沉降至樹脂床高200mm,直徑6mm,上面覆蓋一層10mm厚AG1×8樹脂幫助壓實樹脂床(此時注意樹脂床中不能有氣泡,樹脂粒度應該均勻),30mL6.0mol/L超純鹽酸分2次淋洗,超純水洗至中性(pH試紙檢驗),10mL0.10mol/L超純鹽酸平衡,待用。
(b)上柱分離。用1mL0.10mol/L超純鹽酸將經過第一次分離的試樣(僅有總稀土元素)溶解,倒入樹脂柱,再用1mL0.10mol/L超純鹽酸涮洗燒杯後倒入。加10mL0.10mol/L超純鹽酸淋洗鈰,洗出液棄去,加10mL0.10mol/L超純鹽酸洗脫釹,收集於10mL聚四氟乙烯燒杯中。對於IC試樣分離程序到此結束,ID試樣需要繼續加20mL0.10mol/L超純鹽酸淋洗,洗出液棄去,5mL2.5mol/L超純鹽酸洗脫釤,收集於10mL聚四氟乙烯燒杯中。收集液在電熱板上緩慢蒸干,待質譜分析。
(c)樹脂柱再生。在分離程序全部完成後用50mL6.0mol/L超純鹽酸分2次加入淋洗,再用超純水淋洗至中性。不用時將整個柱子浸在水中,防止樹脂柱因失水而斷裂。
上述方法分離釤、釹都十分穩定而有效,但是α-HIBA離子交換法流程較復雜,HDEHP+聚四氟乙烯粉末法中萃取劑較容易脫落,P507萃淋樹脂由於比重小裝柱比較困難,因此目前用得較多的是P204萃淋樹脂,該方法釤-釹分離度高,穩定性強,裝好一次柱可以長時間使用而效果不變。由於樹脂床內徑、高度互有不同,不同時間、不同廠家和批次的萃淋樹脂在性能上也會有差異,因此每當處理一次樹脂裝好一批柱子時都需做淋洗曲線,具體確定最佳分離條件。
Sm、Nd同位素分析
Sm、Nd同位素分析操作以雙帶源MAT261為例,其他型號質譜計類同。
1)裝樣。燈絲錸帶預處理,將錸帶用無水乙醇清洗,點焊機將錸帶點焊在燈絲支架上,將已點好錸帶的支架依次插在離子源轉盤上,整體放進燈絲預熱裝置中,待真空抽至n×10-5Pa後,按預設程序給錸帶通電,在4~6A電流和1800℃溫度下,每組帶預燒15min,以除去錸帶上雜質。
將離子源轉盤上已燒好的錸帶初步整形,依次取下電離帶。兩小滴3.5mol/L超純硝酸將試樣溶解,用微量取樣器將溶液逐滴加在蒸發帶中央,給蒸發帶通電流,強度1A左右,使試樣緩慢蒸干,以後逐步加大電流至帶上白煙散盡,進一步升溫至錸帶顯暗紅後迅速將電流調至零,轉到加下一個樣。當試樣全部裝好後按原位置插上電離帶,進一步給錸帶整形,要求蒸法帶與電離帶兩者彼此平行靠近,但又絕不能碰到一起,兩帶間距離以0.7mm為宜。裝上屏蔽罩,送入質譜計離子源中,抽真空。
2)Sm、Nd同位素分析。
a.未加稀釋劑試樣的143Nd/144Nd比值(IC)測定。測定對象為金屬離子流Nd+。當離子源真空達到5×10-6Pa時打開分析室隔離閥,電離帶與蒸發帶通電流緩慢升溫,注意在加大電流過程中試樣排氣和真空下降情況,避免真空下降過快。在真空達到2×10-6Pa以上,電離帶電流在4~6A,蒸發帶電流2.5A左右,燈絲溫度達到1700℃~1800℃時,將測量系統處於手動狀態,調出引導峰146Nd(或142Nd、145Nd),小心調節峰中心和帶電流,使Nd+離子流強度達到n×10-11A(高壓10kV,高阻1011Ω)並保持穩定。採用多接收器自動採集同位素比值143Nd/144Nd、145Nd/144Nd、146Nd/144Nd和147Sm/144Nd等數據,均取6位有效數字,其中147Sm/144Nd監測釤-釹分離情況,145Nd/144Nd監測測定值准確性,146Nd/144Nd用於質量分餾效應校正。每個試樣至少採集10組(block)數據,每組數據由8~10次掃描組成,最後取143Nd/144Nd比值的加權平均值並給出標准偏差,必要時增加採集數據流程。
b.試樣+稀釋劑混合物的Sm、Nd同位素比值(ID)測定。分兩種情況:
a)ID分樣經過二次分離,此時釤、釹完全分開,它們的同位素比值是分別裝樣、分別測定的。系統抽真空、通帶電流升溫、調出引導峰使離子流強度達到最大等操作程序同未加稀釋劑試樣,僅僅在測釤同位素時離子源溫度稍低。採用多接收器,當使用145Nd+149Sm混合稀釋劑時,釹、釤分別採集143Nd/145Nd、146Nd/145Nd和147Sm/149Sm、154Sm/149Sm兩組數據(根據多接收系統中法拉第杯的配置情況可以做相應調整,此外如果使用146Nd、147Sm等稀釋劑取值也應做相應改變),均取6位有效數字。由於釤、釹都有多個同位素,因此應同時採集兩組以上比值用於質量分餾效應校正,這樣可以將濃度(147Sm/144Nd)的測定精度提高1~2個數量級。具體辦法有多種:①與數據採集同步,根據現場測出的兩組以上比值及時計算濃度,當兩個結果在誤差范圍內一致時為最佳測定值。②聯立方程法(見下節)。③迭代法,該方法適用於平行測定較多的情況。
b)ID分樣僅進行一次總稀土元素分離,釤、釹未單獨分開。通過一次裝樣、測定,同時完成釤、釹同位素分析。該方法利用了145Nd、146Nd和147Sm、149Sm分別是釹、釤的特型同位素,不存在同質異位素干擾的特性。系統抽真空、通帶電流升溫、調出引導峰使離子流強度達到最大等操作程序同未加稀釋劑試樣。採用多接收器採集146Nd/145Nd與147Sm/149Sm2組數據。該方法優點是節省工作量,縮短了流程,缺點是混合物的單個同位素比值不能進行質量分餾效應校正,此外雜質元素增多也影響離子流的發射和穩定性,總體上測定精度沒有釤、釹經過二次分離的高。