4.1.2 放射性核素的特征
放射化学的研究对象主要是放射性物质,它有以下三个重要特点。
(1)放射性
放射性核素的放射性,既为化学研究提供了便利,也带来了一些弊端。
一方面,通过测量放射性,可使研究方法的灵敏度大大提高。例如,在普通的化学分析中,重量法和容量法的灵敏度仅为10-5~10-4 g,发射光谱法为10-9~10-8 g,即使是灵敏度很高的原子吸收光谱法,也只能达到10-11~10-9 g,而在放射化学研究中,用放射性测量法可鉴定出几十个甚至几个原子。此外,通过对放射性核素的“原子示踪”,可对整个化学过程和生物过程进行研究和观察。另一方面,放射性核素可能对工作人员产生内、外照射,引起辐射损伤;同时,放射性物质发射出粒子和射线与物质相互作用产生辐射化学效应,这可导致体系中放射性物质的物理化学状态发生变化。
(2)不稳定性
放射性核素由于不断自发地衰变并生成新的核素(衰变子体),以及其电离辐射引起辐射化学效应,因此研究体系组成和总量是不恒定的。
(3)极低浓度
在放射化学的许多研究工作中,放射性核素处于极低浓度范围内。特别是在环境放射性的研究工作中,这一特点更为明显。例如,人尿中钚的浓度仅为10-14 g/L,海水样品中90 Sr的浓度一般只有10-15 g/L。(https://www.daowen.com)
极低浓度状态下的放射性核素常常会表现出一些不同于常量物质的性质和行为,如容易被吸附在器皿壁或其他固体物质上,可被常量物质的沉淀所载带,容易形成放射性胶体溶液和放射性气溶胶,同时其电化学行为也有别于常量物质。这些性质既有不利于放射化学操作和造成危害的一面,又有可用来进行放射性核素的分离和制备等有利的一面。
许多固体物质,如玻璃、不锈钢、塑料、滤纸和纤维等,均能吸附溶液中的放射性核素,这在极低浓度放射性样品溶液的储存和化学操作过程中必须引起高度重视。影响固体物质吸附放射性核素的因素很多,如固体物质的种类和表面特性、放射性核素的性质和浓度、溶液的p H和其他组分的含量、接触时间等。一般不同材料的吸附能力有如下顺序:玻璃>钢>石英>聚乙烯>聚丙烯>聚四氟乙烯。
为了减少化学实验室中接触最多的器皿——玻璃对微量放射性核素的吸附,通常可采用如下三种措施。
①加载体(carrier)。加入能对微量放射性核素起载带作用的常量物质,它们通常是与所研究的放射性核素的化学性质相同或相似的稳定核素,使放射性核素被稀释,可大大减少放射性核素的吸附量。
②提高溶液的酸度。在较高酸度下保存放射性溶液或进行操作,不仅可抑制高价态离子的水解,还可大大减少玻璃对放射性核素阳离子的吸附。值得注意的是,I-溶液酸性状态下易被氧化为I2,容易挥发造成损失。
③硅烷化(silicification)处理。用硅烷类化合物,如二甲基二氯硅烷(DMCS)等使玻璃表面形成一层疏水薄膜,从而减少对放射性核素的吸附。
滤纸也是一种能强烈吸附某些放射性核素的吸附剂,可用来净化和分离某些放射性核素。例如,在环境和生物样品的放射性监测中,就经常采用各种类型的滤纸(如普通纤维滤纸、活性炭滤纸和过氯乙烯超细纤维滤纸等)进行分离操作。因此,在放化分离操作中,必须考虑滤纸吸附可能引起的微量放射性核素的损失,一般不用它来去除放射性溶液中不溶的滤弃物,而主要将其用于过滤放射性沉淀物,以滤弃溶液或直接制源测量。例如,在分析测定131 I时,就常以131 I-AgI沉淀形式在滤纸上直接抽滤制源,再进行放射性测量。