بررسي مكانيسم جذب اورانيم و توريم بر روي يك رزين ماكرومتخلخل بارورشده با كلايتون زرد و تغليظ و اندازه گيري مقادير ناچيز آن‌ها در نمونه‌هاي زيست محيطي

Investigation of the Sorption Mechanism of Uranium and Thorium on a Macroporous Resin Impregnated with Clayton Yellow and Pre-concentration and Determination of Their Ulta-trace Amounts in the Environmental

زمينه و هدف:با وجود اهميت اندازه­ گيري عناصر راديو اكتيو در نمونه­ هاي زيست محيطي، اغلب روش­هاي دستگاهي، حساسيت كافي براي اين اندازه ­گيري­ ها را ندارند. پيش ­تغليظ و جداسازي عناصر از ماتريكس نمونه­ ها بهترين و اغلب تنها روش عملي براي حل مشكل فوق بوده و هدف اين تحقيق، استخراج فاز جامد اورانيم و توريم با استفاده از يك جاذب مناسب و گزينش ­پذير و اندازه ­گيري غلظت ­هاي ناچيز آنها در نمونه ­هاي زيست محيطي است. موادّ و روش ­ها:در اين پژوهش رزين آمبرليت XAD-7 بارور شده با كلايتون زرد براي تغليظ و اندازه ­گيري اورانيم و توريم در نمونه­ هاي زيست محيطي مورد استفاده قرارگرفت و پس از به­ دست آوردن شرايط بهينه­ ي متغيرهاي pH و قدرت يوني، مطالعه ­ي جنبه ­هاي تعادلي فرايند جذب انجام شده و اندازه ­گيري اورانيل و توريم پس از تغليظ به روش ستوني با استفاده از روش آرسنازو III انجام شد. در روش ستوني نيز متغيرهاي سرعت جريان نمونه، نوع شوينده و غلظت آن، سرعت شويش، حجم شوينده و غلظت تحمل شده­ ي يون­هاي مزاحم به­ دقت بهينه­ سازي شدند. يافته­ ها: آزمايش­ها نشان­ داد كه جذب همزمان توريم و اورانيل در pH=5 قابل انجام است. برازش ايزوترم ­هاي جذب تعادلي با مدل لانگموير (9999 دهم=R2) از مدل­هاي فريندليچ (8979 دهم≤R2) و تمكين (9705 دهم≤R2) بهتر بود و ظرفيت جذب ماكزيمم رزين بارورشده جديد به­ترتيب براي توريم و اورانيل مقدار 571 دهم و mmol.g-1 609 دهم بود. جذب و واجذب جرياني هر دو يون از سرعت مناسبي برخوردار بود. مطالعات شويش نشان داد كه با كمك محلول كربنات سديم و با غلضت w/v 5 صدم درصد، مي ­توان اورانيم را شسته و جداسازي نمود و در مرحله­ ي بعد مي­توان براي واجذب يون Th IV از محلول HCl با غلظتي بالاتر از M0/2 استفاده كرد. RSD محاسبه شد و به ­ترتيب مقادير 2/9 و %3/1 براي توريم و اورانيم به­دست آمدند. نتايج نشان داد كه يون­هاي مزاحم در پيش ­تغليظ مزاحمت جدي ايجادنمي­كردند. روش پيش تغليظ و اندازه ­گيري ارايه شده براي اندازه ­گيري اورانيل و توريم در چند نمونه ­ي واقعي زيست محيطي به­ كارگرفته شد كه درستي و دقت به­ دست آمده از اين اندازه ­گيري­ ها رضايت­ بخش بود. نتيجه­ گيري:رزين XAD-7 بارورشده با كلايتون زرد براي تغليظ و اندازه ­گيري اورانيم و توريم مناسب بوده و با استفاده از آن مي­توان غلظت­هاي ناچيز اين دو فلز راديو اكتيو را در نمونه­ هاي آبي زيست محيطي با موفقيت اندازه ­گيري نمود.

Background & Objectives: Despite the great importance of determination of radioactive elements in the environmental samples, most of analytical instruments have not the necessary sensivity for this purpose. Pre-concentration and separation of elements from the sample matrixes is the best and often the only practical method for solving this problem and the purpose of the present research is solidphase extraction of uranium and thorium, using a selective and suitable sorbent, and precise determination of their ultra-trace concentrations in the environmental samples. Materials & Methods: In this experimental study, Amberlite XAD-7 resin was impregnated with Clayton yellow and used for pre-concentration and determination of uranium and thorium in the environmental samples and, after investigating the optimum conditions of pH and ionic strength and studding equilibrium aspects of sorption process, determination of uranium and thorium was performed, using arsenazo III procedure, after their pre-concentration by the column method. In the column method, some variables such as sample flow rate, eluent type, eluent concentration, elution rate, eluent volume and tolerable concentration of interference ions were also optimized precisely. Results: Optimization of pH and ionic strength showed that uranium and thorium can be simultaneously sorbed at pH 5. The equilibrium data obtained from the sorp­tion experiments were adjusted to the Langmuir isotherm model (R2=0.9999)better than Freundlich (R2≤0.8979) and Tempkin (R2≤0.9705) models and the calculated maximum sorp­tion capacities in terms of monolayer sorption were 0.609 and 0.571 mmol g-1 for uranium and thorium, respectively. The flow rates in both sorption and elution processes was desirable.The studies showed that, after simultaneous adsorption, the analyte ions can be separated by sequential elution with 0.5% (w/v) Na2CO3 for uranium and 2.0 mol L-1 HCl for thorium. The limits of detection for U(VI) and Th(IV) were as low as 50 and 25ng L-1, respectively. Relative standard deviations (RSDs, n=7) for U(VI) and Th(IV) were 3.1% and 2.9%, respectively. The interference effects of foreign ions on the retention of the analyte ions were ignorable. The method was successfully applied to determination of ultra trace amounts of U(VI) and Th(IV) in different real matrices including industrial wastewater samples and environmental waters. Conclusion: According to the obtained results, it is proposed that CY/XAD-7is very desirable for pre-concentration and determination of ultra-trace amounts of U(VI) and Th(IV) in the environmental samples.