Izvestiya of Saratov University.

Chemistry. Biology. Ecology

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)


For citation:

Salmenbayev S. E., Miratova A. M., Kenzhebaev R. A. Acid extraction of radionuclides from soil samples using autoclave decomposition. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2023, vol. 23, iss. 1, pp. 62-69. DOI: 10.18500/1816-9775-2023-23-1-62-69, EDN: CKLTGC

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Full text:
(downloads: 101)
Полный текст в формате PDF(En):
(downloads: 51)
Language: 
Russian
Heading: 
Article type: 
Article
UDC: 
543.054+543.429.3
EDN: 
CKLTGC

Acid extraction of radionuclides from soil samples using autoclave decomposition

Autors: 
Salmenbayev Sayan E., Institute for Radiation Safety and Ecology of the National Nuclear Center
Miratova Ardak M., Institute for Radiation Safety and Ecology of the National Nuclear Center
Kenzhebaev Ruslan A., Institute for Radiation Safety and Ecology of the National Nuclear Center
Abstract: 

The specifi cs of the nuclear tests carried out on the territory of the former Semipalatinsk test site (STS) led to the emergence of various sites that diff er in levels of radioactive contamination and radionuclide composition. This also led to a signifi cant diff erence in the solubility of radioactive particles. Traditionally, the “Experimental Field” testing ground was characterized by the presence of sparingly soluble, vitrifi ed particles, which was determined by the features inherent in ground tests of nuclear weapons, namely, the interaction of the high-temperature explosion region with soil particles. The presence of such sparingly soluble particles in the soil cover makes it impossible to use 6–8 М HCl and 7–8 М HNO3 solutions which are most often used radiochemical analysis to determine the content of 90Sr and 239+240Pu. This paper considers methods for the acid extraction of anthropogenic radionuclides from soils of the STS using autoclaving. The aim of the research is to develop a method for the acid extraction of anthropogenic radionuclides from enlarged soil samples using autoclave decomposition. A blank soil sample was used to determine the optimal autoclave decomposition parameters; to test the acid extraction method, a soil sample was taken from the territory of the “experimental fi eld” testing ground. The radionuclide 137Cs has been used as the most optimal indicator of acid extraction due to its strong fi xation on clay and mineral soil particles and ease of detection by the gamma radiation. Autoclave decomposition has been carried out by dissolving the studied samples in a mixture of mineral acids (HCl, HNO3, HF, H2SO4). The specifi c activity of radionuclide has been determined on a BE3830 gamma spectrometer with a high-purity germanium detector (Canberra, USA), the amount of undecomposed soil residue has been determined gravimetrically (PA214C analytical balance, Ohaus, USA). The data obtained indicate that the most complete extraction of 137Cs occurs when using concentrated HF solutions (individually or in a mixture with other mineral acids). The degree of extraction of 137Cs varied from 85 to 100%. The worst results have been shown by the use of a mixture of acids 3HCl:HNO3. In this case the degree of extraction of 137Cs did not exceed 20%. The effi ciency of decomposition of soil samples weighing 10 g with a concentrated solution of HF at a temperature of 120 to 160 ºC was ≥95%.

Reference: 
  1. Oliveira E. Sample preparation for atomic spectroscopy: Evolution and future trends // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2003. Vol. 14, № 2. P. 174–182. https://doi.org/10.1590/S0103-50532003000200004
  2. Башилов А. Микроволновая подготовка проб к элементному анализу – вчера, сегодня, завтра // Аналитика. 2011. № 11. С. 6–15.
  3. Matusiewicz H. Sample Decomposition Techniques in Inorganic Trace Elemental Analysis // Handbook of Trace Analysis: Fundamentals and Applications. Springer International Publishing, 2016. P. 75–122. https://doi.org/10.1007/978-3-319-19614-5_5
  4. Sahayam A., Jiang S., Wan С. Microwave assisted volatilization of silicon as fluoride for the trace impurity determination in silicon nitride by dynamic reaction cell inductively coupled plasma-mass spectrometry // Analytica Chimica Acta. 2007. Vol. 605. P. 130–133. https://doi.org/10.1016/j.aca.2007.10.043 
  5. 5. Доронина М. С., Карпов Ю. А., Барановская В. Б. Современные методы пробоподготовки возвратного металлсодержащего сырья // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82, № 3. С. 5–12.
  6. 6. Суриков В. Т. Кислотное растворение кремния и его соединений для анализа методом массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой // Аналитика и контроль. 2008. Т. 12, № 3-4. С. 93–100.
  7. Сокольникова Ю. В., Васильева И. Е. Выбор условий химической пробоподготовки для анализа кварцитов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой // Вестник ИрГТУ. 2012. № 1 (60). С. 119–127.
  8. Navarrete-López M., Jonathan M. P., Rodríguez-Espinosa P. F., Salgado-Galeana J. A. Autoclave decomposition method for metals in soils and sediments // Environmental Monitoring and Assessment. 2012. Vol. 184. P. 2285–2293. https://doi.org/10.1007/s10661-011-2117-4
  9. Троеглазова А. В., Злобина Е. В., Кириллов А. Д., Кудрявцева Г. С., Карпов Ю. А. Совершенствование способов химической пробоподготовки при анализе ренийсодержащего сырья // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. XXVI, № 2. С. 21–25.
  10. Третьякова Е. И., Плотникова О. Е., Ильина Е. Г. Микроволновой метод подготовки проб для определения общего фосфора в объектах окружающей среды // Ползуновский вестник. 2008. № 1-2. С. 152–156. 
  11. 11. Карпов Ю. А., Орлова В. А. Современные методы автоклавной пробоподготовки в химическом анализе веществ и материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73, № 1. С. 4–11.
  12. МИ 2221-92 Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Почвы и биологические объекты анализа. Методика подготовки проб в аналитическом автоклаве. М. : ВНИИМС, 1993. 20 с.
  13. Воробьева Л. А. Химический анализ почв: учебник. М. : Изд-во МГУ, 1998. 272 с.
  14.  Бок Р. Методы разложения в аналитической химии / пер. с англ. В. А. Трофимовой. М. : Химия, 1984. 432 с.
  15. Бахур А. Е., Дубинчук В. Т., Березина Л. А., Мануилова Л. И., Малышев В. И., Берикболов Б. Р., Шишков И. А., Ермилов А. П. Радиоактивные частицы в почвах Семипалатинского полигона // Радиация и риск. 1997. Т. 9. С. 71–84.
  16. Артемьев О. И., Ахметов М. А., Птицкая Л. Д. Радионуклидное загрязнение территории бывшего Семипалатинского испытательного ядерного полигона // Вестник НЯЦ РК. 2001. № 3. C. 12–19.
  17. Кундузбаева А. Е., Лукашенко С. В., Магашева Р. Ю. Формы нахождения искусственных радионуклидов в почвах на территории площадки «Опытное поле» // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстан : сборник трудов Национального ядерного центра Республики Казахстан за 2014–2016. Павлодар : Дом печати, 2017. Т. 2, вып. 6. С. 181–208.
  18. Лисин С. К., Симирская Г. П., Симирский Ю. Н., Родионов Ю. Ф., Шубко В. М. Формы нахождения 137Cs и 90Sr в почвах Брянской области // Радиация и риск. 1993. Т. 3. С. 129–133.
  19. Василенко И. Я., Булдакова Л. А. Радионуклидное загрязнение окружающей среды и здоровье населения. М. : Медицина, 2004. 400 с.
  20. Hirose K., Kikawada K., Igarashi Y., Fujiwara H., Jugder D., Matsumoto Y., Oi T., Nomura M. Plutonium, 137Cs and uranium isotopes in Mongolian surface soils // Journal of Environmental Radioactivity. 2017. Vol. 166. P. 97–103. https://doi.org/10.1016/j. jenvrad. 2016.01.007
  21. Сальменбаев С. Е., Нургайсинова Н. К., Умаров М. А. Использование гидроксидов и фторидов металлов для концентрирования и выделения изотопов самария из кислотных выщелатов почвы // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 3. С. 284–289. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020- 20-3-284-289
  22. Бахур А. Е. Научно-методические основы радиоэкологической оценки геологической среды : дис. … д-ра геол.-минерал. наук. М., 2008. 297 с.
  23. Lukashenko S., Kabdyrakova A., Lind O. C., Gorlachev I., Kunduzbayeva A., Kvochkina T., Janssens K., Nolf W. De., Yakovenko Yu., Salbu B. Radioactive particles released from different sources in the Semipalatinsk Test Site // Journal of Environmental Radioactivity. 2020. Vol. 216. P. 106–160. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2020.106160
  24. Самофалова И. А. Химический состав почв и почвообразующих пород: учебное пособие. Пермь : Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2009. 132 с.
Received: 
12.10.2022
Accepted: 
31.10.2022
Published: 
31.03.2023
Short text (in English):
(downloads: 53)