Mixing Commercially Available Extraction Resins for Minor Actinide and Lanthanide Separation

तकनीकी सारांश: लघु एक्टिनाइड और लैंथेनाइड पृथक्करण के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध निष्कर्षण रेजिन का मिश्रण

समस्या विवरण
परमाणु फोरेंसिक और विखंडित सामग्रियों के विश्लेषण के लिए अक्सर लैंथेनाइड्स (Ln) और विखंडन/सक्रियण उत्पादों के जटिल मिश्रणों से लघु एक्टिनाइड्स (MAs), विशेष रूप से अमेरिकियम (Am) और क्यूरियम (Cm) को अलग करने की आवश्यकता होती है। जबकि एक्टिनाइड लैंथेनाइड सेपरेशन (ALSEP) जैसे विलायक निष्कर्षण (solvent extraction) प्रक्रियाएं बड़े पैमाने पर पुनर्संसाधन के लिए अच्छी तरह से स्थापित हैं, वे परमाणु फोरेंसिक (अक्सर <0.1 ग्राम) के विशिष्ट छोटे नमूनों के लिए अव्यवहारिक हो सकती हैं। विलायक निष्कर्षण कार्बनिक कचरा उत्पन्न करता है और इसके लिए जटिल पुनर्जनन की आवश्यकता होती है, जबकि रेजिन-आधारित क्रोमैटोग्राफी छोटे नमẫuों के लिए बिना कार्बनिक कचरे के एक त्वरित, अधिक लागत प्रभावी विकल्प प्रदान करती है। हालांकि, एक अम्लीय धनायन विनिमयकर्ता (HEH[EHP]) और एक तटस्थ डाइग्लायकॉलैमाइड (TODGA) के टैंडम कार्य पर निर्भर ALSEP विलायक निष्कर्षण प्रणाली को ठोस-चरण रेजिन प्रणाली में अनुवादित करना चुनौतीपूर्ण है। लेखकों ने यह निर्धारित करने का प्रयास किया कि क्या इन निष्कर्षणकर्ताओं (क्रमशः Eichrom के LN2 और DGA-n) वाले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध रेजिनों को तीव्र Am अलगाव के लिए ALSEP पृथक्करण प्रदर्शन को दोहराने हेतु एक एकल कॉलम में मिलाया जा सकता है।

कार्यप्रणाली
इस अध्ययन में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध Eichrom Technologies रेजिन का उपयोग किया गया: DGA-n (जिसमें TODGA है) और LN2 (जिसमें HEH[EHP] है)। प्रयोगात्मक दृष्टिकोण में तीन विन्यासों की तुलना शामिल थी:

1. एकल रेजिन: केवल DGA-n या केवल LN2 वाले कॉलम।
2. स्टैक्ड (Stacked) रेजिन: एक कॉलम जिसमें DGA-n को सीधे LN2 कॉलम के ऊपर रखा गया हो।
3. मिश्रित रेजिन: एक ही कॉलम के भीतर भौतिक रूप से मिश्रित DGA-n और LN2 रेजिन।

पृथक्करण का परीक्षण निम्नलिखित का उपयोग करके किया गया:

• धातु ट्रेसर: विभिन्न संक्रमण धातुओं, क्षारीय मृदा धातुओं और लैंथेनाइड्स (Ce, Eu, Nd, Pr, Sm, Tb, आदि) वाले कस्टम कॉकटेल (CC-1 और CC-2) जिनका विश्लेषण ICP-OES द्वारा किया गया।
• रेडियोधर्मी ट्रेसर: वास्तविक दुनिया के विखंडन और सक्रियण उत्पाद मैट्रिक्स को सिम्युलेट करने के लिए $^{241}$Am स्पाइक्स और विखंडित उच्च संवर्धित यूरेनियम (HEU) फॉइल।
• एल्यूशन प्रोटोकॉल: नमूनों को 3 M HNO$_3$ में लोड किया गया, धोया गया, और 0.015 M DTPA/0.2 M अमोनियम साइट्रेट के अनुक्रमिक pH समायोजन (pH 2 और pH 4) का उपयोग करके एल्यूट किया गया।

जांचे गए प्रमुख चर (variables) शामिल थे: रेजिन का अनुपात (द्रव्यमान द्वारा 1:10 LN2:DGA-n), अमोनियम साइट्रेट बफर की आवश्यकता, और DTPA लिगैंड की विलेय अवस्था।

प्रमुख परिणाम

• रेजिन विन्यास: एक ही कॉलम में रेजिन को मिलाना उन्हें अकेले या स्टैक्ड श्रृंखला में उपयोग करने की तुलना में बेहतर साबित हुआ। मिश्रित कॉलम ने विशिष्ट अंशों में Am की 80% से अधिक रिकवरी प्रदान की, जिसमें लैंथेनाइड्स (विशेष रूप से Ce और Nd) का ओवरलैप 3% से कम था।
• पृथक्करण तंत्र: यह प्रणाली पारंपरिक ALSEP विलायक निष्कर्षण के बजाय एक उन्नत TALSPEAK प्रक्रिया की तरह व्यवहार करती है। मिश्रित रेजिन कॉलम में, HEH[EHP] (LN2 पर) विशिष्ट एल्यूशन स्थितियों के तहत प्रमुख निष्कर्षणकर्ता के रूप में कार्य करता है, जो Am को Ln से अलग करने में सुविधा प्रदान करता है, जबकि उनके त्रिसंयोजक आवेश और आयनिक त्रिज्या (लगभग 0.8 pm का अंतर) समान हैं।
• बफर की आवश्यकता: TALSPEAK जैसी प्रणालियों के लिए कुछ अपेक्षाओं के विपरीत, अमोनियम साइट्रेट बफर को पृथक्करण के लिए अनावश्यक पाया गया। बिना साइट्रेट के किए गए प्रयोगों (प्रयोग 7) ने बेहतर रिज़ॉल्यूशन दिखाया, जिसमें एल्यूशन प्रोफाइल में एक महत्वपूर्ण बदलाव देखा गया जिसने Am को Nd और Ce से और अधिक अलग कर दिया।
• मैट्रिक्स सहनशीलता: मिश्रित रेजिन कॉलम ने विखंडित HEU वाले एक जटिल मैट्रिक्स से Am को सफलतापूर्वक अलग किया, जिसमें प्रारंभिक pH 4 अंश में ~55% Am की रिकवरी हुई, जबकि गैर-त्रिसंयोजक तत्वों (Ag, Ba, Co, Ru) को लोड/रिंस चरणों में लगभग 100% बनाए रखा गया।

महत्व और दावे
लेखक दावा करते हैं कि यह कार्य मिश्रित सक्रियण और विखंडन उत्पाद नमूनों से लघु एक्टिनाइड्स को अलग करने के लिए एक व्यवहार्य, तीव्र तकनीक प्रदर्शित करता है। एक मिश्रित-मोडल विन्यास में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध रेजिनों का उपयोग करके, यह अध्ययन एक ऐसी विधि स्थापित करता है जो:

1. पारंपरिक विलायक निष्कर्षण से जुड़े कार्बनिक विलायक कचरे के उत्पादन से बचती है।
2. उनकी रासायनिक समानता (विशेष रूप से Nd के साथ) के बावजूद Am और Ln के बीच उच्च स्तर का पृथक्करण प्रदान करती है।
3. इस विशिष्ट रेजिन विन्यास में जटिल अमोनियम साइट्रेट बफरिंग की आवश्यकता को समाप्त करके प्रक्रिया को सरल बनाती है।

यह शोध निष्कर्ष निकालता है कि यह मिश्रित-रेजिन दृष्टिकोण परमाणु फोरेंसिक में Am के विश्लेषण के लिए एक व्यावहारिक, लागत प्रभावी मार्ग प्रदान करता है, जो बड़े पैमाने के विलायक निष्कर्षण अवधारणाओं और छोटे पैमाने के क्रोमैटोग्राफिक विश्लेषण के बीच के अंतर को पाटता है।