微流体芯片应用于Db轻同族元素Nb，Ta的萃取方法研究

Microfluidic chip is a kind of newly developed micro chemical analytical devices which are very suitable for fast liquid-liquid extraction. Compare to SISAK and AIDA, microfluidic chip is not only applicable to the rapid chemical separation but can significantly decrease the generation of radioative waste and the consumption of sample. Thus, it is a promising approach to analyze short-lived elements at a relatively low cost and will drive the analytical procedure towards automation and minimization. Microfluidic chip has an important significance in developing the technology to study the chemical properties of transactinide elements. In the present work, we will incorporate microchips in a TOA/H2SO4 extraction system to extract Nb and Ta, homologues of Db. A two-step extraction microchip will be designed to investigate the parameters for rapid extraction of Nb,Ta. This work will explore the automation and minimization for the study of radiochemistry and superheavy chemistry.

微流体芯片是一种新型微化学分析设备，非常适合快速液液萃取分析。相比SISAK，AIDA等传统快化分离手段，微芯片化学技术不仅具有进行快化分离的能力，还可极大地降低试剂与样本消耗，减少放射性废物产生，有望在相对较低的成本下实现短寿命核素分析的自动化、微型化，对于发展适合超锕系元素化学性质研究的技术具有重要意义。本项目将在前人微流体芯片萃取金属离子的尝试和研究基础上，采用TOA/H2SO4萃取体系，开展微流体芯片上萃取Db轻同族元素Nb，Ta的研究。面向微流体芯片在目标核素萃取中的关键问题和影响因素展开研究，重新设计了一种二级萃取微芯片，研究可用于微流体芯片的快化分离条件，拓展放射化学和超重核化学研究的微型化与自动化的潜力。

探索和发现物质存在极限的兴趣驱动着超重元素（SHE）的研究发展。由于超重元素的化学性质特征是受相对论效应与壳层效应的影响，研究其化学性质对展望相对论效应对原子电子和化学性质的影响提供了机会，同时也是扩展元素周期表的前提，因此，对于超重元素的化学性质研究具有重要的理论意义。超重元素由于其秒量级的极短半衰期，可用于研究其化学性质的手段要求快速而高效。微流体芯片是近十几年兴起的一种新型微化学分析设备，非常适合快速液液萃取分析，相比为在线研究短寿命核素构建的液相自动化学分离装置SISAK、AIDA，微流体芯片技术可极大地降低试剂与样本消耗，减少放射性废物产生，有望在相对较低的成本下实现短寿命核素分析的自动化、微型化。.本工作开展了微流体溶剂萃取Db轻同族元素Nb，Ta的方法研究。设计了一种Y-Y型出入口微流体芯片，详细研究了微流体萃取中影响萃取速度和萃取效率的关键因素，包括微流道结构参数、萃取两相接触时间、两相流速和流速比的影响等，首次给出了微流体技术萃取Nb，Ta的优化条件。相比批实验结果,微流体萃取所需时间下降2-3个数量级，萃取平衡可在0.2~1.2s内完成，与SISAK在相同萃取体系所得的结果一致。Nb的微流体萃取分配比为8.07，与SISAK结果接近，然而对于Ta的萃取，微流体萃取的速度和分配比均优于SISAK，可以解释为两者在制备Ta示踪剂方式不同，后者体系未引入HF。此外，还研究了微道宽度和高度对萃取的影响，结果显示，微道宽度下降可显著提高质量迁移系数KLa。本工作的实验结果表明，微流体萃取有望作为SISAK的替代技术应用于半衰期在分钟级的超锕系与超重核素的化学性质研究。已知258Db, 262Db半衰期为4s、32s，有着和Nb、Ta相似的化学性质，预期该技术可用于Db的化学性质在线研究。