Люминесцентная спектроскопия комплексов урана(VI) в природных водах

В работе методами классической и кинетической люминесцентной спектроскопии исследуются оптические свойства комплексов уранила. В частности, демонстрируются зависимости фотофизических параметров комплексов урана(VI) от локальных параметров (координации, то есть числа лигандов-анионов, присоединенных непосредственно к атому урана, при изменяющейся концентрации комплекса), от параметров окружения (ионной силы, температуры раствора, концентрации растворенного органического вещества), а также от интенсивности возбуждающего излучения. Показано, что зависимость интегральной люминесценции комплексов уранила является немонотонной функцией концентрации лигандообразующего аниона-фтора в растворе. Кинетические исследования растворов уранила с различной концентраций фульвокислот и гуминовых кислот показывают, что механизм тушения люминесценции уранила растворенным органическим веществом — статический. Исследование влияния интенсивности возбуждающего импульсного лазерного излучения на параметры кинетики люминесценции комплексов урана(VI) указывают, что в случае высоких интенсивностей возбуждающего излучения проявляется дополнительный канал дезактивации возбуждения ионов уранила, являющийся следствием парного процесса дезактивации возбужденных состояний — диффузионно-ограниченной аннигиляции возбужденных состояний. Полученные результаты создают научные предпосылки для развития люминесцентных методов диагностики комплексов урана в природных водах, в частности, для определения их парциальных концентраций в многокомпонентной смеси.

1. May C. C., Worsfold P. J., Keith-Roach M. J. Analytical techniques for speciation analysis of aqueous long-lived radionuclides in environmental matrices // Trends in Analytical Chemistry. 2008. V. 27, N 2. P. 160—168.

2. Arnold T. et al. Identification of the uranium speciation in an underground acid mine drainage environment // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2011. V. 75. P. 2200—2212.

3. Collins R., Saito T., Aoyagi N., Payne T., Kimura T., Waite T. D. Applications of Time-Resolved Laser Fluorescence Spectroscopy to the Environmental Biogeochemistry of Actinides // J. of Environmental Quality. 2011. V. 40. P. 732—741.

4. Billard I. et al. Aqueous Solutions of Uranium(VI) as Studied by Time-Resolved Emission Spectroscopy: A Round-Robin Test // Applied Spectroscopy. 2003. V. 57, N 8. P. 1027—1038.

5. Formosinho S., Burrows H. et al. Deactivation processes of the lowest excited state of [UO2(H2O)5]2+ in aqueous solution // Photochem. Photobiol. Sci. 2003. V. 2. P. 569—575.

6. Bell J. T., Biggers R. E. The absorption spectrum of the uranyl ion in perchlorate media: Part I. Mathematical resolution of the overlapping band structure and studies of the environmental effects // Journal of Molecular Spectroscopy. 1965. V. 18, N 3. P. 247—275.

7. Burneau A., Tazi M., Bouzat G. Raman spectroscopic determination of equilibrium constants of uranyl sulphate complexes in aqueous solutions // Talanta. 1992. Т. 39, N 7. P. 743—748.

8. Ghosh R. et al. Ultrafast dynamics of the excited states of the uranyl ion in solutions // The Journal of Physical Chemistry A. 2010. V. 114, N 16. P. 5263—5270.

9. Chemical Equilibrium Diagrams. Описание загрузки, установки и использования программы моделирующей равновесные распределения компонент в химических системах [электронный ресурс]. URL: https://sites.google.com/site/ chemdiagr (дата обращения: 22.01.2015).

10. Budylin G., Shirshin E., Fadeev V., Petrov V., Kalmykov S. Laser-induced fluorescence of uranyl complexes in aqueous solutions: the role of diffusion-controlled excited states annihilation // Optics express. 2013. V. 21, N 18. P. 20517—20528.

11. Fadeev V. V., Dolenko T. A., Banishev A. A., Litvinov P. N., Maslov D. V., Ostroumov E. E. Matrix method in laser fluorimetry of organic compounds // Proceedings of SPIE. Optical Sensing and Spectroscopy. 2005. V. 5826. P. 44—55.

12. Fadeev V. V., Shirshin E. A. Nonlinear laser flurescence spectroscopy of natural organic compounds // Handbook of Coherent-Domain Optical Metods: Biomedical Diagnostics, Enviromental Monitoring, and Material Science. Chapter 30. / Ed. by V. V. Tuchin. New York: Kluwer—Springer, Springer Science+Business Media, 2013. P. 1255—1288.

13. Ширшин Е. А., Калмыков С. Н., Фадеев В. В., Будылин Г. С., Петров В. Г. Способ определения парциальных концентраций физико-химических форм урана(VI) в их водной смеси. Патент РФ № 2515193. Заявка 2012-07-05.