SULFATO DE TITANIO (IV) EN SOLUCION ACUOSA COMO UN DOSIMETRO OUIMICO

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1 SULFATO DE TITANIO (IV) EN SOLUCION ACUOSA COMO UN DOSIMETRO OUIMICO Lie. Francisco Arroyo Camacho * Lie. Mario Espinosa Flores ** Resumen: El sulfato de titanio (IV) en soluciones acuosas puede utilizarse como dosimetro qulmico basandose en que el peroxido de hidrogeno es uno de los productos de Ia radiolisis del agua y el titanio (IV) forma con este un compuesto de coordinacion coloreado. Se estudiaron soluciones irradiadas de sulfato de titanio (IV) en acido sulf\trico ).4 Men concentraciones comprendidas entre 1.00 x 10-6 y 1.00 x 10-2M El estudio realizado demuestra que el sulfato de titanio (IV) se puede usar como dosimetro quimico en concentraciones 1.00x1o-3 y l.ooox1004m paradosis maximas de radiacion de y rads respectivamente. lntroduccion: En el campo de Ia dosimetria quimica, la dosis de radicion se determina a partir del cambio quimico producido por Ia radiacion sobre un sustrato adecuado. El calculo de Ia dosis requiere el conocimiento del valor de G (numero de particulas que sufren cambio quimico por cada 100 e.v. de energia absorbida) para Ia reaccion o el producto estimado, que se determina comparando el sistema con alg{in dosimetro absoluto. Para que una sustancia pueda ser usada como dosimetro quimico debe reunir ciertas earacteristicas: estabilidad en las condiciones de operacion normal, facilidad de preparacion y empleo, respuesta proporcional a Ia dosis de radiacion, amplio ambito de dosis (el ambito de interes es de 10 a 108 rads) y reproducibilidad con una precision de 2 a 5%; ademas su respuesta debe ser independiente de la temperatura, velocidad de la dosis y de los pequeiios cambios de concentracion (1 ). En Ia practica ning{in dosimetro reun.e todas estas caracteristicas. La dosis de radiacion aplicada se puede medir agregando previamente al agua una sustancia que reaccione con alguno de los productos de Ia radiolisis, produciendose una nueva sustancia que altera una o varias propiedades fisicas de Ia disolucion. A este sustrato se le llama dosimetro quimico (2,3). El titanio (IV) tiene Ia propiedad de ~ Profesor de Quimica General y Organica. Centro Regional de San Ramon. Universidad de Costa 1 Rica. Profesor 8ecci6n de Fisico-Quimica. Departamento de Quimica. Universidad de Costa Rica. 133

2 formar con el peroxido de hidrogeno un compuesto de coordinacion coloreado y estable en acido sulfurico 0.4 M (4). El objeto del presente trabajo consiste en determinar si el sulfato de titanio (IV) se puede usar como dosimetro quimico aprovechando el cambio en la absorbancia que experimenta dicha disolucion al someterse a Ia accion de las radiaciones gamma de una fuente de Co Seccion experimental: Todas las muestras fueron irradiadas en una fuente de inmersion de Co-60 de 5000 Curies propiedad del programa Atomos en Accion. Esta fuente se calibro con un dosimetro de Fricke usando Ia ecuacion: Of== 2.72 x 104 rads (5). Las disoluciones patron de Ti (IV) se prepararon disgregando cantidades definidas de Ti02 con KHS04 y agregando luego acido sulfurico concentrado y agua tridestilada. Todas las disoluciones se ajustaron a una concentracion 0.4 Men acido sulfurico. Las disoluciones patron de titanio (IV) se irradiaron a diferentes dosis de radiacion y la absorbancia se midio ala longitud de onda de 410 milimicras usando como referencia las mismas disoluciones patron sin irradiar. Todas las medidas de absorbancia se efectuaron en un espectrofotometro Beckman DU. Resultados y conclusiones: En la table N 1 se presentan los d!ltos de las dosis suministradas a las muestras de concentraciones 1.00 x 10-2, 1.00 x 1o-3 y l.oo x 10-4M en Ti02. Las disoluciones de concentraciones inferiores no desarrollaron color con diferentes dosis de radiacion. Para un dosimetro quimico en disolucion, Ia energia absorbida por la sustancia debe poder determinarse en cualquier momento con solo medir la absorbancia de Ia sustancia irradiada, para lo cual es preciso que el numero de particulas que sufren cambio quimico por cada 100 e.v. de energia absorbida (G) sea constante a una concentracion dada. La expresion general D = constante1 A/G (i) relaciona G con la dosis (D) y Ia absorbancia (A). Si G es constante, entonces, D = constante2 A. (ii) De Ia ecuacion (i) se obtiene G == constante1 A/D (iii) Los valores de D y A de Ia ecuacion anterior se determinaron experimentalmente para cada muestra irradiada (Tabla N 1 ). Para obtener el valor de G solo hace falta encontrar, entonces, el valor de la constante; para esto se parte de la ecuacion: E = X 1010 M/G ergios/ml (5) (iv) 134

3 en Ia que M es Ia concentracion en moles por litro y E es Ia energia absorbida. El valor del coe:ficiente de extincion molar para el complejo titanio IV-peroxido de hidrogeno en disolucion en acido sulfurico es de 759litros cm l moles-1 a 410 milimicras y 25 C, de manera que M = N759. Sustituyendo este valor en la ecuacion (iv) y tomando en cuenta que la densidad media de las disoluciones empleadas fue de g/ml tenemos e = 1.20 x 1o8 A/G ergios / gramo. Como Ia dosis (D).de una fuente se mide generalmente en rads (l rad conviene expresar Ia ecuacion (v) en esta unidad; G1 A= 1.20 X lob D (v) 100 erg/g), (vi) En los gra:ficos N l y N 2 se oh'lerva que no existe una relacion directa entre la absorbancia y Ia dosis absorbida, lo cual descarta Ia posibilidad de usar Ia disolucion de concentracion 1.00 x lo-2 M como dosimetro quimico, mientras nose encuentre una ecuacion especial aplicable a este tipo de curva. En el grcifico N 3 se observa que Ia absorbancia crece al aumentar ll) dosis para Ia disolucion de 1.00 X w-3 M; sin embargo, Ia variacion de Ia absorbancia es lineal solamente para las dosis comprendidas entre 0 y rads (Grafico N 4). El valor de G se puede calcular en este ambito utilizando Ia ecuacion (vi). La pendiente de Ia linea se evaluo graficamente y dio un valor de 1.00 x 10-6 de donde se obtiene un valor de 1.20 para G. En los grcificos N 5 y N06 se observa que la absorbancia de la disolucion de concentracion 1.00 x w-4 M cambia linealmente con la dosis en el intervalo de 0 a rads. Esto nos permite calcular el valor de G, usando como en el caso anterior, el valor de Ia pendiente de la curva (2.0 x 107), obteniendose un valor de Con el objeto de investigar Ia estabilidad de las disoluciones patron usadas en este trabajo, se midio Ia absorbancia de las muestras irradiadas y se irradiaron nuevas muestras de las disoluciones 1.00 x lo-2 y 1.00 x lo-3 M dos aiios despues y se obtuvieron los mismos resultados que al comienzo de este experiemento. Concluyendo, el estudio realizado indica que disoluciones de Ti (IV) pueden usarse convenientemente como dosimetros quimicos para medir dosis menores de 2.4 x 105 rads. Para este fin, una disolucion de titanio (IV) 1.00 X lo-3 y 0.4 M en acido sulftirico da buenos resultados con un valor de G de Disoluciones de titanio IV 1.00 X w-4 M presentan menor sensibilidad (G = 0.24) y su ambito de linealidad con Ia dosis es tambien menor (0-1.5 x 105 rads). 135

4 [I0-2] [I0-3} [lo-4] Dx1o-3 A G Dx1o-3 A G Dx1o-3 A G UJ l.o ll Tabla N l. Relacion de Ia dosis con Ia absorbancia y el valor de G para las soluciones dt sulfato de titanio (IV). 136

5 ~l!.\ }, I t'., A ~,,, ~ (1 I ll N l 24 Dosis (rads x 10-~ l.jl Dus1s {ra.ts \ <t ')... \ i i. J Dosis (rads x 10-') I 180 Dos is (rads x 10-.J) a o s..,_...,.._-t Ax JG N' :5.~ I' I " / N. (j,, 25 Dosis (rads x 10-~ [ I '75 Dosis (rads x 10-:l) Relaci6n de Ia dosis con Ia absorbancia para las soluciones de t1tanio (IV).

6 BIBLIOGRAFIA: l. Spinks, J.W.T. y Woods, R.J. AN INTRODUCTION TO RADIATION CHEMIS TRY, John Wiley and Sons, Inc., New York, (1963), Capl. 2. Hochandel, C.J., EFFECTS OF COBALT GAMMA-RADIATION ON WATER AND AQUEOUS SOLUTIONS, J. Phys. and Colloid Ghem, 56,58~(1952) 3. Agustine, O.A., THE RADIATION CHEMISTRY OF WATER AND AQUEOUS SOLUTIONS, Van Nostrand Company Inc., New York, (1961), Cap Meites, L. and Thomas, H., ADVANCED ANALYTICAL CHEMISTRY McGraw-HiD Book Company, Inc., New York, (1958) Pp Spinks, J.W.T y Woods, R.J. AN INTRODUCTION TO RADIATION CHEMIS TRY, John Wiley and Sons, Inc., New York, (1963), Cap Guzman, E.S., THE ROLE OF FREE RADICALS AND OXIGEN IN REACTIONS PRODUCED BY IONIZING RADIATIONS. 7. Dwhurst, H., Samuel, A. and Magee, J.A., A THEORETICAL SURVEY OF RADIATION CHEMISTRY OF WATER AND AQUEOUS SOLUTIONS. 8. Hart, E. MOLECULAR PRODUCT AND FREE RADICAL YIELDS OF IONIZING RADIATIONS IN AQUEOUS SOLUTIONS. (Estos tres Ultimos articulos son parte de un simposium sohre Quimica de Ia Radiaciones de soluciones acuosas realizado en 1953 por Ia RADIATION RESEARCH SOCIETY)' 137