The Radio Chemistry of Iodine.us AEC

8/7/2019 The Radio Chemistry of Iodine.us AEC

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NAS-F4S-3062,

ROFIODINE

NUCLEAR SCIENCE SERIESNational Academy of Sciences-National Research Council

Pu b l i s h e d b y


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COMMI T T EE ON NUCL EAR SCI ENCEJohn Hui zenga, Chai rman, Nuclear Structure Research Labor ator yThemes A. Tombrello, Vice C/rairmars, California institute of TechnologyC.K. Red, Executive Secretary, National Academy of SciencesLowell M. Bollinger, Argonne Nationai LaboratoryPeggy Dyer, University of WashingtonRussell Heath, Aerojet Nuclear Co., inc.Roy K. Mi ddleton, University of Pennsylvania1. Lon Mor gan, Col umbi a Scienti fi c Industri esG. Davis OKelley, Oak Ridge National LaboratoryG. C. Phi ll ips, Rice Univer sityHenry N. Wagner, Jr., The Johns Hopkins Medical InstitutionsJoseph Weneser, Brookhaven Nati onal LaboratoryShel don Wol ff, Univer sity of Cali forni aChien -Sh iung Wu, Columb ia Universi tyAlexander Zucker, Oak Ridge National Laboratory

L i a i s o nMe mb e r sWi ll iam S. Rodney, Nati onal Science Foundat ionGeorge L. Rogose, Ener gy Research and Devel opment Admi nistra~i on

SUBCOMMI T TEE ON RADI OCHEMI ST RYG. Davis OKeiley, Clrairman, Oak Ridge National LaboratoryGlen E. Gordon, University of MarylandRo If e H. Herber, Rutgers Univarsit yJohn A. Miskel, Lawrence Livermore LaboratoryHarold A. OBrien, Jr., Los Alamos Scientific LaboratoryRichar d W. Per kins, Battel le Paci fi c Nor thwest Laboratori esAndrew F. Stehney, Ar gcsnne Nati onal LaboratoryKurt Wol fsber g, Los Al amos Sci enti fic Laboratory

L i a i s o nMe mb e r sJohn L. Burnette, Ener gy Research and Devel opment Admi ni st rati onFr ed Fi ndei s, Nati onal Scienca Foundat ion


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NA S- NS - 3 0 6 2ERDA Di s t r i b u t i o na t a g c q U C4

Radiochemistry of lodineb y

Milton KahnUn i v e r s i Wo f Ca l i f o r n i a

L o s A l a mo s S c i e n t i f i ca bo r a t o r yL o s A l a mo s , Ne w Me x i c o

a n dT h e Un i v e r s i t yo f Ne w Me x i c oA l b u q u e r q u e , Ne w Me x i c o

a n dJamb Kleinberg

Un i v e r s i t yo f Ca l i f o r n i aL o s A l a mc 6 Sc i e n t i f i ca bo r a t o r y

L o s A l a mo s , Ne w Me x i c oa n d

Un i v e r s i t yo f K a n s a sL a wr e n c e , Ka n s a s

Prepared for Subcommittee on, RadiochemistryNational Academy of Sciences-National Research Council

I ma nc e Da t e : Se p t e mb e r 1 97 7

Pu b l i s h e d b yT e c hn i c a l I n f o r ma t i o n Ce n t e r


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P r i c e$ 4 . 7 5 . A v a i l a b l e r o m:Na t i o n a l T e c h n i c a l I n f o r ma t i o nSe r v i c eU. S . De p a r t me n t o f Co mme r c eSp r i n g f i e l d ,i r g i n i a2 2 1 6 1

P r i n t e dn the United States of America


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T h e S u b c o mmi t t e e

Forewordo n Ra d i o c h emi s t r y i s o ne o f a n umb e r o f s u b c o mmi t t e e s w o r k i n g u n d e r t h e

Co mmi t t e e o n Nu c l e a r S c i e n c e o f t h e Na t i o n a l Re s ea r c h Co u n c i l . I t s me mb e r s r e p r e s e n tg o v e r n me n t , i n d u s t r i a l , n d u n i v e r s i t yl a b o r a t o r i e s n t h e a r e a s o f n u c l e a r c h e mi s t r y a n da n a l y t i c a l h emi s t ~ .

T h e Su b c ommi t t e e h a s c o n c e r n e d i t s e l fwi t h t h o s e a r e a s o f n u c l e a r s c i e n c ewh i c h i n v o l v et h e c h e mi s t , s u c h e s t h e c o l l e c t i o na n d d i s t r i b u t i o no f r a d i o c h e mi c a l p r o c ed u r e s , t h er a di o c h e mi c a l p u r i t y o f r e a g e n t s , r a d i o c h e mi s t r y i n e n v i r o nme n t a l s c i e n c e a n d i n n uc l e a rme d i c i n e , a n d t h e r o l eo f r a d i o c he mi s t r y n c o l l e g ea n d u n i v e r s i ~ p r o g r a ms .

T h i s s e r i e so f mo n o g r a p h s h a s g r o wn o u t o f t h e n e e d f o r c omp i l a t i o n so f r a d i o c h e mi u di n f o r ma t i o n ,p r o c e d u r e s ,a n d t e c h n i q u e s .T h e Su b c o mmi t t e e h a s e n d e a v o r e d t o p r - e n t a s e r i e st h a t wi l l b e o f ma x i mu m u s e t o t h e wo r k i n g s c i e n t i s t . a c h mo n o g r a p h p r e s e n t s p e r t i n e n ti n f o r ma t i o n r e q u i r e df o r r a d i o c h e mi c a lwo r k wi t h a n i n d i v i d u a le l e me n t o r wi t h a s p e c i a l i z e dt e c h n i q u e .

E x p e r t s i n t h e p a r t i c u l a r e d i o c he mi c a lt e c h n i q u e h a v e w r i t t e nt h e mo n o g r a p h s , T h e En e r g yRe s ea r c h a n d De v e l o pme n t Ad mi n i s t r a t i o nh a s s p o n s o r e d t h e p r i n t i n go f t h e s e r i e s ,

T h e Su b c ommi t t e e i s c o n f i d e n t t h e s e p u b l i c a t i o n swi l l b e u s e f u l n o t o n l y t o r e d i o c h e mi s t sb u t a l s ot o r e s e a r c hwo r k e r s i n o t h e r f i e l d s u c h a s p h y s i c s ,b i o c he mi s t r y ,o r me d i c i n e wh o wi s ht o u s e r a d i o c h e mi c a lt e c h n i q u e st o s o l v es p e c i f i c r o b l e ms .

G. Da v i s O Ke l l e y ,ChairmanSu b c o mmi t t e e o n Ra d i o c h emi s t r y


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PrefaceF o l l o wi n g a n I n t r o d u c t o r y s e c t i o n c o n t e i n l n g n f o r ma t i o n o n i o d i n e o f p a r -

t i c u l a r u s e f u l n e s s t o t h e r a d i o c he ml s t , t h e n mn o g r a ph d e a l s wi t h t h e p r e p a r a t i o no f i s o t o p e s o f t h e e l e me n t , w i t h s e l e c t e d p r o c e d u r e s f o r i t s d e t e n n l n a t l o n i n o rs e p a r a t i o n f r o m v a r i o u s r md i a , a n d f i n a l l y wi t h t h e s e p a r a t i o n o f i o d i n e s p e c i e sf r a n e a c h o t h e r . E a c h p a r t o f t h e i n t r o d u c t o r y s e c t i o n i s r e f e r e n c e d s e p a r a t e l yf r o m t h e r e ma i n de r o f t h e n mn o g r a p h . F o r t h e p r e pa r a t i v e a n d a n a l y t i c a l s e c -t i o n s t h e r e i s a n e x t e n s i v e , i n d e x ed B i b l i o g r a p h y Wh i c h wa s d e v e l o p e d f r o m t h ei n d e x e s o f Vo l u me s 1 9 - 3 0 i n c l u s i v e ( 1 9 6 5 - 1 9 7 4 ) o f Nu c l e a r S c i e n c e Ab s t r a c t s( NSA ) . F r o m t h e s e i n d e x es t h e NSA a b s t r a c t s o f p o s s i b l e p e r t i n e n t r e f e r e n c e swe r e s e l e c t e d f o r e x ami n a t i o n a n d a c h o i c e wa s ma d e o f t h o s e r e f e r e n c e s w h i c hwe r e t o b e i n c l u d e d i n t h e B i b l i o g r a p h y . T h e B i b l i o g r a p h y h a s b o t h p r i n b s r ya n ds e c o n d a r y r e f e r e n c e s . T he p r i mr y r e f e r e n c e s , wh i c h a r e a s t e r i s k e d , we r e r e a di n t h e i r e n t i r e t y . T h e a b s t r a c t s f r o m NSAwe r e t h e s o l e s o u r c e s o f i n f o r ma t i o nf o r t h e s e c o n d a r y r e f e r e n c e s . A r b i t r a r i l y , a n y a r t i c l e p u b l i s h e d i n n f o r e i g nl a n g u a g e o t h e r t h a n F r e n c h o r Ge r ma n wa s n o t u s ed a s a p r i n mr y r e f e r e n c e . T h es t y l e o f t h e r e f e r e n c e s i n t h e B i b l i o g r a p h y i s e s s e n t i a l l y t h a t f o u n d i n NSA .T h e mo n o g r a ph c on t a i n s n o s ub j e c t i n d e x , b u t t h e Co n t e n t s i s s u f f i c i e n t l y d e -t a i l e d t h a t e a c h i mp o r t a n t t o p i c i s l i s t e d wi t h i t s p a g e n u mb e r .A l t h o u g h t h e mo n o g r a p h d o e s n o t c o v e r h o t a t o m c h e mi s t r y , t h e k i n e t i c s o fe x c h a n g e r e a c t i o n s , d e c a y s c h e me s . o r p h y s i o l o g i c a l a p p l i c a t i o n s , p a p e r s i nt h e s e a r e a s we r e e x ami n e d a s p o s s i b l e s ou r c e s o f u s e f u l p r e pa r a t i t i a n d a n a -l y t i c a l p r o c e d u r e s .

No r e c i p e s a r e g i v e n f o r r a d i o c h e mi c a l p r o c ed u r e s . Ra t k r t h e e s s e n t i a lc h e mi c a l f e a t u r e s o f t h e p r o c e d u r e s a r e s umn e r i z e d .

T wo o t h e r p o i n t s a r e wmt h n o t i n g . T h e t e r m i o d i n e i s u s e d wh e n n o s p e -c i f i c o x i d a t i o n s t a t e o f t h e e l e mn t i s i n d i c a t e d , a n d i t ms i n de x e d u n d e rh e a d i n g s o f c a r r i e r - f r e e i n c l u d e b o t h t h o s e wh e r e i t wa s s o s t a t e d e x p l i c i t l ya n d t h o s e wh e r e t h e r e wa s a s t r o n g i n d i c a t i o n o f t h a t c o n d i t i o n .

T h e a u t h o r s a r e d e e p l y i n d e b t e d t o t h e me mb e r s o f Gmu p CNC- 1 1 o f t h e L o sA l a mo s Sc i e n t i f i c L a t mr a t o r y wh o p r o v i d e d a s s i s t a n c e i n t h e p r e p a r a t i o n o f t h ema n u s c r i p t . We a r e p a r t i c u l a r g r a t e f u l t o J a me s E . Sa t t i z a h n , J r . f o r p r o v i d i n ga n a t mo s p h e n i n wh i c h i t wa s s t i mu l a t i n g a n d p l e a s a n t t o wo r k , t o Pa t r i c k H .Gr a n t f o r t h e i n f o r ma t i o n f r o m wh i c h t h e T a b l e o f I s o t o p e s i n Se c t i o n I wa sc o n s t r u c t e d . a n d t o W l l i a m R . Da n i e l s , J e a n n e Ha s t y , a n d Pe t r i t a Ol i v e r f o r t l wI Mn y h o u r s t h e y s p e n t i n c o l l e c t i n g l i t e r a t u r e ma t e r i a l . We t h a n k L y n n He l msa n d E t h e l e e n W l l o w f o r a n e x p e r t t y p i n g j o b a n d Ku r t Wo l f s b e r g f o r h i s a s s i s t -a n c e i n s ee i n g t h e ma n u s c r i p t t h mu g h t h e f i n a l p u b l i s h i n g s t e p s .


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Contents,I . SOME GENERAL I NF ORMAT I ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

T a b l e o f I s o t o p e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Ox i d a t i o n Po t e n t i a l S c h e me s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Re a c t i o n s o f I o d i n e Sp e c i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . , , . 8

I s o t o p i c Ex c h a n g e Re a c t i o n s . . . . . , . . . . . . . . . . . . 8Re d o x Re a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

An o ma l o u s B e h a v i o r o f Ca r r i e r - F r e e I o d i n e . . . . . . . . . . . . . 1 4I n o r g a n i c S y s t e ms , . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4Or g a n i c Sy s t e ms . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . 1 7B i o l o g i c a l S y s t e ms . . . . . . . . . , . . . . . . , . . . . . 1 8De t e r mi n a t i o n o f t h e Sp e c i f i c A c t i v i t y o f Ra d i o a c t i v e I o d i n e . 2 0S t a b i l i t y o f Hi g h l y Co n c e n t r a t e d C a r r i e r - F r e e I o d i d e - 1 3 1So l u t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1

1 1 . PREPARAT I ON OF I ODI NE I SOT OPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5I o d i n e - 1 2 1 ( 2 . l h ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5I o d i n e - 1 2 3 ( 1 3 , 2 h ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5

P r e p a r a t i v e Re a c t i o n s . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . 2 51 2 3 1 2 S b ( 4 He , 2 n ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 61 2 3 1 2 2 T e ( d , n ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7

2 2 T e ( 4 He , 3 n ) 23 X e ~ > 2 3 1 . . . . . . . . . . . . 2 71 2 3 I Ge n e r a t o r s , . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . 2 7

I o d i n e - 1 2 4 ( 4 . 2 d ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8I o d i n e - 1 2 5 ( 6 0 . 1 4 d ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9I o d i n e - 1 2 6 ( 1 3 . 0 2 d ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0I o d i n e - 1 2 8 ( 2 5 . Om) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0I o d i n e - 1 2 9 ( 1 . 5 7 x 1 0 7 y ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1I o d i n e - 1 3 0 : 3 0mI ( 9 . Om) ; 3 6 g ; ( 1 2 , 3 6 h ) . . . o , . . o , . . . . 3 1I o d i n e - 1 3 1 ( 8 . 0 4 d ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

Re c o v e r y f r o mE l e mmt a l T e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3Re c o v e r y f r mmT e 0 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . 3 3Re c o v e r y f r o mMg 3 T e 0 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4

I o d i n e - 1 3 2 ( 2 . 3 h ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 3 2 mI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 3 2 g I Ge n e r a t o r s . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

I o d i n e - 1 ~ 3 ( 2 0 . 8 h ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6I o d i n e - 1 3 4 ( 5 3 m) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6


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I o d i n e - 1 3 6 ( 8 3 s ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6I I I . PROCEDURES FOR THE DETERMINATION OF RADIOACTIVE I ODI NE I N

I nI nI nI nI n

V A RI OU S ME DI AF i s s i o n P r o d u c t s . .Wa t e r . . . . . . . .Mi l k . . . . . . . .B i o l o g i c a l Ma t e r i a l st h e A t mo s p h e r e . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , 4 1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2I V .

v .

V I .

V I I .

PROCEDURES F OR T HE DET ERMI NAT I ON OF I ODI NE B Y NE UT RON ACT I VA TI ON . . 4 3I o d i n e i n Wa t e r . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3I o d i n e I n B i o l o g i c a l Ma t e r i a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3I o d i n e i n A t mo s p h e r i c S a mp l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 51 3 1 1Se q u e n t i a l A n a l y s i s o f L o w L e v e l s o f , 1 2 9 1 , a n d 1 2 7 1 . . . . . 4 5P ROCE DURE S F OR T HE R AP I D S EP ARA T I ON O F RA DI OA CT I V E I ODI N E

F ROM F I SS I ON PRODUCT S . , . . . . , . . . . . . . . . . . 4 7PROCEDURES F OR T HE SEPARAT I ON OF I ODI NE SPECI ES F ROM EACH OT HER . . 4 9I o d i d e a n d I o d a t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9Mo l e c u l a r I o d i n e , I o d i d e , a n d I o d a t e . . . . . . . . . . . . , , , . 4 9I o d a t e a n d Pe r i o d a t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . 5 0I o d i d e , I o d a t e , a n d Pe r i o d a t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0Mo l e c u l a r I o d i n e , I o d a t e , a n d Pe r i o d a t e . . . . . . . . . , . . , . 5 1I o d i d e f r o m Or g a n i c a l l y - B o u n d I o d i n e . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1

B I B L I OGRAPHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3V I I I . I NOEX T O BI BL I OGRAPHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 7


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Radiochemistry of lodine

I . S OME GE NE RA L I N FORMA T I ONT a b l e o f I s o t o p e s

I n t h i s t a b l e a r e l l s t e d a l l t h e k n o wn I s o t o p e s o f t h e e l e me n t i o d i n e .Co l u mn 1 g i v e s t h e ma s s n u mb e r o f e a c h i s o t o p e a s a s u p e r s c r i p t . Co l u mn 2g i v e s a t o mi c ma s s es f o r t h e i n d i v i d u a l i s o t o p e s i n a t o mi c ma s s u n i t s ( 1 2 C s c a l e ) .Ha l f - l i v e s a r e g i v e n i n c o l u mn 3 . T h e s y mb o l s u s e d I n t h i s c o l u mn a r e Y =y e a r s , d = d a y s , h = h o u r s , m = mi n u t e s , s = s e c o n d s . Co l u mn 4 l i s t s i n f o r ma -t i o n o n n wd e s o f d e c a y a n d r a d i a t i o n s e mi t t e d a n d t h e i r e n e r g i e s . T h e n u mb e r sf o l l o wi n g t h e s y mb o l s a r e t h e me a s u r e d e n e r g i e s o f t h e r a d i a t i o n s i n mi l l i o n s o fe l e c t r o n v o l t s ; f o r B - a n d B + d e c a y s t h e e n e r g i e s l i s t e d a r e t h e i n a x i n u m0 -p a r t i c l e k i n e t i c e n e r g i e s f o r e a c h t r a n s i t i o n . A l s o i n c l u d e d i n t h i s c o l u mn a r et h e p e r c e n t a b s o l u t e ( % A ) a n d p e r c e n t r e l a t i v e ( % R ) i n t e n s i t i e s o f t h e g a mmar a y s . T h e p e r c e n t a b s o l u t e i n t e n s i t y i s d e f i n e d a s t h e y - r a y a b u n d a n c e o rp h o t o n s p e r 1 0 0 d e c a y s o f t h e p a r e n t . T h e p e r c e n t r e l a t i v e i n t e n s i t y i s d e f i n e da s t h e i n t e n s i t y o f t h e y - r a y r e l a t i v e t o t h e mo s t i n t e n s e y - l i n e o f t h e n u c l i d e .


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I s o t o p e I s o t o p i cM a s s Ha l f - L i f eDe c a y Mo d e s , Ra d i a t i o n s ,Ma j o r En e r g i e s , A b s o l u t ea n d Re l a t i v e I n t e n s i t i e s . Re f .

1 2 6 1

1 2 7 1

1 2 8 1

1 2 9 1

1 3 0 1

1 3 1 1

1 3 2 1

1 3 3 1

1 2 5 . 9 0 5 6 2 2

1 2 6 , 9 0 4 47

1 2 7 . 9 0 5 8 1 3 4

1 2 8 . 9 0 4 9 8 9

1 2 9 . 9 0 6 7 2 3

1 3 0 . 9 0 6 1 2 6 9

1 3 1 . 9 0 8 0 0

1 3 2 . 9 0 7 8 3

1 3 . 0 2 d

S t a b l e( 10 0 %A b u n d a n c e )2 4 , 9 9 m

1 . 5 7 X1 0 7 Y

9 . 0 m

1 2 . 3 6 h

8 . 0 4 d

8 3 . 6 m

2 . 3 0 h

9 s2 0 . 8 h

Ec ; B+ l . l ; B - 0 . 8 6 , 1 . 2 ;y 0 . 3 8 8 5 ( 3 2 %A ) , 0 . 4 9 2 0( 1 . 9 % A ) , 0 . 6 6 6 2 ( 2 9 . 1 % A ) , 1 1 30 . 7 5 3 7 ( 3 . 7 %A )

2 6EC; B+ ; ~ - 2 . 1 , 1 . 7 ; Y0 . 4 4 2 9 1 ( 1 6 %A ) , 0 . 5 2 6 6 2 1 , 1 4( 1 . 5 %A ) , 0 . 9 6 9 4 ( 0 . 4 %A )B - 0 . 1 5 ; Y0 . 0 3 9 5 8 ( 7 . 5 0% 1 , 1 5A )Me t a s t a b l e ; 0 - 2 . 5 , 1 . 9 ;YO. 5 36 0 9 ( 1 6 . 7 %A ) ,0 . 5 8 6 0 5 ( 1 . 1 4% A ) , 1 . 1 2 2 1 5 1 , 1 6( 0 . 1 8% A) , 1 . 6 1 4 10 ( 0 . 4 8%A )Gr o u n d s t a t e ; ~ - 1 . 0 , 0 . 6 2 ;Y 0 . 4 1 8 01 ( 3 4 . 2 %A ) . 0 . 5 3 6 0 9( 9 9 . 0 % A) , . 0 . 6 6 8 5 4 - ( 9 6 . 1 % A) , 1 , 1 50 . 7 3 9 48 ( 8 2 . 3 %A ) , 1 . 1 5 7 47( 1 1 . 3 1 %A )B - 0 . 6 1 , 0 . 3 3 ; YO. 0 8 0 18 3( 2 . 6 2% A ) , 0 . 2 8 4 2 9 8 ( 6 . 0 6%A ) , 0 . 3 6 4 4 80 ( 8 1 . 2 % A ) ,0 . 6 3 6 97 3 ( 7 . 2 7% A ) , 0 . 7 2 2 89 3( 1 . 8 0 %A )Me t a s t a b l e ; f 3 - 1 . 5 , 0 . 8 ;~ 8 y # g ; : 3 ~ : ; 9 : / & ! ~ ~ OA ) ,0 . 6 1 0 0 ( 1 . 4 % A ) , 0 . 6 1 4 0( 2 . 4 % A ) , 0 . 6 6 7 7 ( 1 3 . 2 % A ) ,0 . 7 7 2 6 ( 1 3 . 2 %A )Gr o u n d s t a t e ; B - 1 . 2 , 2 . 1 ;1 0 . 5 2 2 6 5 ( 1 6 . 1 %. A ) , 0 . 6 3 0 2 21 3 . 7 %A , 0 . 6 6 7 6 9 ( 9 8 . 7 % A ) , 1 , 1 5/. 7 7 6 2 0 7 6 . 2 % A) , 0 . 9 5 4 5 5( 1 8 . 1 %A )Me t a s t a b l e ; y 0 . 0 7 3 , 0 . 6 4 7 , 1 , 1 80 . 9 1 3Gr o u n d s t a t e ; B - 1 . 2 ; Y0 . 5 2 9 88 9 ( 8 7 . 3 %A ,1 1 , 1 50 . 8 7 5 37 0 ( 4 . 4 0%A ,1 . 2 9 8 3 3 ( 2 . 2 7 %A )

1 , 1 5

1 , 1 7


12/113

Mc a v Mo de s . Ra d i a t i o n s .I s o t o p e I s o t o p i cMa s s Ha l f - L i f e1341

1 3 5 1

1 3 6 1

1 3 7 11 3 8 1

1 3 9 11 4 0 11 4 1 1

1 3 3 . 9 0 9 8 5

1 3 4 . 9 1 0 0 6 4

1 3 5 . 9 1 4 7 4

1 3 6 . 9 1 7 5 4- - - - -

- - - - -- - - - -- - - - -

3 . 7 m

5 2 . 6 m

6 . 6 1 h

4 6 S

8 3 S

2 4 . 7 S6 . 4 0 S

2 . 4 S0 . 8 6 s0 . 4 3 s

Ma j o } En e r g { e s , A b s o l u t ea n d Re l a t i v e I n t e n s i t i e s . Re f .

Me t a s t a b l e ; B - 2 . 5 ; Y0 . 0 4 44 ( 1 0 %A ) , 0 . 2 3 4 3( 1 . 6 % A ) , 0 . 2 7 1 9 ( 7 9 %A )Gr o u n d s t a t e ; f 3 - 1 . 3 ,1 . 6 ; Y 0 . 5 9 5 3 6 2 ( 1 1 . 4 % A ) ,0 . 6 2 1 7 9 0 ( 1 0 . 6 % A) .0 . 8 4 70 2 5 ~ 9 5 . 4 % A) :

I0 . 8 8 4 0 9 6 5 . 3 % A) ,1 . 0 7 2 5 5 1 5 . 3 %A )B - 1 . 4 , l . O ; Y1 . 1 3 1 5 1 1[ 2 2 . 5 % A) , 1 . 2 6 0 4 0 92 8 . 6 % A ) , 1 . 4 5 7 56I 8 . 6 %A ) , 1 . 6 7 80 39 , 5 % A )Ms t a s t a b l e ( ? ) ; B - 5 . 1 ,5 . 3 ; YO. 1 9 7 3 ( 7 1 . 3 % A ) ,0 . 3 7 00 ( 1 6 . 7 % A ) , 0 . 3 8 15(1 00% A), 1.3132 ( 1OO%A)Gr o u n d s t a t e ( ? ) ; B - 4 . 3 ,5 . 7 ; y l . 3 1 3 2 ( 6 7 %A ) ,1 . 3 2 1 3 ( 2 4 . 7 % A ) , 2 . 2 8 97( 1 1 . 3 % A ) , 2 . 4 1 4 8 ( 6 . 8 % A ) ,2 . 6 3 5 5 ( 6 . 8 %A )B - 5 . 0 ; y O. 6 0 0 9 , 1 . 2 1 6 7B - 7 . 4 , 6 . 9 ; YO. 4 8 2 7( 4 0 % A ) , 0 . 5 8 90 ( 1OO%A )0 - ; yB - ; YO. 3 7 7 1 , 0 . 4 5 7 7

1 , 1 9

1 , 1 5

1 , 1 5

1 , 2 0

1 , 2 0

1 , 2 1

2 22 32 4

6-; Y 2 5


13/113

1.2 .3 .

4 .

5 .6 .

7 .8 .9 .

1 0 .1 1 .1 2 .1 3 .1 4 .1 5 .1 6 .1 7 .1 8 .1 9 .2 0 .2 1 .2 2 .2 3 .2 4 .

2 5 .2 6 .

REF ERENCES Wa p s t r a , A . H. a n d Go v e , N. 8 . Nu c l . Da t a T a b l e s & 2 6 5 ( 1 9 7 1 ) .Ra ma n , S . a n d K i m, H. J . Nu c l . Da t a Sh e e t s @ 1 9 5 ( 1 9 7 5 ) .Ca r l s o n , G. H. , T a l b e r t , W. L . , J r . , a n d Ra ma n , S . Nu c l . Da t a S h e e t s ~ ,2 4 7 ( 1 9 7 5 ) .S e e l ma n n - E g g e b e r t , W. , P f e n n i n g , G. a n d MUn z e l , H . Ka r l s r u h e Ch a r t o f t h eNu c l i d e s , 4 t h E d i t i o n , 1 9 7 4 .E r d t ma n n , G. a n d S o y k a , W. J . Ra d i o a n a l . Ch e m. & , 3 7 5 ( 1 9 7 5 ) .Ca r l s o n , G. H. , T a l b e r t , W. L . , J r . , a n d Ra ma n , S . Nu c l . Da t a S h e e t s ~ ,1 ( 1 9 7 6 ) .K o c h e r , D. C . Nu c l . Da t a S h e e t s 1 7 , 3 9 ( 1 9 7 6 ) .Ho r e n , D . J . Nu c l . Da t a Sh e e t s ~ , 7 5 ( 1 9 7 1 ) .8 e r t r a n d , F . E . Nu c l . Da t a Sh e e t s ~ , 4 1 9 ( 1 9 7 2 ) .Ma r t i n , M. J . a n d 8 1 i c h e r t - T o f t , P . H. Nu c l . Da t a T a b l e s A 8 , 1 ( 1 9 7 0 ) .Be r t r a n d , F . E . Nu c l . Da t a Sh e e t s Q, 9 1 ( 1 9 7 3 ) .A u b l e , R . L . Nu c l . Da t a S h e e t s ~ , 4 6 5 ( 1 9 7 2 ) .A u b l e , R . L . Nu c l . Da t a S h e e t s ~ , 1 2 5 ( 1 9 7 3 ) .A u b l e , R . L . Nu c l . Da t a S h e e t s ~ , 1 5 7 ( 1 9 7 3 ) .Ma r t i n , M. J . ORNL - 5 1 1 4 , ( 1 9 7 6 ) .Hi d d l e s t o n , H. R . a n d 8 r o wn e , C. P . N u c 1 . Oa t a Sh e e t s ~ , 1 3 3 ( 1 9 7 4 ) . H i d d l e s t o n , H. R . a n d B r o wn e , C . P . Nu c l . Da t a Sh e e t s 1 7 , 2 2 5 ( 1 9 7 6 ) .He n r y , E . A . Nu c l . Da t a S h e e t s f l , 4 9 5 ( 1 9 7 4 ) .He n r y , E . A . Nu c l . Da t a Sh e e t s 1 5 , 2 0 3 ( 1 9 7 5 ) .B u n t i n g , R . L . a n d K r a u s h a a r , J . J . Nu c l . Da t a Sh e e t s 1 3 , 1 9 1 ( 1 9 7 4 ) .B u n t i n g , R. L . Nu c l . Da t a S h e e t s ~ , 3 3 5 ( 1 9 7 5 ) .P a n c h o l i , S . C. a n d Ma r t i n , J . J . Nu c l . Da t a Sh e e t s ~ , 1 6 7 ( 1 9 7 6 ) .Gr e e n wo o d , L . R . Nu c l . Da t a Sh e e t s 1 2 , 1 3 9 ( 1 9 7 4 ) .Pe k e r , L . K . , S l g a l o v , V . M. , a n d Kh a r l t o n o v , Yu . I . Nu c l . Da t a Sh e e t s ~ ,3 4 3 ( 1 9 7 4 ) .A u b l e , R. L . Nu c l . Da t a Sh e e t s @ 1 5 1 ( 1 9 7 3 ) .F r i e d l a n d e r , G. , K e n n e d y , J . W. , a n d Mi l l e r , J . M. Nu c l e a r a n d Ra d i o -c h emi s t r y , 2 n d e d i t i o n , J o h n W l e y a n d S o n s , I n c . ( 1 9 6 4 ) . p . 5 4 9 .


14/113

.,. .

Ox l d a t l o n P o t e n t i a l S c he msT h e p o t e n t i a l s c h e me s ( 1 ) f o r i o d i n e sp e c i e s a t u n i t a c t i v i t y a n d 1 0 - 7 u n i t

a c t i v i t y i n a c i d i c a n d b a s i c s o l u t i o n s a r e s h o wn b e l o w.T h e o n l y e x p e c t e d t h e r mo d y n a mi c d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e b eh a v i o r o f I o d i n e

a t l o w c o n c e n t r a t i o n s a n d i t s b e h a v i o r a t n o t ma l c o n c en t r a t i o n s i s d u e t o t h ed e c r e a s e d s t a b i l i t y o f 1 2 a t l o w c o n c e n t r a t i o n s , 1 2 b e i n g b o t h a b e t t e r o x i d l z -i n g a n d a b e t t e r r e d u c i n g a g e n t wh e n t h e c o n c e n t r a t i o n o f 1 2 I s l o w. F o r e x -a mp l e , c o n s i d e r t h e h y d r o l y s i s o f 1 2 .

1 2 ( a q ) + H2 0 = H+ + l - +HI O K= 3 x 1 O - 1 3 ( 2 )

I n a n a q u e o u s s o l u t i o n a t p H 7 , 1 2 i s 8 p e r c e n t h y d r o l y z e d wh e n t h e t o t a l I o d i n ec on c en t r a t i o n i s 1 0 - 3 Ha n d 9 3 p e r c e n t h y d r o l y z e d w h e n t h e t o t a l i o d i n e c o n c en -t r a t i o n i s 1 0 7 & A t n o r ma l c o n c e n t r a t i o n s o f i o d i n e , HI O I s q u i t e u n s t a b l ew i t h r e s p e c t t o d e c o mp o s i t i o n i n t o 1 2 a n d I O; . A t l o w c o n c e n t r a t i o n s o f i o d i n e ,HI O i s o n l y s l i g h t l y u n s t a b l e .

REFERENCES1 . L a t i me r , W. M. T h e Ox i d a t i o n S t a t e s o f t h e E l e me n t s a n d t h e i r P o t e n t i a l s

i n Aq u e o u s S o l u t i o n s , 2 n d e d i t i o n , P r e n t i c e - Ha l l , I n c . ( 1 9 5 2 ) , p . 6 7 .2 . 8 r a y , W. C. a n d Co n n o l l y , E . L . J . Am. Ch e m. SOC. Q 1 4 8 5 ( 1 9 1 1 ) .


15/113

Po t e n t i a l S c h e me s f o r I o d i n e S p e c i e s a t Un i t A c t i v i t y a n d 1 0 - 7 Un i t A c t l v l t yI n Vo l t s a t 2 5 C

I o d i n e S pe c i e s a t Un i t A c t i v i t y I o d i n e S pe c i e s a t 1 0 - 7 Un i t A c t i v i t y

H+ A c t i v i t y = 1

1 - - 0 . 6 2 1 2 ( a q ) - 1. 3 6 HI O - l . 1 4 I O ; ( - 1 . 7 ) H5 10 6 1 - - 0 . 8 3 1 2 ( a q ) - 1 1 5 H I O - l . 1 4 I O ; ( - 1 . 7 ) H5 10 6+

OH- A c t i v i t y = 1

1 0 - - 0 . 1 4 I O; ( - 0 . 7 ) H3 1 0 6 2 - _ _- - 0 . 8 3 1 2 ( a q ) - 0 . 1 5 1 0 - - 0 . 1 4 I O ; ( - 0 . 7 ) H3 10 62 -


16/113

Re a c t i o n s o f I o d i n e Sp e c i e sI s o t o p i c E x c h a n q e Re a c t i o n s .

T h e r a t e s o f i s o t o p i c e x c h a n g e o f i o d i n e a t o ms b e t w e e n v a r i o u s i o d i n es p e c i e s i n a q u eo us me d i a a r e s u mma r i z e d b e l o w.

Re a c t a n t s1 - , 1 21 - , 1 0 -1 - , 1 0 ;1 - , 1 0 ;1 - , 1 0 ;1 - , 1 0 ;1 - , 1 0 ;1 - , 1 0 ;

1 2 1 0 31 0 - , 1 0 -- 31 2 , 1 0 4 -1 0 i 0 4

Co mn e n t s o n t h e r a t e o f e x c h a n g eVe r y r a p i d a t r o om t e mp e r a t u r e .Ra p i d .V e r y s l o w I n n e u t r a l s o l u t i o n s .So me e x c h a n g e i n n e u t r a l s o l u t i o n a t 2 4 0 C o v e r2 4 h o u r s ; a n i n d u c t i o n p e r i o d wa s o b s e r v e d .Ve r y l i t t l e e x c h a n g e o v e r 1 2 h o u r s i n a mmo n i a c a ls o l u t i o n s a t r o o m t e mp e r a t u r e .No e x c h a n g e i n n e u t r a l s o l u t i o n s a t 5 0 C i n 1 6 0 0h o u r s .No e x c h a n g e o b s e r v e d i n a l k a l i n e s o l u t i o n s .No e x c h a n g e i n n e u t r a l s o l u t i o n a t 1 0 0 C o v e r 3h o u r s .V e r y s l o w a t 2 5 C i n 1 ~ H+ .Ve r y s l o w i n a l k a l i n e s o l u t i o n o f p H 1 2 .No e x c h a n g e i n 1 ~ KN0 3 a t PH 1 0 . 5 .E x c h a n g e o c c u r s o n l y i n a c i d i c s o l u t i o n s a n d h e r eb u t s1oW1Y.

Re d o x Re a c t i o n s .

Re f .1 , 2 , 34 , 1 35 , 1 4 , 1 56 , 74 , 1 51 5

8 , 1 59 , 1 55

1 0 , 1 41 1

1 2 , 1 4

T h e r a t e s o f s ome r e do x r e a c t i o n s o f i o d i n e s pe c i e s a t r o om t e mp e r a t u r e a r eg i v e n b e l o w. A d i s c u s s i o n o f t h e me c ha n i s ms o f s ome r e a c t i o n s o f i n o r g an i ci o d i n e c omp o u n d s ma y b e f o u n d e l s e wh e r e . ( 3 1 )


17/113

Re a c t i o n4 1 : + 0 2 + 4 H+ = 2 1 2+ 2 H2 0

2 1 - + * H+ + H2 0 2 -1 2 + 2 H2 05 1 - + I O; + 6 H+ = 3 1 2+ 3 H2 02 1 - + 2 Ce 4 + = 2 Ce 3 ++ 1 26 1 - + Cr 2 0 7 2 - + 1 4 H+= 2 Cr 3 + + 3 1 2 + 7 H2 0

21- + 2Fe3+1 2 +2 F ( ? 2 +

21- + Hc l o + H+=1 2 + Cl - + H2 04 1 - + 2 CU2 + = 2 CUI+ 1 2

2 1 - + 2 HN0 2 + 2 H+ =1 2 + 2 N0 + 2 H2 04 1 - + C1 0 2 - + 4 H+ =2 1 2 + Cl - + 2 H2 0

7 1 - + 1 0 ~ + 8 H+ =4 1 2 + 4 H2 02 1 - + I O; + 3 HCN +3 H+ = 3 1 CN + 3 H2 0I - + 3 HC1 1 3= I O ; +3 H+ + 3 C1 -

Co n s n e n t s Re f .S l o w i n l o w c o n c e n t r a t i o n s o f H+ I o n .T h e r a t e i s i n c r e a s e d a t h i g h c o n c e n t r a -t i o n s o f H+ i o n . T h e r e a c t i o n i s i n d u c e db y l l g h t a n d v a r i o u s i o n s .Mo d e r a t e l y r a p i d i n 0 . 1 ~ H+ i o n . Ha s t e n -e d b y n ml y b d a t e .Ra p i d I n a c i d i c s o l u t i o n .

Ra p i d i n a c i d i c s o l u t i o n .

V e r y s l o w a t l o w c o n c e n t r a t i o n s o f H+ i o n .Mo d e r a t e l y r a p i d i n 0 . 3 ~ H+ i o n ; t h e r e -a c t i o n i s c o mp l e t e i n a b o u t f i v e mi n u t e s .Re v e r s i b l e a n d ~ d e r a t e l y r a p i d i n a c i d i cs o l u t i o n s ; e q u i l i b r i u m i s e s t a b l i s h e d I ns e v e r a l mi n u t e s .Ra p i d i n d i l u t e a c i d .

Qu a n t i t a t i v e a n d r a p i d .

Ra p i d .

V e r y s l o w i n HOAC; r a p i d i n s t r o n g e r a c i d .

Ra p i d i n a c i d .

Qu a n t i t a t i v e i n 0 . 2 5 ~ H2 S 0 4 .

Ra p i d i n s l i g h t l y a c i d i c s o l u t i o n .

1 6

1 7 , 1 8

5

1 9

2 0

1 6

1 8

1 8

1 8

1 8

2 1

1 8

2 2


18/113

Co n r ms n t se a c t i o n1 - + C1 O; = I O; + Cl -

Re f .2 32 21 41 4

2 1

Mo d e r a t e l y r a p i d I n 0 . 1 ~ HN0 3 a t 1 0 0 C.21- + 1 0 ~ + H2 0 =1 0 ; + 1 2 + 20 H-

Mo d e r a t e l y r a p i d a t p H 3 .Ra p i d i n n e u t r a l me d i a .S l o w i n a l k a l i n e s o l u t i o n s ; 1 ~ KOH.

21- + I ( J ~ + 2H+=10; + 1 2 + H20

Ra p i d i n a c i d i c s o l u t i o n .

2 1 - + 6 C1 2 + 6 H2 0 =2 1 0 ; + 1 2 C1 - + 1 2 H+

Ra p i d i n n e u t r a l o r we a k l y a c i d i c me d i u m. 1 8

2 1 - + 6 B r 2 + 6 H2 0 =2 1 0 ~ + 1 2 B r - + 1 2 H+

Ra p i d i n n e u t r a l o r we a k l y a c i d i c me d i u m. 18

1 - + 1 2 ( a q ) = I i Ra p i d a n d r e v e r s i b l e ; K= 7 6 8 a t 2 5 C.

F a i r l y r a p i d . K= 5 . 4 x 1 0 - 1 3 a t 2 5 C.

2 4

2 5 , 2 62 ( a q ) + H2 0 = H+ +1 - + HI O

1 2 j - H2 s 0 3 + 2 + =S0 4 + 21- + 4HRa p i d . 1 6 , 2 7

1 2 2 2 s 2 0 3 2 - = 2 1 - + 4 6 -

Ra p i d i n n e u t r a l o r a c i d i c s o l u t i o n s . 1 8

2 1 2 + AS2 0 3 + 5 H2 0 =4 1 - + 2 H3 A s 04 + 4 H+

Co mp l e t e l y r e v e r s i b l e ; a t p H b e t w e e n 9a n d a b o u t 4 , t h e r e a c t i o n p r o c e e d s t o t h er i g h t r a p i d l y ; i n s t r o n g l y a c i d i c me d i u mt h e r e a c t i o n g o e s f r o m r i g h t t o l e f t .

1 8

Ra p i d . 1 8

1 84 1 2 + ; ~ 0 32 - + 1 0 OH-= 2s04 + 131-+ 5H20Ra p i d i n Na 2 C0 3 s o l u t i o n .

1 2 + H2 S ( a q ) = S +2 H+ + 2 1 -

P r o c e e d s i n a c i d i c me d i a . 1 8


19/113

Re a c t i o n Co mn e n t s Re f .1 2 + 7 Xe F 2 + 1 6 0 H- = Ra p i d , 2 82 1 0 ~ + 7 X e + 1 4 F - +1 3 H 2 02 1 2 + 1 0 ; + 6H++ I n a t l e a s t 3 ~ HCl r e a c t i o n i s q u a n t i - 1 85 C1 - = 5 1 C1 + 3 H2 0 t a t i v e .

1 2 + 5 H2 0 2 u 2 H+ + Ra p i d i n 0 . 1 ~ H+ i f I O; i s p r e s e n t . 1 72 1 0 ; + 4 H2 0

3 0 1 - + CH3 COCH3 = Mo d e r a t e l y r a p i d . 1 8CH1 3 + OAC- + 2 0H-

3 0 1 - = I O; + 2 1 - Ve r y r a p i d a t p H g r e a t e r t h a n 8 ; 1 8 , 2 9

3 H2 S ; 3 + 1 0 ; Ra p i d i n a c i d i c s o l u t i o n s . 2 73 s 0 4 - + 1 - + 6 H+

2 1 0 ; 2 H+ + 5 H2 0 2 S l o w i n 1 ~ H+ . 1 7= 1 2 + 6 H2 0 + 5 0 2

1 0 ; 2 S0 2 + Cl - + Re a c t i o n i s q u a n t i t a t i v e wh e n t h e f o r ma l i t y 1 8H2 0 = 2 H+ + 2 S0 4 2 - + o f HC1 i s 3 o r g r e a t e r .I C l

1 0 - + N2 H4 + Cl - +$ Re a c t i o n i s q u a n t i t a t i v e wh e n t h e f o r ma l i t y 1 82 H = I C1 + 3 H2 0 + N2 o f HC1 i + 3 o r g r e a t e r .

s 4 ~ 6 + 2 1 0 ; + 4 H+ + Re a c t i o n i s q u a n t i t a t i v e wh e n t h e f o r ma l i t y 1 82 C A s 4 0 1 0+ 2 1 c o f HC1 i s 3 o r g r e a t e r .+ 2 H2 0

I Oj + C1 2 + 2 0 H- = Ra p i d i n a s t r o ng l y b a s i c s o l u t i o n . 2 2 , 2 3I O; + 2 C1 - + H2 0

1 4 NH3 0 H+ + 4 1 0 - =4 Ra p i d i n a c i d i c s o l u t i o n . 3 02 1 2 + 7 N2 0 + 1 0 H +2 3 H2 0


20/113

1.2 .3 .

4 .5 .6 .7 .

8 .9 .

1 0 .

1 1 .

1 2 .1 3 .

1 4 .1 5 .1 6 .

1 7 .1 8 .

1 9 .2 0 .2 1 .2 2 .2 3 .

REFERENCESDo d s o n , R. W. a n d F o wl e r , R. O. J . F u n . Ch e m. So t . f l , 1 2 1 5 ( 1 9 3 9 ) .J u l l u s b e r g e r , F . , T o p l e y , B . , a n d We i s s , J . J . Ch e m. So t .Hu l l , D . E . , S h i f l e t , C . H . , a n d L i n d , S . C. J . Am. Ch e m.( 1 9 3 6 ) .He l l a u e r , H. a n d S p i t z , H. B l o c h e m. Z . ~ , 4 0 ( 1 9 5 3 ) .My e r s , O. E . a n d Ke n n e d y , J . W. J . Am. Ch e m. S o t . ~ , 8 9 7A r n i k a r , H . a n d T l p a t h i , R . J . Ch r o ma t o g r . ~ , 3 6 2 ( 1 9 6 2 ) .

1 2 9 5 , ( 1 9 35 ) .S o t . 5 & , 5 3 5

( 1 9 5 0 ) .

F i a l k o v , Y u . Ya . I z v e s t . V y s s h i k Uc he b . Z a v e d e n n i y , K h i m. i K h i m. T e k h n o l .~ , 3 1 4 ( 1 9 6 1 ) ; Ch e m, Ab s t r . 1 3 2 0 6 e ( 1 9 6 2 ) .Oa u d e l , R. , Da u d e l , P . , a n d Ma r t i n , M. Co mp t . Re n d . 2 1 9 , 1 2 9 ( 1 9 4 4 ) .Po l e s s i t s ~ , A . Co mp . Re n d ( Do k l a d y ) USSR* 5 4 0 ( 1 9 3 9 ) .Cl e a r y , R. E . , Ha mmi l l , W. H . , a n d W l l i a ms , R. R . J . Am. Ch e m. So t .~ , 4 6 7 5 ( 1 9 5 2 ) .Go o d , M. L . , P u r d y , M. B . a n d Ho e r i n g , T . J . I n o r g . Nu c l . Ch e m. ~ , 7 3( 1 9 5 8 ) .Co t t i n , M. a n d Ha i s s i n s k i , M. Co mp t . Re n d . ~ , 1 6 3 6 ( 1 9 4 7 ) .Ha s h i n mt o , T . , T a ma i , T . , Ma t s u s h i t a , R. , a n d K i s o , Y . J . Nu c 1 . SC i .T e c h n o l . ( T o k y o ) ~ , 9 2 ( 1 9 7 0 ) .B o y d , G. E . a n d L a r s o n , Q. V . J . Am. Ch e m. So t . U,F u r u i c h i , R. a n d L i e b h a f s k y , H . A . Bu l l . Ch e m. So t .Swi f t , E . H . A Sy s t e m o f Ch e mi c a l A n a l y s i s f o r t h eP r e n t i c e - H a l l , I n c . , Ne w Yo r k , ( 1 9 4 6 ) .B r a y , W. C. a n d L i e b h a f s k y , H. A . J . Am. Ch e m. So t .

4 6 39 ( 1 9 6 9 ) .J a p . 4 6 , 2 0 0 8 ( 1 9 7 3 ) .Co mmo n E l e me n t s ,

Q, 3 8 ( 1 9 3 1 ) .K o l t h o f f , I . M. , S a n d e l l , E . B . Me e h a n , E . J . , a n d B r u c k e n s t e i n , S . , Qu a n t i t a t i v e Ch emi c a l A n a l y s i s , T h e Ma c mi l l a n Co . , ( 1 9 6 9 ) .K o l t h o f f , I . M. a n d L a i t i n en , H. A . J . Am. Ch e m. So c . f l , 1 6 9 0 ( 1 9 3 9 ) .B e a r d , R . F . a n d T a y l o r , N . W. J . Pm. Ch e m. So t . U, 1 9 7 3 ( 1 9 2 9 ) .S p i r i d on , S . a nd Ca l u s a r u , A . J . I n o r g . Nu c l . Ch e m. ~ , 7 1 3 ( 1 9 7 3 ) .Cv o r i c , J . J . Ch r o ma t o g . 4 4 , 3 4 9 ( 1 9 6 9 ) .Na e u ma n n , R . J . Ch r o ma t o g . ~ , 3 8 5 ( 1 9 6 5 ) .


21/113

2 4 .2 5 .2 6 .2 7 .

2 8 .

2 9 .3 0 .

3 1 .

Da v i e s , M. a n d G+ v y n n e , E . J . Am. Ch e m. S o t . & 2 7 4 8 ( 1 9 5 2 ) .B r a y , W. C. a n d Ca u l k i n g , A . L . J . Am. Ch e m. S o t . ~ , 4 4 ( 1 9 3 1 ) .A l l e n , T . L . a n d Ke e f e r , R. M. J . Am. Ch e m. So t . 7 7 _ , 2 9 5 7 ( 1 9 5 5 ) .S k r a b a l , A , a n d Z a h o r k a , A . Z . E l e c t r o c h e m. a n g e w. p h y s i k . Ch e m. ~ ,4 2 ( 1 9 2 7 ) .Hi l l ma n , M. , Na g y , A . a n d We i s s , A . J . Ra d l o c h i m. A c t s , ~ , No . 1 , 9( 1 9 7 3 ) .L i , C. H. a n d Wh i t e , C . F . J . A n . Ch e m. So t . @ 3 3 5 ( 1 9 4 3 ) .L a t i me r , W. M. T h e Ox i d a t i o n S t a t e s o f t h e E l e me n t s a n d T h e i r P o t e n t i a l sA q u eo us So l u t i o n s , 2 n d E d . , P r e n t i c e - H a l l , I n c . , ( 1 9 52 ) .Mo r g a n , K . J . Qu a r t e r l y Re v i e ws ~ , 1 2 3 ( 1 9 5 4 ) .


22/113

An o ma l o u s Ch e mi c a l B e h a v i o r o f Ca r r i e r - F r e e I o d i n e ( l ) .I n o r q a n i c S y s t e ms

T h e d i f f e r e n c e I n b e h a v i o r o f v e r y s ma l l a mo u n t s o f i o d i n e f r o m t h e k n o wnb e h a v i o r o f ma c r o a n mu n t s o f t h e e l e me n t wa s f i r s t s u s p e c t e d b e c a u s e o f t h e d i f -f i c u l t y o f a c h i e v i n g c o mp l e t e e x c h a n g e o f t h e mi n u t e a mo u n t s o f r a d i o a c t i v ei o d i n e i s o t o pe s f o r me d i n f i s s i o n , a n d b y b e t a d e c a y , wi t h ma c r o a mo u n t s o f t h es t a b l e i n o r g a n i c f o r ms o f i o d i n e ( 1 - , 1 2 , I O; , I O; ) a d d e d a s c a r r i e r ( 2 ) .

T h e a n o ma l o u s b e h a v i o r o f c a r r i e r - f r e e i o d i n e ( 3 ) i s e x e mp l i f i e d b y t h ef o l l o wi n g p r o c e d u r e ( 4 ) wh i c h g a v e t h e r e s u l t s l i s t e d i n T a b l e 1 . E i g h t mi n i -l i t e r s o f r e a c t i o n s o l u t i o n wa s e x t r a c t e d s u c c e s s i v e l y w i t h t w o 5 - ml p o r t i o n s

T a b l e 1Ox i d a t i o n o f Ca r r i e r - F r e e 1 - i n 0 . 5 Z H2 S0 4 b y Ce ( I V ) a t

( 8 ml ; 0 . 0 1 5 ~ Ce ( I V ) , 0 . 0 1 5 ~ Ce ( 1 1 1 ) ; 3 0 mi n u t e s )Be n z e ne e x t r a c t , A q u eo u s e x t r a c t5 ml o f b e n z e n e , 5 ml A c t i v i t y , %

H2 0 - A 3 3H2 0 - B 3 4 0

A o . 2 ~ K I 40 . 1 ~ Na OH 9

L e f t i n b e n z e n e - 1 1B - - - - - - - 4

C( 1 2 c a r r i e r ) - - - - - - - 8E x t r a c t e d a q u e o u sr e a c t i o n s o l u t i o n 1 4Ac t i v i t y a d s o r b e d o nwa l l s o f r e a c t i o n 1 4v e s s e l

2 5 a

Ch e mi c a lf r a c t i o n

1 2xY

I -2

a F r o m Ka h n , M. a n d Wa h l , A . C. J . Ch e m. Ph y s . , f l , No . 7 , 1 1 8 5 ( 1 9 5 3 ) .( r e f . 4 ) .


23/113

o f b e n z e n e ( A a n d B ) a n d o n e p o r t i o n o f b e n z e n e 0 . 0 0 7 ~ l n 1 2 ( C) . T h e f i r s tb e n z e n e e x t r a c t ( A ) wa s b a c k - e x t r a c t e d s u c c e s s i v e l y w i t h t w o 5 - i n l p o r t i o n s o fwa t e r ( H2 0 - A a n d H2 0 - B ) , 5 ml o f 0 , 2 ~ p o t a s s i u m I o d i d e , a n d 5 ml o f 0 . 1 ~s o d i u m h y d r o x i d e , T h e f o l l o wi n g c h e mi c a l f r a c t i o n s we r e i d e n t i f i e d .

1 2 : T h e b e h a v i o r o f t h e a c t i v i t y e x t r a c t e d i n t o b e n z e n e f r o m a c i d i c s o l u -t i o n ~ d b a c k - e x t r a c t e d I n t o wa t e r o r a q u e o u s p o t a s s i u m I o d i d e i s e x pe c t e d f o rmo l e c u l a r I o d i n e a t l o w c o n c e n t r a t i o n s wh e r e t h e h y d r o l y s i s e q u i l i b r i u m 1 2 ( a q )+ H2 0 = 1 - + H+ + HI O i s s h i f t e d t o t h e r i g h t . A q u e o u s i o d i d e , v i a r a p i d i s o -t o p i c e x c h a n g e wi t h mo l e c u l a r i o d i n e , s h o u l d c omp l e t e t h e b a c k - e x t r a c t i o n .

~ T h e a c t i v i t y I n t h i s f r a c t i o n I s e x t r a c t e d f r o m a c i d i c s o l u t i o n b yb e n z en e , i s n o t b a c k - e x t r a c t e d b y wa t e r , o r b y a q u e o u s s o l u t i o n s o f p o t a s s i u mi o d i d e , p o t a s s i u m I o d a t e , I r o n ( I I ) , o r s u l f u r o u s a c i d , b u t i s b a c k - e x t r a c t e d b ya q u e o u s s o d i u m h y d r o x i d e .

& S a me b e h a v i o r a s ~ e x c e p t t h a t I t i s n o t b a c k - e x t r a c t e d b Y a q u e o u ss o d i u m h y d r o x i d e .

1 - : T h e b e h a v i o r o f t h e a c t i v i t y n o t e x t r a c t e d f r o m a c i d i c s o l u t i o n b yb e n z en e b u t e x t r a c t e d b y a b e n z e n e s o l u t l o n o f mo l e c u l a r I o d i n e i s e x pe c t e d f o ri o d i d e i o n ; I o d i d e i o n e x c h a n g e s r a p i d l y w i t h mo l e c u l a r i o d i n e a n d I s n o t s o l u -b l e I n b e n z e n e .

~ : T h e b e h a v i o r o f t h e a c t i v i t y t h a t i s n o t e x t r a c t e d i n t o b e n z e n e a n dd o e s n o t e x c ha n g e wi t h mo l e c u l a r i o d i n e i s e x p e c t e d f o r i o d a t e I o n . Ho we v e r , i tt u r n s o u t t h a t , e x c e p t u n d e r d r a s t i c o x i d a t i o n c o n d i t i o n s , o n l y a s ma l l f r a c t i o no f t h i s a c t i v i t y i se x c h a n g e a b l e w i t h i o d a t e I o n .

W t h b i c h r o ma t e I o n a s t h e o x l d i z l n g a g e n t i n 0 . 5 ~ s u l f u r i c a c i d a t 2 5 ,r e s u l t s s l ml l a r t o t h o s e s u mma r i z e d i n T a b l e 1 we r e o b t a i n ed .

I n o r d e r t o d e t e r mi n e wh e t h e r f r a c t i o n ~ wa s i o d a t e ( o r s ome o x i d a t i o ns t a t e r e a d i l y e x c h a n g e a b l e w i t h i o d a t e ) , a k n o wn a r r n u n t o f p o t a s s i u m i o d a t e wa sa d d e d t o a s o l u t i o n c o n t a i n i n g t h e ~ f r a c t i o n a n d s u c c e s s i v e p r e c i p i t a t i o n s o fs i l v e r i o d a t e we r e c a r r i e d o u t . T h e f r a c t i o n o f t o t a l i o d a t e p r e c i p i t a t e d wa sd e t e r mi n e d i n e a c h c a s e a s we l l a s t h e p e r c e n t a g e o f t o t a l a c t i v i t y c a r r i e d .T h e s e e x p e r i me n t s s h o we d t h a t o x l d a t l o n o f c a r r i e r - f r e e i o d i d e i n a c i d i c c e r i u m( I V ) s o l u t i o n , a t 1 0 5 C , f o r 7 5 mi n u t e s , y i e l d e d a ~ f r a c t l o n wh i c h wa s i o d a t eo r s o me I n t e r me d i a t e c o mp l e t e l y e x c h a n ge ab l e w i t h i o d a t e ; a t r o o m t e mp e r a t u r e ,o v e r o n e - h a l f h o u r , l e s s t h a n 2 0 p e r c e n t o f t h e ~ f r a c t i o n f o r me d wa s i o d a t e .

S t u d i e s o f t h e r a t e s o f o x i d a t i o n o f c a r r i e r - f r e e i o d i d e b y b i c h r o ma t e i o no r c e r i u m ( I V ) a t 2 5 r e v e a l e d t h a t a p p r e c i a b l e a mo u n t s o f a l l o f t h e v a r i o u sc h e mi c a l f r a c t i o n s we r e r a p i d l y f o r me d . On c e f o r me d , f r a c t i o n s ~ , ~ , a n d ~ we r ed e s t r o y e d v e r y s l o wl y I f a t a l l b y p r o l o n g e d o x i d a t i o n o r b y r e d u c t i o n wi t h i r o n( I I ) . T h e 1 2 f r a c t i o n l n ~ t l a l l y f o r me d wa s s l o w l y c o n v e r t e d t o t h e ~ f r a c t l o no r t o a f o r m a d s o r b e d o n t h e wa l l s o f t h e r e a c t i o n v e s s e l s .


24/113

Co n c e n t r a t i o n s t u d i e s s h o we d t h a t t h e f r a c t i on s , ~ , ~ , a n d ~ a p p e a r ed t o a- 5s ma l l e x t e n t a t c o n c e n t r a t i o n s o f i o d i n e a s h i g h a s 6 x 1 0 ~ .

T h e f o r eg o i n g r es u l t s we r e e x p l a i n e d a s f o l l o ws : Du r i ng t h e o x i d a t i o n , i na d d i t i o n t o mo l e c u l a r i o d i n e , a r ea c t i v e f o r m o f i o d i n e s u c h a s HI O i s f o r me dwh i c h r e a c t s wi t h t r a c e i mp u r i t i e s ( mo l e c u l e s o r c o l l o i d s ) p r e s e n t i n t h e a q u e -o u s s o l u t i o n . At l e a s t s o me o f t h e s e i mp u r i t i e s a r e o r ga n i c i n n a t u r e , a n dt h e i r r e a c t i o n p r o d u c t s wi t h i o d i n e a r e e x t r ac t e d i n t o o r g a n i c s o l v e n t s f o r mi n gf r a c t i o n L a n d f r a c t i o n ~ . Pa r t o f f r a c t i on ~ ma y r e s u l t f r o m a r ea c t i on b e -t we e n b e n z e n e a n d a r ea c t i v e f o r m o f i o d i n e s u c h a s H I O. F r ac t i o n ~ ma y b ee i t h e r a p r od u c t o f a r ea c t i o n b e t we e n a r ea c t i v e i o d i n e s p e c i e s a n d a n i n o r -g a n i c - t y p e t r a c e i mp u r i t y , o r a s i mp l e i n o r ga n i c mo l e c u l e o r i o n c o n t a i n i n gi o d i n e i n a n o x i d a t i o n s t a t e i n t e r me d i a t e b e t w e e n + 1 a n d + 5 ( e . g . , H 1 0 2 ) wh i c he x i s t s o n l y a t l o w c o n c e n t r a t i o n . Or as t i c o x i d i z i n g c o n d i t i o n s ( ho t a c i d i cs o l u t i o n . o f c e r i u m ( I V) ) a r e r eq u i r e d t o b r e a k u p t h e i o d i n e - i mp u r i t y c omp ou nd so r c o l l o i d s a n d c o mp l e t e t h e o x i d a t i o n t o t h e + 5 s t a t e .

T o c h a r a c t e r i z e f u r t h e r t h e n o n - i o d a t e c omp o n e n t o f t h e ~ f r a c t i o n , p r o d u c -t i o n o f t h e ~ f r a c t i o n v i a o x i d a t i o n b y n i t r i c a c i d wa s i n v e s t i g a t e d ( 5 ) i no r d e r t o e s t a b l i s h c o n d i t i o n s wh i c h wo u l d l e a d t o a ma x i mu m a mo u n t o f ~ f r ac t i o nc o mp o s e d c h i e f l y o f t h e n o n - i o d a t e c o n s t i t u e n t . T h e mo s t s a t i s f a c t o r y me t h o df o r t h e p r ep a r a t i on o f t h e ~ f r a c t i on p r ov e d t o b e o x i d a t i on b y 0 . 5 ~ n i t r i ca c i d a t 1 2 5 i n t h e d a r k f o r 1 8 t o 2 4 h o u r s . Un d e r t h e s e c o n d i t i o n s t h e r a t i oo f t h e n o n - i o d a t e c omp o n e n t t o i o d a t e wa s a ma x i mu m ( 8 t o 1 ) , t he a b s o l u t ey i e l d o f t h e n o n - i o d a t e c o mp o n e n t wa s a p p r e c i a b l e ( 1 6 %) , a n d n o e l e c t r o l y t eo t h e r t h a n n i t r i c a c i d wa s p r es e n t . T h e n o n - i od a t e p o r t i o n o f t h e ~ f r a c t i o nwa s r es o l v e d i n t o t wo c o mp o n e n t s b y e x h a u s t i v e e x t r a c t i o n o f t h e ~ f r a c t i o n f r om0 . 5 ~ n i t r i c a c i d wi t h b e n z e n e . Be c a u s e o f i t s c h e mi c a l b e h a v i o r a n d r ep r od u c i -b i l i t y o f f o r ma t i o n , i t wa s s u g g e s t e d t h a t t h e p r e d o mi n a n t c o mp o n e n t , d e s i g n a t e da s t h e ~ s p e c i e s , ma y b e t h e h y p o t h e t i c a l o x i d e , 1 0 2 .

S i mi l a r a n o ma l o u s b e h a v i o r h a s a l s o b e e n o b s e r v e d wi t h c a r r i e r f r ee i o d i n e1 3 1r e l e a s e d i n t h e g a s p h a s e . F o r e x amp l e ( 6 ) , c a r r i e r - f r e e Na I s o l u t i o n wa se v ap o r a t e d t o d r y n e s s i n a Py r e x t ub e . T h i s wa s t he n h e a t ed t o 4 0 0 wh i l e as t r ea m o f a i r p u r i f i e d b y p a s s a g e t h r o u g h a c t i v a t e d c h a r c o a l a t - 7 8 wa s p a s s e do v e r t h e Na 1 3 1 I . T h e o x i d a t i o n p r o d u c e d a mi x t u r e o f mo l e c u l a r i o d i n e , i o d i n ec o mp o u n d s a n d i o d i n e a t t a c h e d t o p a r t i c u l a t e ma t t e r . T h e mo l e c u l a r i o d i n e wa sr e mo v e d b y p as s a g e t h r o u g h a b e d o f c o p p e r k n i t me s h ; p a r t i c u l a t e a c t i v i t y wa sr emo v e d b y p a s s a g e t h r o u g h a h i g h - e f f i c i e n c y g l a s s f i b r e f i l t e r ; t h e i o d i n e c o m-p o u n d s r ema i n i n g we r e t h e n e i t h e r p a s s e d t h r o u g h 0 . 0 2 ~ s u l f u r i c a c i d o r c o n -d e n s e d i n a l i q u i d - o x y g e n t r a p . T h e r a d i o a c t i v i t y p r e s e n t i n t h e c o mp o u n d f r a c -t i o n wa s 1 t o 2 % o f t he t o t a l t ak e n . An a l y s i s o f t he a c t i v i t y p r es e n t i n t h e0 . 0 2 ~ s u l f u r i c a c i d v i a s o l v e n t e x t r a c t i on s t u d i e s y i e l d e d r es u l t s s i mi l a r t o


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t h o s e s u mma r i z e d i n T a b l e 1 . T h e ma j o r c o mp o n e n t o f t h e mi x t u r e o f i o d i n e c o m-p o u n d s wa s i d e n t i f i e d a s CH3 1 3 1 I , u s i n g a n e f f u s i o n t e c h n i q u e i n c o n j u n c t i o nwi t h g a s c h r o ma t o g r a p h y .

Pa pe r - e l e c t r o p ho r e t i ce x p e r i me n t s h a v e p r o v i d e d e v i d en c e f o r t h e f o r ma t i o no f a n u n i d e n t i f i e d s p e c i e s o f i o d i n e ( 7 ) . W t h 1 ~ s o d i u m h y d r o x i d e a s a b a c k -g r o u n d e l e c t r o l y t e , i n c on j u n c t i o n w i t h T o y o Ro s h i No . 5 0 1 x 4 0 c m f i l t e rp a p e r , a p o t e n t i a l g r a d i e n t o f 2 0 0 v o l t s / 3 0 c mwa s a p p l i e d f o r 1 h o u r t o a d r o po f e a c h s o l u t i o n o f n e u t r o n - i r r ad i a t e d s a mp l e s o f a mmo n i u m i o d i d e , p o t a s s i u mi o da t e a n d p o t a s s i u m p e r i o da t e . T h e t e mp e r a t u r e o f t h e mi g r a t i o n c e l l wa s ma i n -t a i n e d a t 1 0 . T h e mi g r a t i o n v e l o c i t i e s f o l l o we d t h e s e q u e n c e I - > l O~ > l O~ .Wh e n n e u t r o n - i r r a d i a t e d t e l l u r i c a c i d wa s d i s s o l v ed i n wa t e r a n d a mmo n i u m i o d i d e ,p o t a s s i u m i o d a t e a n d p o t a s s i u m p e r i o d a t e a d d e d t o t h e r e s u l t i n g s o l u t i o n o fi o d i n e a c t i v i t y t h e mi g r a t i o n p a t t e r n c o r r es p o n d e d t o t h a t a l r e a d y o b s e r v e d .Ho we v e r , wh e n t h e s a me a c t i v e s o l u t i o n wa s f r e e o f c a r r i e r i o d i n e a n u n i d e n t i -f i e d f o u r t h s p e c i e s w a s u s u a l l y f o u n d a t a p o s i t i o n l y i n g b e t we e n i o d a t e a n di o d i d e o n t h e c h r o ma t o g r a p h e d p a p e r ,i o d i t e ( 1 0 2 - ) .

Mo r e i n f o r ma t i o n r e g a r d i n g t h ei c f o r ms o f c a r r i e r - f r ee i o d i n e - 13 1Or g a n i c Sy s t e ms

I t wa s p o s t u l a t e d thi

p r o d u c t i o n a n d c h e mi c a ma y b e f o u n d e l s ewh e r e

t t h i s s p e c i e s wa sb e h a v i o r o f i n or g a n -

( 8 ) .

Wh e n n e u t r on - i r r a d i a t e d u r a n i u m me t a l wa s d i s s o l v e d i n 1 4 . 5 ~ n i t r i c a c i dt h e t o t a l a mo u n t o f o r g a n i c i o d i d e s f o r me d , a s d e t e r mi n e d b y g a s c h r oma t o g r a p h y ,r an g e d f r om l - 4%t a t d i s s o l v i n g t e mp e r a t u r e s f r om 9 0 t o 1 1 5 ( 9 ) . T h e p e r c e n -t a g e o f o r g a n i c i o d i d e s f o r me d d e c r e a s e d ma r k e d l y wi t h d e c r e a s e i n d i s s o l v i n gt e mp e r a t u r e a n d wa s o n l y 0 . 2% a t 7 0 d e s p i t e t h e f a c t t h a t u r an i u m me t a l d i s -s o l v e d a t a r ea s o n a b l e r a t e a t t h i s t e mp e r a t u r e . Qu a l i t a t i v e l y , t h e p e r c e n t a g ey i e l d o f o r g a n i c i o d i d e s s h o we d n o d e p e n d e n c e o n t h e i r r a d i a t i o n t i me . Wh e nc o n c e n t r a t e d h y d r o c h l o r i c a c i d wa s u s e d a s a d i s s o l v i n g a g e n t , CH3 1 3 1 I a mo un t e dt o l e s s t h a n 0 . 1 %. I t wa s s u g g e s t e d t h a t a r ea c t i o n i n t h e a c i d i c s o l u t i o ni n v o l v i n g a r e a c t i v e i o d i n e s pe c i e s i s r e s p o n s i b l e f o r t h e f o r ma t i o n o f o r ga n i ci o d i d es .

Us i n g g a s c h r oma t o g r a p h y i t wa s p o s s i b l e t o d e t e c t a t l e a s t f o u r o r g a n i ci o d i d e s ( 1 0 , 1 1 ) ( CH3 3 1 , C2 H5 3 1 , f l - C 3 H7 3 1 , E - C4 HQ1 3 1 ) wh i c h f o r me d o n t h e.a d d i t i o n o f c a r r i e r - f r e e i o d i d e - 13 1 t o v a r i ou s a c i d s , ma i n t a i n e d a t 1 0 0 ~ 5 .T h e h i g h e s t t o t a l o r g a n i c y i e l d o c c u r r e d wi t h 1 0 ~ n i t r i c a c i d ; i n 1 4 . 5 ~ n i -t r i c a c i d t h e y i e l d d e c r e a s e d t o 1 . 3%; i n 3 . 6 ~ n i t r i c a c i d t h e y i e l d d e c r ea s e d

A c t i v i t i e s o f o r g a n i c i o d i d e s we r e e x p r e s s e d i n p e r c e n t a g e y i e l d s b a s e d o n t h es u m o f a l l t h e i o d i n e - 1 3 1 f r ac t i o n s r e c o v e r e d i n a n y o n e e x p e r i me n t .


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t o 0 . 1 %. T h e f o r ma t i o n o f o r g a n i c i o d i d e s ( s ee T a b l e 2 ) wa s f o un d t o b e l a r g e -l y i n f l u e n c e d b y t h e k i n d o f a c i d u s e d , t h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e a c i d , a n d t h er ea c t i o n t e mp e r a t u r e . Be c a u s e t h e f l ow r a t e o f t h e c a r r i e r g a s h e l i u m h a dl i t t l e i n f l ue n c e o n t h e y i e l d o f o r g an i c c omp o u n d s , i t wa s c on c l u de d t h a t t h ef o r ma t i o n o f o r g a n i c i o d i d e s o c c u r r e d i n t he s o l u t i on s r a t he r t h a n i n t he g a s -e o u s p h a s e o r o n t h e wa l l s o f t h e r ea c t i o n v e s s e l . I t wa s p r o p o s e d t h a t s p e -c i e s c o n t a i n i n g i o d i n e i n a n o x i d a t i o n s t a t e l y i n g b e t we e n t h a t o f e l e me n t a li o d i n e a n d i o d a t e r e a c t s wi t h o r g a n i c i mp u r i t i e s t o y i e l d o r g a n i c s p e c i e s s u c ha s me t h y l i o d i d e . Wh e n t h e t o t a l i o d i d e c o n c e n t r a t i o n wa s i n c r ea s e d t o 2 x1 0 - 6 ~ , t he t o t a l o r g a n i c i o d i d e y i e l d i n 1 0 . 9 ~ n i t r i c a c i d wa s o n l y a bo u t0 . 0 5 %.

T a b l e 2Y i e l d s o f Or g a n i c I o d i d e s o n Ad d i t i o n o f Ca r r i e r - F r e e

I o d i d e - 1 3 1 t o Va r i o u s Ac i d i c So l u t i o n s a t 1 0 0 + 5 aAc i d Co n c e n t r a t i o n , ~ T o t a l o r ga n i c y i e l d , %HN03 1 0 . 9 2 s 0 4 2 s 0 4 2 s 0 4

3 62 71 8

HC10 4 5 . 3HC1 1 0 . 1HC1 8 . 6HC1 5 . 8

HN0 3 + HC1 9 . 5 + 2 . 9

a Da t a t a k e n f r o m r e f . 1 1 .B i o l o g i c a l S y s t e ms

T h e a n o ma l o u s b e h a v i o r o f c a r r i e r - f r e e i o d i n e wa si e s o f b i o l o g i c a l s y s t e ms . Du r i n g a s t ud y ( 1 2 ) o f t he

1 0 . 70 . 50 . 1 50 . 0 40 . 0 10 . 0 10 . 0 10 . 0 10 . 0 1

a l s o e n c o u n t e r e d i n s t u d -u p t a k e o f c a r r i e r - f r e e

i o di d e f r o m c omme r c i a l a q u e o u s s o l u t i o n s b y t i s s u e p r e p a r a t i o n s , t h e p r e s e n c e o fa n a n o ma l o u s i o d i n e f r a c t i o n wa s o b s e r v e d wi t h t h e a i d o f c h r o ma t o g r a ph i c a n dr a d i o a u t o g r a p h i c t e c h n i q u e s . T h i s u n k n o wn f r ac t i o n , l a b e l e d U- 2 , wa s f o u n d t ob e e x t r eme l y l a b i l e i n a c i d i c s o l u t i o n s , r e v e r t i n g a l mo s t q u a n t i t a t i v e l y t oi o d i d e - 1 3 1 i n a f e w mi n u t e s a t p H 5 . T h e U- 2 f r a c t i o n wa s n o t d e s t r o y e d o v e r 2h o u r s , a t 3 7 , i n b i c a r b o n a t e s o l u t i o n s o f s u c h r e d u c i n g a g e n t s a s t h i o s u l f a t e ,s u l f i t e o r a r s e n i t e . E l e c t r o p h o r e t i c e x p e r i me n t s i n d i c a t e d t h a t U- 2 wa s a na n i o n i c s p e c i e s . I s o t o p i c e x c h a n g e b e t we e n U- 2 a n d c a r r i e r i o d i d e wa s s l o w i n


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Kr e b s - Ri n ge r - b i c a r b o n a t e b u f f e r a t 3 7 . T h e f o r ma t i o n o f U- 2 c o u l d b e i n h i b i t -e d b y ma i n t a i n i n g a n a e r o b i c c o n d i t i o n s d u r i n g t h e e x p e r i me n t s , b y a d d i n g t h i o u -r a c i l , t h i o c y a n a t e , t h i o s u l f a t e , o r c y a n i d e t o t h e r ea c t i o n mi x t u r es , o r b yh e a t i n g t he t i s s u e p r e p a r a t i o n s a t 1 0 0 f o r 1 - 2 h o u r s p r i o r t o t he i r u s e . I twa s c o n c l u d e d t h a t U- 2 wa s f o r me d v i a o x i d a t i o n o f c a r r i e r - f r e e i o d i d e b y t i s s u ee n z y me s a n d i t wa s s u g g e s t e d t h a t U- 2 wa s a n o r g a n i c c o mp o u n d wh i c h c o n t a i n e d al a b i l e N- I b o n d , Su b s e q u e n t l y , t h e p r o d u c t i o n , i n a p u r e l y i n o r g a n i c s y s t e m,o f a n i o d i n e f r a c t i o n i d e n t i c a l t o U- 2 , wa s r ep o r t e d ( 13 , 1 4 ) .

Ch r o ma t o g r a p h i c a n a l y s i s o f c o mme r c i a l l y a v a i l a b l e a q u e o u s s o l u t i o n s o fc a r r i e r - f r ee i o d i d e r e v e a l e d t h e p r e s e n c e o f i o d i n e f r a c t i o n s c h e mi c a l l y a n db i o l o g i c a l l y d i s t i n g u i s h a b l e f r o m i o d i d e , p a r t i c u l a r l y in a g e d p r e p a r a t i o n s( 1 3 , 1 4 , 1 5 , 1 6 , 1 7 , 1 8 , 1 9 , 2 0 , 2 1 ) . F o r e x a mp l e ( 15 ) , a f t e r s t o r ag e o f a g i v e n c o m-me r c i a l a q u e o u s c a r r i e r - f r e e i o d i d e p r e p a r a t i o n o v e r 4 we e k s , a t r o o m t e mp e r a -t u r e , o n l y 1 3 % o f t h e o r i g i n a l i o d i d e a c t i v i t y wa s p r es e n t a s i o d i d e ; f i v e o t h e rf r a c t i o n s we r e d i s c e r n i b l e o n t h e r a d i o a u t o g r a p h s o f c h r o ma t o g r a ms ( 2 4 %, 1 6 %,4 4 %, 1 %, l %) . T r ea t me n t o f t h e s e a g e d s o l u t i on s wi t h c a r r i e r i o d i d e a t p H 7 . 0o v e r 1 . 5 h o u r s , a t 3 7 , r e s u l t e d i n c o mp l e t e r e d u c t i o n o f , o r e x c h a n g e wi t h ,t h e s e a n o ma l o us i o d i n e f r a c t i o n s . T h i s a g i n g p h e n o me n o n wa s n o t o b s e r v e d wh e nf r e s h i o d i d e - 13 1 s o l u t i o n s we r e i n o c u l a t e d wi t h c a r r i e r i o d i d e . On t h e b a s i s o ft h e RF v a l u e s o f t h e e x t r a n e o u s b a n d s , i t wa s c o n c l u d e d t h a t n e i t h e r i o d a t e n o rp e r i od a t e wa s p r es e n t i n t h e s e f r a c t i o n s . T h e s a me r es u l t s we r e o b t a i n e d wi t ha c t i v i t y s t o r ed u n d e r s t e r i l e c o n d i t i o n s o r i n t h e f r o z e n s t a t e .

Co mme r c i a l l y a v a i l a b l e i o d i d e - 1 3 1 s o l u t i o n s we r e f o u n d t o c o n t a i n s o me i o -d i n e i n a f o r m wh i c h wa s i d e n t i c a l wi t h t h a t i n t h e U- 2 f r a c t i on me n t i on e d p r e-v i o u s l y ( 14 , 1 7 ) . Oa k Ri d g e s o l u t i o n s o f i o d i d e - 13 1 r e t a i n e d t h e i r i o d i d e c o n -t e n t ( 99 %) f o r a t l e a s t 5 d a y s a f t e r r ec e i p t ( 14 ) . Ho we v e r , i o d i d e - 13 1 s o l u -t i o n s p r e p a r ed b y d i l u t i o n o f Oa k Ri d g e a c t i v i t y wi t h 0 . 0 9 % s a l i n e s o l u t i o n ,f o l l o we d b y t h e a d j u s t me n t o f p H t o wa r d n e u t r a l i t y wi t h h y d r oc h l o r i c a c i d a n dt h e a d d i t i o n o f 0 . 9% b e n z y l a l c o h o l , d i d s h o w a n a g i n g e f f e c t . I n o n e e x pe r i -me n t o v e r 5 0 % o f t h e a c t i v i t y wa s r ep r es e n t e d b y U- 2 a f t e r 2 7 d a y s o f a g i n g .Ap p e a r a n c e o f t h e U- 2 c o mp o n e n t wa s g r ea t l y i n h i b i t e d wh e n e i t h e r 3 x 1 0 - 5 ~c a r r i e r i o d i d e o r 5 x 1 0 4 ~ 1 - me t h y l - 2 - me r c a p t o - i mi d a z o l e wa s i n i t i a l l y p r e s e n ti n t h e s o l u t i o n s p r e p a r e d f r om Oa k Ri d g e a c t i v i t y .

T h e U- 2 f r a c t i o n wa s f o u n d t o b e b i o l o g i c a l l y a s we l l a s c h e mi c a l l y d i s t i n -g u i s h a b l e f r o m t h e i o d i d e f r a c t i o n . T h e mo s t p r o mi n en t e x t r a n e o u s b a n d o b t a i n edb y c h r oma t o g r a p h i n g a g e d i o d i d e - 1 3 1 s o l u t i o n s wa s e l u t e d a n d i n j e c t e d i n t o t h eb r e a s t mu s c l e o f c h i c k s ( 1 5 ) ; e x p e r i me n t s we r e a l s o c a r r i e d o u t u s i n g i o d i n e - 1 3 1a c t i v i t y a s a c o n t r o l , An a l y s i s o f t h e t h y r o i d s 2 4 h o u r s l a t e r r e v e a l e d t h a t ,wh e r ea s 6 0 % o f t h e i o d i d e a c t i v i t y wa s c o l l e c t e d , o n l y 2 0 % o f t h e e x t r a n e o u s b a n dwa s c o l l e c t e d . S i mi l a r r e s u l t s ( 1 6 ) we r e o b t a i n e d wh e n a c t i v i t y wa s i n j e c t e d


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i n t r ap e r i t o n e a l l y i n t o d a y - o l d c h i c k s . A l s o , t h e u p t a k e o f - i o d i d e - 1 3 1 b y t h y -r o i d t i s s u e ( 14 ) o f h o g s o r c o ws wa s l a r ge r t h a n t h e u p t a k e o f t h e U- 2 f r a c t i on .I t wa s f o u n d ( 18 ) t h a t f r o m 4 1 % t o 9 4 % o f t h e r ad i o a c t i v i t y o f 2 4 c o mme r c i a lp r e p a r a t i o n s ( f r om t wo s o u r c e s ) o f i o d i d e - 1 3 1 s u p p l i e d wi t h o u t c y s t e i n e p r e s e r -v a t i v e wa s n o n - i o d i d e o n c h r o ma t o g r a p h i c a n a l y s i s . T h e a v e r a g e t h y r o i d u p t a k eo f i o d i d e - 1 3 1 c o n t a i n i n g e x t r an e o u s a c t i v i t y wa s s i g n i f i c a n t l y l o we r t h a n t h eu p t a k e o f i o d i d e - 1 3 1 i n 1 6 h u ma n s u b j e c t s me a s u r e d u n d e r c o n t r o l l e d c o n d i t i o n s( 1 8 ) .

A t t h i s p o i n t i t i s i mp o r t a n t t o n o t e t h a t t h e u s e o f c h r o ma t o g r ap h i c a n a l -y s i s t o d e t ec t t h e p r es e n c e o f a l l u n i d e n t i f i e d f r a c t i on s o f i o d i n e - 1 3 1 i n a na q u e o u s s o l u t i o n i s o p e n t o q u e s t i o n . I t h a s b e e n f o u n d ( 2 2 , 2 3 ) t h a t a s i g n i f i -c a n t f r a c t i o n o f i o d i n e a c t i v i t y ma y v o l a t i l i z e d u r i ng t h e d e v e l o p me n t o f t h ec h r o ma t o g r a m. F u r t h e r mo r e , d u r i n g t h e c h r oma t o g r a p h i c p r o c e s s , t h e c a r r i e r - f r e ea c t i v i t y ma y b e p a r t i a l l y o x i d i z e d b y a t mo s p h e r i c o x y g e n a n d / o r r e a c t wi t hwa t e r - s o l u b l e o r g a n i c a n d i n o r g a n i c d e g r a d a t i o n p r o d u c t s f o r me d b y r e a c t i o nb e t we e n t h e p a p e r a n d o x y g e n a t t h e we t - dr y i n t e r f ac e ( 2 4 ) .De t e r mi n a t i o n o f t h e Sp e c i f i c Ac t i v i t y o f Ra d i o a c t i v e I o d i n e .

F r om t h e s p e c i f i c a c t i v i t y t o f r ad i o i o d i n e i n a r ea c t i o n mi x t u r e , t h e c o u n t -i n g r a t e , a n d t he v o l u me o f t h e mi x t u r e , t h e c o n c e n t r a t i on o f t o t a l i o d i n e c a nb e d et e r mi n ed . S i n c e t h e r e i s a c o r r e l a t i o n b e t we e n c o n c e n t r a t i o n o f i o d i n e a n da n o ma l o u s b e h a v i o r , t h e d e t e r mi n a t i o n o f s p e c i f i c a c t i v i t y i n i n v e s t i g a t i o n s o fa n o ma l o us b e h a v i o r i s i mp o r t a n t . I t s h o u l d b e p o i n t e d o u t , h o we v e r , t ha t i nmo s t o f t h e s t u d i e s o f t h e b e h a v i o r o f c a r r i e r - f r e e i o d i n e n o a t t emp t wa s ma d et o d e t e r mi n e t h e s p e c i f i c a c t i v i t i e s o f t h e r ea c t i o n mi x t u r es ; t h e t o t a l c o n -c e n t r a t i o n o f i o d i n e wa s o n l y e s t i ma t e d .

T h e d e t e r mi n a t i o n o f t h e s p e c i f i c a c t i v i t y o f a n a c t i v e s a mp l e i n v o l v e s t wome a s u r e me n t s : a ) t h e c o u n t i ng r a t e o f t h e s a mp l e ; a n d b ) t h e t o t a l i o d i n e c o n -t e n t o f t h e s a mp l e . T h e c o u n t i n g r a t e i s e a s i l y d e t e r mi n e d f o r a g i v e n g e o me t r y .F o r t h o s e s o l u t i o n s wh e r e t h e t o t a l i o d i n e a n d i o d i d e c o n t e n t a r e t h e s a me t h et o t a l i o d i n e c o n t e n t h a s b e e n o b t a i n e d i n a v a r i e t y o f wa y s . I n o n e p r o c e d u r e( 2 5 ) , a p h o t o c o l o r i me t r i c mi c r o t e c h n i q u e wa s d e v e l o p e d wh i c h ma d e u s e o f t h ec a t a l y t i c e f f e c t o f i o d i d e i o n o n t he r ed u c t i on o f c e r i u m ( I V ) t o c e r i u m ( I I I )b y a r s e n i o u s a c i d i n s u l f u r i c a c i d s o l u t i o n . Un d e r t h e c o n d i t i o n s d e s c r i b e d i twa s p o s s i b l e t o d e t e r mi n e s a mp l e s o f i o d i n e c o n c e n t r a t i o n s r a n g i n g f r om 2 0 t o1 6 0 r i g / ml .

T o t a l i o d i n e h a s a l s o b e e n d e t e r mi n e d wi t h a r a d i a t i o n - i n s e n s i t i v e i o d i d e -s e n s i t i v e me mb r a n e e l e c t r o d e ( 2 6 ) . Po t e n t i o me t r i c me a s u r e me n t s o n a b o u t 5 ml o f Sp e c i f i c a c t i v i t y ma y b e d e f i n e d a s t h e r a t i o o f t h e n u mb e r o f r ad i o a c t i v ea t o ms t o t h e t o t a l n u mb e r o f i s o t o p i c a t o ms .


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t h e a c t i v e s a mp l e we r e ma d e u s i n g a s y s t e m c o n s i s t i n g o f a n i o d i d e e l e c t r od e( c o n s t r u c t e d o f a s i l i c o n e r u b b e r me mb r a n e i mp r e g n a t e d wi t h s i l v e r i o d i d e ) , ac a l o me l e l e c t r o d e a n d a p H me t e r . T h e p o t e n t i o me t r i c me a s u r e me n t wa s u s u a l l yc o mp l e t e d wi t h i n 5 mi n u t e s a n d o v e r t h i s p e r i o d t h e p e r f o r ma n c e o f t h e e l e c t r od ewa s i n d e p e n d e n t o f t h e r ad i a t i o n f i e l d s a s s o c i a t e d wi t h a s mu c h a s 2 0 c u r i e s p e r5 - ml s amp l e . T h i s p r o c e d u r e wa s s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o t h e d e t e r mi n a t i o n o ft h e s p e c i f i c a c t i v i t y o f i o d i d e - 1 2 5 p r o d u c e d f r o m n e u t r o n - i r r ad i a t e d x e n o n .

Ca r r i e r - f r ee i o d i n e - 12 5 f o r p r o t e i n i o d i n a t i o n i s a v a i l a b l e f r om d i f f e r e n tma n u f a c t u r e r s i n a n a q u e o u s s o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m h y d r o x i d e o r s o d i u m s u l -f i t e wi t h t he a c t i v i t y c l a i me d t o b e in t he f o r m o f i o d i d e . T h i s ma y b e t r u e o ff r e s h l y p r ep a r ed s o l u t i o n s b u t i n t h e c o u r s e o f a f e w we e k s s i g n i f i c a n t a mo u n t so f t h i s i o d i d e a c t i v i t y i s t r a n s f o r me d i n t o u n i d e n t i f i e d s p e c i e s . T h e s e s pe c i e sma y b e v o l a t i l e a n d d o n o t e x c h a n g e wi t h a d d e d i o d i d e e v e n a f t e r t h e a d d i t i o n o fs o d i u m s u l f i t e o r s o d i u m t h i o s u l f a t e . T h e u n c e r t a i n t y o f t h e c h e mi c a l p r o p e r -t i e s o f t h e s e s p e c i e s e s s e n t i a l l y e l i mi n a t e s t h e d i r e c t a p p l i c a t i o n o f c h e mi c a lme t h o d s f o r a n a l y s i s ( 2 7 ) . I n a s mu c h a s i o d i n e - 1 2 5 i s p r o d u c e d b y n e u t r o n - i r r a -d i a t i o n o f x e n o n t h e i s o t o p i c i mp u r i t i e s a r e l i mi t e d t o i o d i n e - 12 6 a n d i o d i n e -1 2 7 . I t t u r n s o u t t ha t t he t o t a l a mo u n t o f i o d i n e i n a n i o d i n e - 1 2 5 s o l u t i o n i sr e p r e s e n t e d p r i ma r i l y b y i o d i n e - 1 2 5 a n d i o d i n e - 1 2 7 wi t h o n l y a n e g l i g i b l e a mo u n tc on t r i b u t e d b y i o d i n e - 1 2 6 . T h e n u c l i d e s i o d i n e - 1 2 5 a n d i o d i n e - 1 2 7 we r e d e t e r -mi n e d b y me a s u r i n g t h e i o d i n e - 1 2 6 a n d i o d i n e - 1 2 8 f o r me d b y t h e r ma l n e u t r o na c t i v a t i o n o f a s a mp l e .S t a b i l i t y o f Hi g h l y Co n c e n t r a t e d Ca r r i e r - F r e e I o d i d e - 1 3 1 So l u t i o n ! ~

T h e s t a b i l i t y o f h i g h l y c o n c e n t r a t e d c a r r i e r - f r ee i o d i d e - 1 3 1 s o l u t i o n s wa si n v e s t i g a t e d u s i n g p a p e r e l e c t r o p h o r es i s ( 28 ) . I t wa s f o u n d t h a t wh e n t h ep r e p a r a t i o n s we r e a l l o we d t o a g e , o x i d a t i o n p r o c e s s e s t o o k p l a c e I p r o d u c i n g mo l e -c u l a r i o d i n e a n d i o d a t e . T h e y i e l d o f t h e o x i d i z e d s p e c i e s d e p e n d e d l a r ge l y o nt h e p H a n d c o n c e n t r a t i on o f t h e a c t i v i t y o f t he s o l u t i on . F o r e x a mp l e , 5 0 % o ft h e i o d i d e - 13 1 i n a n h y d r oc h l o r i c a c i d s o l u t i on a t a p H o f 2 . 5 , c o n t a i n i n g 5 . 2mCi / ml , wa s c o n v e r t e d t o mo l e c u l a r i o d i n e a n d i o d a t e o n s t a n d i n g f o u r d a y s . I na l k a l i n e s o l u t i o n , h o we v e r , n o o x i d a t i o n wa s o b s e r v e d . T h u s , n o n e o f t h e i o d i d ei n a s o d i u m h y d r ox i d e s o l u t i o n a t p H 9 , c o n t a i n i n g 1 1 . 3 mCi / ml , wa s c h a n g e d t omo l e c u l a r i o d i n e a n d i o d a t e a c t i v i t i e s o n s t a n d i n g f o r 1 3 d a y s .

Ex p o s i n g a c a r r i e r - f r ee i o d i d e - 1 3 1 s o l u t i o n , p H o f 4 . 5 , t o a n e x t e r n a l g a mmar a d i a t i o n s o u r c e ( 6 0 Co g a mma s o u r c e ) t r a n s f o r me d 4 5 % o f t h e i o d i d e t o mo l e c u l a ri o d i n e a n d i o d a t e . I n t h i s e x p e r i me n t t h e t i me o f i r r a d i a t i o n wa s f o u r h o u r s ;t h e g a mma - i n t e g r a l d o s e wa s 1 . 1 6 x 1 0 6 r a d . Re p e a t i n g t h e e x p e r i me n t wi t h as o l u t i o n o f p H 1 0 p r o d u c e d n o d e t e c t a b l e a mo u n t o f mo l e c u l a r i o d i n e a n d i o d a t e .


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When i o d i d e s o l u t i o n s o f ma c r o c o n c e n t r a t i o n s we r e e x p o s e d t o u l t r a v i o l e tl i g h t , o x l d a t l o n p r o c e s s e s t o o k p l a c e a n d r o l e c u l a r i o d f n e wa s l i b e r a t e d . Ox l -d a t l o n p r o c e s s e s , h o we v e r , c o u l d n o t b e d e t e c t e d o n i r r a d i a t i o n o f c a r r i e r - f r e ei o d i d e - 1 3 1 s o l u t i o n s i n q u a r t z a mp o u l e s f o r 2 . 5 h o u r s , e mp l o y i n g t h e p a p e r e l e c -t r o p h o r e s i s t e c h n i q u e f o r a n a l y s i s .

I t i s n o t e wo r t h y t h a t 5 x 1 0 - 3 ~ p o t a s s i u m i o d i d e c o n t a i n i n g 1 . 3 4 mCi / m li o d i d e - 1 3 1 a t a p H o f 3 d i d n o t p r o d u c e a n y me a s u r a b l e a mo u n t o f mo l e c u l a ri o d i n e a n d I o d a t e , a f t e r 3 d a y s ; h o we v e r , wh e r e t h e p o t a s s i u m i o d i d e c o n c e n t r a -t i o n wa s 5 x 1 0 5 ~ a n d t h e a c t i v i t y c o n c e n t r a t i o n wa s 2 . 0 1 mC1 / ml , 3 8 % o f t h ea c t i v i t y a p p e a r e d a s mo l e c u l a r i o d i n e a n d i o d a t e .


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REFERENCES1.

2 .

3 .

4 .5 .6 .7 .

T h e r e a d e r i s r e f e r r e d t o t h e f o l l o w l n g t e x t s f o r a g e n e r a l d i s c u s s i o n o ft h e b e h a v i o r o f c a r r i e r - f r e e t r a c e r s .a . Ha hn , O. A p p l l e d Ra d i o c h e mi s t r y , Co r n e l l Un i v e r s i t y P r e s s ( 1 9 3 6 ) .b . Wa h l , A . C. a n d Bo n n e r , N. A . Ed i t o r s , Ra d i o a c t i v i t y Ap l i e d t o

Ch e mi s t r y , J o h n W l e y a n d So n s , I n c i , Ne w Yo r k ( 1 9 5 1 ) , Ch a p t e r 6 , b yBo n n e r , N. A . a n d Ka h n , M. , p . 1 6 1 .

c . F r i e d l a nd e r , G, , Kmn e d y , J . W. , a n d Mi l l e r , J . M. Nu c l e a r a n dRa d i o c he mi s t r y , J o h n W l e y a n d So n s , I n c . , Ne w Yo r k ( 1 96 4 ) , c ha p t e r1 2 , p p . 4 0 0 - 4 10 .

d . Ha i s s i n s k y , M. ( t r a n s l a t e d f r o m t h e F r e n c h b y T u c k , D. G. ) Nu c l e a rCh emi s t r y a n d i t s Ap p l i c a t i o n s , A d d i s o n - We s l e y P u b l i s h i n g Co . , I n c . ,( 1 9 6 4 ) .

Co r y e l l , C. D. a n d Su g a n n a n , N. Ed i t o r s , Ra d i o c he mi c a l S t u d i e s : T h eF i s s i o n P r o d u c t s , Mc Gr a w- H i l l B o o k Co mp a n y , I n c . , Ne w Yo r k ( 1 9 5 1 ) , Na t l .Nu c l e a r E n e r g y Se r . Di v . I V , 9 ,a .b .

c .d .e .

f .

M o s t

Gl e n d e n l n , L . E . a n d Me t c a l f , R. P . Bo o k 2 , 9 9 7 .K a t c o f f , s . , Di l l a r d , C. R. , F i n s t o n , H. , F i n k l e , B . , S e i l e r , J . A . ,a n d Su g a t ma n , N. Bo ok 2 , 1 0 0 7 .Ca mp b e l l , G. W. a n d B r a d y , E . L . B o o k 3 , 1 6 2 3 .Gl e n d e n i n , L . E . a n d Me t c a l f , R. P . Bo o k 3 , 1 6 2 5 .Gl e n d e n i n , L . E . , Me t c a l f , R. P . , No v y , T . B . , a n d Co r y e l l , C. D.Bo o k 3 , 1 6 2 9 .Ka t c o f f , s . , Di l l a r d , C. R. , F i n s t o n , H. , F i n k l e , B . , S e i l e r , J . A .a n d Su g a r ma n , N. Bo o k 3 , 1 6 3 5 .o f t h e s t u d i e s o f t h e c h e mi c a l b e h a v i o r o f c a r r i e r - f r e e i o d i n e e mp l o y -

e d i o d i n e - 1 31 a s t r a c e r . T h e r e f o r e , u n l e s s o t h e r w i s e s t a t e d , i n t h i s s e c -t i o n c a r r i e r - f r e e i o d i n e r e f e r s t o t h e c a r r i e r - f r e e i o d i n e - 1 3 1 i n a n y o x i -d a t i o n s t a t e ; c o r r e s p o n d i n g l y , c a r r i e r - f r e e i o d a t e s i g n i f i e s c a r r i e r - f r e ei o d i n e - 1 3 1 i n t h e f o r m o f i o d a t e .K a h n , M. a n d Wa h l , A . C. J . Ch e m. Ph y s . & 1 1 8 5 ( 1 9 5 3 ) .E i l a n d , H. M, a n d Ka h n , M. J . P h y . Ch e m. @ 1 3 1 7 ( 1 9 6 1 ) .E g g l e t o n , A . E . J . a n d A t k i n s , D. H: F . Ra d i o c h i m. A c t a ~ 1 5 1 ( 1 9 6 4 ) .Ha s h i mo t o , T . , T a ma i , T . , Ma t s u s h i t a , R. , a n d K i s o , Y . J . Nu c 1 . S c i .T e c h n o l . ( T o k y o ) ~ , . 9 2 ( 1 9 7 0 ) .


32/113

8 . He r b e r , R. H . E d i t o r , I n o r g a n i c I s o t o p i c S y n t h e s e s , W. A . Be n j a mi n I n c . ,Ne w Y o r k ( 1 9 6 2 ) , Ch a p t e r 9 , b y Ka h n , M. , p . 2 2 7 .

9 . T a c h l k awa , E . , T a mu r a , N. , F u r u k a wa , K . , a n d Mo t o j i ma , K . I n t . J . APP 1 .Ra d i a t . I s o t o p . 2 2 , No . 1 1 , 7 9 3 ( 1 9 7 1 ) .

1 0 . Na k a mu r a , K . , S a e k i , M. , a n d T a c h i k a wa , E . J . Nu c l . S c i i T e c h n o l . ( T o k y o )~ , No . 6 , 3 6 7 ( 1 9 7 3 ) .

1 1 . Na k amu r a K . , S a e k i , M. , a n d T a c h i k a wa , E . J . Nu c l . S c i . T e c hn o l . ( T o k y o )~ No . 1 2 , 7 6 2 ( 1 9 7 3 ) .

1 2 . T a u r o g , A . , T o n g , W. , a n d Ch a i k o f f , I . L . J . B i o l . Ch e m. ~ , 7 5 9 ( 1 9 5 7 ) .1 3 . De Gr o o t , L . J . a n d Be r g e r , J . E . E n d o c r i n o l o g y 6 7 , 6 5 7 ( 1 9 6 0 ) .1 4 . T a u r o g , A . En d o c r i n o l o g y @ 1 2 6 ( 1 9 6 1 ) .1 5 , Do c t o r , V . M, a n d T r u n n e l , J . B . E n d o c r i n o l o g y 6 4 , 4 5 5 ( 1 9 5 9 ) .1 6 . Do c t o r , V . M. E n d o c r i n o l o g y = , 5 5 9 ( 1 9 6 0 ) .1 7 . Ah n , C. S . a n d Ro s e n b e r g , I . N . En d o c r i n o l o g y 6 8 , 5 0 . ( 1 9 6 1 ) .1 8 . F a wc e t t , D. M. a n d Mc L e o d , L . E . J . Ca n . Me d . A s s o c . 8 6 , 9 6 5 ( 1 9 6 2 ) .1 9 . H6 b e l , M. A r c h , E x p t l . P a t h o l . P h a r ma k o l . ~ , 5 2 7 ( 1 9 6 1 ) .2 0 . E i c h l e r , O. , Hb b e l , M, , a n d We e g e , C. Z . P h y s i o l . Ch e m. ~ , 1 3 5 ( 1 9 6 2 ) .2 1 . Cv o r i c , J . J . Ch r o ma t o g . ~ 3 4 9 ( 1 9 6 9 ) .2 2 . An g h i l e r i , L . J . I n t . J . A p p l , Ra d i a t . I s o t o p . ~ , 4 2 7 ( 1 9 6 3 ) .2 3 . T a u r o g , A . En d o c r i n o l o g y & 5 8 1 ( 1 9 6 3 ) .2 4 . S c h wa n e , R. A , a n d Ko wk a b a n y , G. N. An a l . Ch e m. ~ , 1 6 6 0 ( 1 9 6 3 ) .2 5 . Ku r c b a r t , H . , Qu l r o g a , S . , Ca r e , R. A . , a n d Ra d ~ c e l l a , R. J . Ra d i o an a l .

Ch e m. 1 2 , No . 2 , 5 4 7 ( 1 9 7 2 ) .2 6 . A r i n o , H. a n d K r a me r , H. H . Nu c l . A PP 1 . ~ , 3 5 6 ( 1 9 6 8 ) .2 7 . He y d o r n , K . J . Ra d i o a n a l . Ch e m. ~ , No . 3 - 4 , 2 2 5 ( 1 9 6 9 ) .2 8 . Na g y , A . G. A c t s Ch i m . A c a d . S c i . Hu n g . 4 8 , 3 3 1 ( 1 9 6 6 ) .


33/113

I I . PREPARAT I ON OF I OOI NE I SOT OPESI o d i n e - 1 2 1 ( 2 . 1 2 h ) _

T h i s I s o t o p e h a s b e e n ma d e b y t h e b o mb a r d me n t o f n a t u r a l a n t i mo n y p o wd e rw i t h 3 0 - Me V 3 He p a r t i c l e s : 1 2 1 Sb ( 3 He , 3 n ) 1 2 1 1 ( 1 5 7 a ) . I o d i n e - 1 2 3 i s a b y -p r o d u c t a r i s i n g f r o m t h e s ame r e a c t i o n o n 1 2 3 S b .

T h e i o d i n e - 1 2 1 wa s i s o l a t e d a s i o d i d e , i o d a t e , a n d p e r i o d a t e s p e c i e s , e a c hwi t h c a r r i e r , b y t h e f o l l o w i n g p r o c e d u r e s . T h e t a r g e t wa s d i s s o l v e d i n a h o tmi x t u r e o f c h r o mi u m o x i d e a n d c o n c e n t r a t e d s u l f u r i c a c i d wh i c h c o n t a i n e dI o d i d e c a r r i e r . T h e i o d a t e f o r me d wa s r e d u c e d b y p h o s p h o r o u s a c i d t o i o d i d ea n d t h e l a t t e r wa s t h e n o x i d i z e d t o t h e e l e me n t a l s t a t e b y me a n s o f 3 0 % h y d r o -g e n p e r o x i d e . F o r t h e f o r ma t i o n o f I o d i d e , t h e i o d i n e wa s d i s t i l l e d i n t o as o l u t i o n o f h y d r o x y l a mi n e h y d r o c h l o r i d e , t h e e x c e s s o f t h a t r e a g e n t b e i n g d e s -t r o y e d b y e v a p o r a t i o n o f t h e s o l u t l o n t o d r y n e s s . D l s t i l l a t l o n o f t h e I o d i n ei n t o c h l o r i n e wa t e r g a v e I o d a t e . T h e e x c e s s c h l o r i n e wa s r e mo v e d b y e x t r a c t i o nI n t o c a r b o n t e t r a c h l o r l d e . F o r t h e p r o d u c t i o n o f p e r l o d a t e , t h e e l e me n t wa sd i s t i l l e d I n t o d i l u t e s o d i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n a n d t h e i o d i n e o x l d l z e d wi t hx e n o n ( I I ) f l u o r i d e . T h e l a t t e r c omp o u n d i s u n s t a b l e I n a l k a l i n e s o l u t i o n a n dd e c omp o s e s l e a v i n g a p u r e p e r l o d a t e s o l u t i o n .

I o d i n e - 1 2 3 ( 1 3 . 2 h )P r e p a r a t i v e Re a c t i o n s

B e c a u s e o f i t s me d i c a l a p p l i c a t i o n s , i o d i n e - 1 2 3 h a s b e e n t h e mo s t e x t e n -s i v e l y i n v e s t i g a t e d I o d i n e I s o t o p e f r o m t h e p r e p a r a t i v e v i e wp o i n t . B o t h d i r e c ta n d i n d i r e c t me t h o d s o f p r e p a r a t i o n h a v e b e e n d e v e l o p e d , t h e r e a c t i o n s f o r t h eb e s t me t h o d s b e i n g :

1 2 1 Sb ( 4 He , 2 n )1 2 3 1 ( 8 8 , 2 4 7 , 2 6 0 , 3 0 2 , 3 2 5 , 3 3 2 , 3 3 3 , 3 7 3 )1 2 2 T e ( d , n )1 2 3 1 ( 3 3 2 , 3 3 3 )1 2 2 Te ( 4 He , 3 n ) 1 2 3 Xe - & 1 2 3 1 ( 2 0 8 , 2 8 2 , 3 3 2 , 3 3 3 )Ot h e r r e a c t i o n s wh i c h h a v e b e e n u s e d t o o b t a i n t h e i s o t o p e i n c l u d e :1 2 3 T e ( p , n )1 2 3 1 ( 1 6 4 , 3 0 5 , 3 3 2 , 3 7 3 )1 2 3 Sb ( 3 He , 3 n )1 2 3 1 ( 8 5 , 3 0 5 )1 2 7 1 ( p , 5 n )1 2 3 X e * 1 2 3 1 ( 1 2 7 , 2 2 3 )1 2 4 T e ( p , 2 n )1 2 3 1 ( 7 0 , 8 8 )1 2 1 Sb ( 3 He , n )1 2 3 1 ( 2 4 7 )T h e t h r e e b e s t p r e p a r a t i v e me t h o d s a r e d i s c u s s e d b e l o w.


34/113

1 2 1 Sb ( 4 He , 2n ) .2 3 1 Bo t h n a t u r a l a n d e n r i c h e d a n t i mo n y me t a l t a r g e t s h a v eb e e n u s e d ( 32 5 , 3 3 2 ) . W t h n a t u r al a n t i mo n y , t he p u r i t y o f t h e p r od u c t i sl i mi t e d b y t wo f a c t o r s , I o d i n e - 12 5 i s f o r me d b y t h e r ea c t i o n 1 2 3 Sb ( 4 2 . 8 %)( 4 He , 2 n ) 1 2 5 I , a n d u n l e s s t h e e n e r g y o f t h e b o mb a r d i n g p a r t i c l e a n d t h e t a r g e tt h i c k n e s s a r e c o n t r o l l e d s o t h a t t h e 1 2 1 S b ( 4 He , 2 n )1 2 3 I r e a c t i o n p r e do mi n a t e s ,1 2 4 1 a n d 1 2 6 1 ma y a l s o b e s i g n i f i c a n t i mp u r i t i e s ( 33 2 ) :

1 2 1 Sb ( 4 He , n ) 1 2 4 11 2 3 Sb ( 4 He , n ) 1 2 6 11 2 3 Sb ( 4 He , 3 n ) 1 2 4 1

W t h n a t u r a l a n t i mo n y a n d 2 5 . 1 - Me V 4 He p a r t i c l e s , t h e 1 2 3 I y i e l d i n a 1 7 - mg / c m2t a r ge t i s a b o u t 1 5 0 p Ci / p A- h r a n d t h e 1 2 4 1 a c t i v i t y i s 0 . 7% t ha t o f t he 1 2 3 1a c t i v i t y ( 3 2 5 ) .

A y i e l d o f 0 . 6 0 mCi / ~ A - h r h a s b e e n o b t a i n e d wi t h a - p a r t i c l e s o f 2 5 - V! e Ve n e r g y a n d me t a l l i c a n t i mo n y 9 8 . 4 % e n r i c h e d i n 1 2 1 Sb . T h e p r o d u c t wa s c o n t a mi -n a t e d b y 0 . 8 % 1 2 41 ( 3 3 2 ) .

Pr o c e d u r e s f o r t h e s e p a r a t i o n o f 1 2 3 1 , b o t h c a r r i e r - f r ee ( 85 , 1 7 0 , 2 6 0 )a n d wi t h c a r r i e r ( 3 0 2 , 3 2 5 ) , f r om a n t i mo n y t a r ge t s g e n e r a l l y i n c l u d e t h e u s u a lt y p e s o f r ed o x p r oc e s s e s i n v o l v i n g i o d i n e s p e c i e s . I n o n e p r oc e d u r e f o r t h e1 2 3i s o l a t i o n o f c a r r i e r - f r e e 1 ( 26 0 ) , t h e b o mb a r de d t a r ge t wa s d i s s o l v e d i n c o n -c e n t r a t e d HC1 - 3 0%H2 02 . T h e i o d i n e wa s t h e n r ed u c e d t o t h e e l e me n t a l s t a t e b yi r o n ( I I ) s u l f a t e a n d e x t r a c t e d i n t o c a r b o n t e t r a c h l o r i d e . T h e a q u e o u s s o l u t i o nwa s n e u t r a l i z e d wi t h h y d r o c h l o r i c a c i d a n d f i n a l l y c o n c e n t r a t e d b y h e a t i n g .Ot h e r me d i a wh i c h h a v e b e e n u s e d t o d i s s o l v e a n t i mo n y t a r g e t s a r e n i t r i c a c i d( 1 7 0 ) , a mi x t u r e o f c o n c e n t r a t e d n i t r i c a n d s u l f u r i c a c i d s o r o f c o n c e n t r a t e dh y d r oc h l o r i c a n d n i t r i c a c i d s ( 17 0 ) , a n d a mi x t u r e o f s u l f u r i c a n d o x a l i c a c i d s( ( 8 5 ) , f o r t he 1 2 3 Sb ( 3 He , 3 n ) 1 2 3 1 r ea c t i o n ) . Af t e r t h e n i t r i c a c i d t r ea t me n t ,t h e s o l u t i o n wa s h e a t e d , a n d i o d i n e d i s t i l l e d i n t o a n a l k a l i n e s o l u t i o n . Se v -e r a l 1 9 - 1 - r e d o x c y c l e s we r e c a r r i e d o u t a n d t h e 1 2 3 I wa s f i na l l y i s o l a t e d a s

L Di s s o l u t i o n o f b o mb a r d e d a n t i mo n y i n c o n c e n t r a t e d H2 S0 4 - HN0 3 o r HCl -o d i d e .HN0 3 c o n v e r t s t h e i o d i n e t o a mi x t u r e o f i o d a t e a n d p e r i o d a t e a n d t h e s e a n i o n swe r e r e d u c e d t o t h e e l e me n t b y me a n s o f h y d r o x y l a mi n e h y d r o c h l o r i d e . F o l l o wi n ge x t r a c t i o n o f t h e i o d i n e i n t o c a r b o n t e t r a c h l o r i d e , 1 2 - 1 - c y c l e s we r e p e r f o r me da n d t h e i o d i n e wa s r e c o v e r e d a s i o d i d e . Ox i d a t i o n o f t h e a n t i mo n y t a r ge t b yc o n c e n t r a t e d s u l f u r i c a c i d i n t h e p r es e n c e o f o x a l i c a c i d ( a r e d u c i n g a g e n t )l e a v e s t h e i o d i n e i n t h e e l e me n t a l c o n d i t i o n ( 8 5 ) . I n t h e s e p a r a t i o n p r oc e d u r e ,t h e i o d i n e wa s d i s t i l l e d i n t o a q u e o u s s o d i u m h y d r ox i d e a n d t h e n a c i d i f i e d a n dt r e a t e d wi t h s o d i u m n i t r i t e . T h e 1 2 3 1 2 wa s e x t r a c t e d i n t o c a r b o n t e t r a c h l o r i d ea n d f i n a l l y s e p a r a t e d a s i o d i d e .


35/113

T h e p r o c e d u r e s r e p o r t e d f o r t h e s ep a r a t i o n o f 1 2 3 1 wi t h c a r r i e r f r o m a n t l -n my t a r g e t s ( 3 0 2 , 3 2 5 ) d i f f e r l i t t l e i n b a s i c c h e mi s t r y f r o m t h o s e d e s c r i b e da b o v e .

1 2 2 T e ( d , n )1 2 3 1 ( 3 3 2 , 3 3 3 ) . T h e h i g h e s t y i e l d s f o r t h i s r e a c t i o n , a b o u t 0 . 1mCi / p A - h r h a v e b e e n o b t a i n e d b y b o mb a r d me n t o f e l e me n t a l t e l l u r i u m, 9 5 . 4 % e n -r i c h e d i n 1 2 2T e , wi t h 7 - Me V a - p a r t i c l e s . T h e t a r g e t t h i c k n e s s mu s t b e l e s st h a n 2 5 mg / c m2 . T h e p r o d u c t wa s c o n t a mi n a t e d wi t h o n l y 0 . 3 % o f l o n g - l i v e dr a d i o i o d i n e I s o t o pe s a n d 0 , 9 % 1 3 0 1 .

I o d i n e - 1 2 3 h a s b e en s e p a r a t e d c a r r i e r - f r e e f r o m b o mb a r d e d t e l l u r i u m t a r -g e t s b y t h e f o l l o wi n g p r o c e d u r e ( 1 6 4 , 1 7 0 ) . T h e t a r g e t ( i n c l u d i n g t h e a l u mi n u mc a p s u l e i n wh i c h i t i s h e l d ) wa s d i s s o l v e d i n s u l f u r i c a c i d a n d i o d i n e o x i d i z e dt o t h e f r e e s t a t e b y h y d r o g e n p e r o x i d e . T h e 1 2 3 I wa s t h e n d i s t i l l e d i n t o s o -d i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n ( y i e l d , a b o u t 8 5 %) . Ca r r i e r - f r e e 1 2 3 1 h a s a l s o b e e no b t a i n e d d i r e c t l y a s 1 2 b y d l s t i l l f j ~ o n f r o m mo l t e n t e l l u r i u m a t 7 0 0 ( 1 70 ) .

A me t h o d f o r t h e r e c o v e r y o f I wi t h c a r r i e r h a s e mp l o y e d t h e d i s s o l u -t i o n o f t h e t e l l u r i u m t a r g e t ( p l u s i o d i d e c a r r i e r ) i n c o n c e n t r a t e d s u l f u r i ca c i d , f o l l o we d b y d i s t i l l a t i o n o f t h e 1 2 f o r me d i n t o s o d i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n( 3 3 2 ) . T h e s a me p r o c e d u r e w a s u s e d f o r t h e s ep a r a t i o n o f t h e i s o t o p e f r o m a n -t i mo n y t a r g e t s .

1 2 2 T e ( 4 He , 3 n )1 2 3 Xe * 1 2 3 1 ( 2 0 8 , 3 3 1 , 3 3 2 , 3 3 3 ) . W t h a g a s - f l o w t e l l u -r i u m p owd e r t a r g e t e n r i c h e d t o t h e e x t e n t o f a b o u t 9 6 % i n 1 2 2 T e a n d a n a - p a r -t i c l e b e a m o f 4 2 Me V , y i e l d s o f 1 2 3 1 a s h i g h a s 0 . 2 mCi / p A- h r h a v e b e e n o b t a i n -e d . Co n t a mi n a t i o n f r o m 1 2 4 I wa s a s l o w a s 1 0 - 3 % a n d f r o m 2 5 1 a b o u t 0 . 4 %; n oo t h e r r a d i o i o d i n e c o n t a mi n a t i o n wa s d e t e c t e d ( 3 3 1 ) . I n t h e p r o c e s s , a h e l i u ms t r e a m s we p t v o l a t i l e p r o d u c t s f r o m t h e wa t e r - c o o l e d t a r g e t i n t o a d r y i c e t r a pt o r e mmv e a n y I o d i n e f o r me d d i r e c t l y a n d t h e n i n t o a t r a p c o o l e d b y l i q u i d n i -t r o g e n t o r e mo v e 1 2 3 X e . A f t e r 2 3 1 h a d g r o wn i n f o r f i v e h o u r s , t h e l i q u i dn i t r o g e n t r a p wa s p u r g e d wi t h I n e r t g a s t o r e mo v e r e ma i n i n g 1 2 3 Xe a n d g a s e ou s

1 2 5 X e ) a nd t h e 1 2 3c o n t a mi n a n t s ( ma i n l y I wa s wa s h e d f r o m t h e wa l l s o f t h e t r a pw i t h d i l u t e s od i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n .1 2 3 I Ge n e r a t o r s

T h e o n e 1 2 3 I g e n e r a t o r c u r r e n t l y f u l l y d e v e l o p e d a n d ~ n w i d e u s e - i s b a s edo n t h e n u c l e a r s e q u e n c e j u s t d i s c u s s e d ( 2 10 , 2 1 1 ) . T h e g e n e r a t o r y i e l d s t h ei s o t o p e i n a s t a t e o f h i g

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