ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теоретические основы активационного анализа из "Новый справочник химика и технолога Аналитическая химия Ч2" Для осуществления АА исследуемый образец (проба) подвергается облучению потоком бомбардирующих частиц, например нейтронов в ядерном реакторе [5]. При этом образуются как стабильные, так и радиоактивные нуклиды (радионуклиды), характеризующиеся различными временами жизни и энергиями распада. Радиоактивность облученного образца прямо пропорциональна количеству образовавшихся радионуклидов. Поэтому количество радионуклида удобно выражать его активностью, т. е. числом распадов в единицу времени, т. к. эту величину можно измерить с помощью различных детекторов. В системе СИ за единицу активности принят беккерель (1 Бк= 1 расп с ), внесистемная единица активности — кюри (1 Ки = 3,7-10 ° Бк). [c.3] Интегрируя уравнение (9.7), получим выражение для вычисления активности радионуклида, накопившегося в пробе за время облучения. [c.4] Вывод уравнения (9.8) сделан без учета уменьшения количества ( выгорания ) исследуемых стабильных ядер (A j) в пробе при облучении, поскольку Бьнора-ние незначительно и заметно только для изотопов с большим сечением взаимодействия и при длительных облучениях. Было также принято, что плотность потока активирующих частиц во время облучения не меняется. [c.4] Облучение исследуемых проб приводит к образованию смеси радионуклидов различных химических элементов, входящих в пробу. Идентификацию отдельных радионуклидов осуществляют либо по их ядерно-физическим свойствам (энергия и вид испускаемых частиц, период полураспада), применяя для этих целей счетчики гамма-квантов и р-частиц и гамма-спек фо-метры [14], либо измеряя активность радионуклида в течение какого-то времени для установления его периода полураспада. Данные об интенсивности отдельных видов излучения, принадлежность которых установлена, используют для расчета содержания элементов в исследуемой пробе. [c.4] Активность А в этом случае называется активностью насыщения иди равновесной активностью. [c.4] Используя выражения (9.11) или (9.12), по измеренным значениям ДА вычисляют содержание исследуемого элемента в пробе. [c.5] Аэ — активность пробы и эталона соответственно. [c.5] Такое исследование без разрушения образцов называют инструментальным активационным анализом (ИАА). Если же при облучении пробы получается сложная смесь радионуклидов и ее невозможно расшифровать из-за совпадения или наложения близких по энергии гамма-квантов, то облученную пробу растворяют, проводят радиохимически чистое выделение отдельных элементов или группы элементов и затем по измеренной активности радионуклидов рассчитывают содержание элементов. Такой вариант называется активационным анализом с радиохимическим разделением. [c.5] В этом методе использовано уменьшение удельной активности первой половины раствора из-за добавки стабильного носителя та. [c.5] Важным параметром любого метода анализа является предел обнаружения, определяемый как наименьшая концентрация, при которой исчезает аналитический сигнал. Однако, для однозначной идентификации и тем более для количественного определения этот сигнал и, следовательно, концентрация должны иметь значительно (примерно на порядок) большую величину. Поэтому для оценки аналитических методов введена такая характеристика, как предел определения — минимальная концентрация, измеряемая с заданной погрешностью. Минимальная концентрация в АА зависит от минимальной активности, которая может быть измерена с заданной погрешностью. Подставив величину этой минимальной активности в уравнение (9.11), можно рассчитать предельно-минимальное количество вещества, поддающееся определению при заданных условиях. [c.5] Из соотношения (9.11) следует, что минимальная надежно определяемая концентрация элемента в пробе будет тем ниже, чем больше сечение реакции и относительная распространенность активируемого изотопа и меньше период полураспада образующегося при облучении радионуклида. [c.5] Взаимодействие нейтрона низкой энергии 10 эВ с ядром с массовым числом А, как правило, приводит к образованию составного возбужденного ядра с массовым числом А + 1 и последующему снятию возбуждения испусканием гамма-кванта. Эта реакция называется реакцией радиационного захвата и обозначается (п,у), ее сечение при Е 0,5 эВ обычно обратно пропорционально скорости нейтрона а ,у = l/v . При Е 0,5 эВ характерной особенностью зависимости сечения а от энергии нейтронов является появление резонансов, которые обусловлены наличием у составного ядра, как у любой квантовой системы, определенных энергетических уровней. Когда энергия возбуждения (сумма кинетической энергии нейтрона и его энергия связи в составном ядре) очень близка или равна энергетическому уровню составного ядра, то сечение захвата значительно возрастает (резонансный захват). Поскольку таких энергетических уровней у некоторых ядер много, то суммарное сечение захвата у таких ядер в резонансной области энергий нейтронов велико. [c.6] Активационный анализ на тепловых нейтронах является одним из важнейших ядерно-физических методов исследования состава вещества, поскольку тепловые нейтроны с большей или меньшей вероятностью захватываются изотопами всех элементов, а также благодаря высокоинтенсивным плотностям потоков нейтронов в ядерных реакторах (до Ю нейтрон см с ), что обеспечивает достижение наиболее низких пределов обнаружения (табл. 9.1). [c.6] Для элементов, которые нельзя или затруднительно определить путем активации тепловыми нейтронами, используют быстрые нейтроны, поскольку разнообразие ядерных реакций, протекающих под действием нейтронов с энергией более 14 МэВ, позволяет подобрать подходящие условия для получения информации практически о любом элементе (табл. 9.2 и 9.3). Сечения реакций п,р) и (и, а) имеют более высокие значения для легких атомов, и, как правило, не превышают десятых долей барна. Сечения реакций п,2п) растут с повышением атомного номера и для элементов с атомным номером выше 50 обычно составляют 1-2 барна. В таблице 9.2 приведены достигнутые пределы определения ряда элементов при облучении проб нейтронами с энергией 14,5 МэВ. Более полная и подробная информация о параметрах ядерных реакций и характеристика радионуклидов, образующихся под действием 14,5 МэВ и тепловых нейтронов, представлена в таблицах 9.3 и 9.4 соответственно. [c.6] Пробы для активационного анализа приготавливают с соблюдением мер предосторожности, исключающих их загрязнение различными химическими элементами. До облучения следует избегать лишних химических операций, если они не диктуются необходимостью концентрирования исследуемых элементов. Масса пробы определяется условиями облучения для получения соответствующей активности, количеством имеющегося в наличии материала, степенью самоэкранирования потока нейтронов и уровнем радиационной опасности облученной пробы [16]. В большинстве случаев при облучении на реакторе масса пробы не превышает 1 г, а иногда ее масса составляет всего несколько мг. На ра-диоизотопных установках, где нейтроны получаются в результате деления [17] или по реакции (у,и) при облучении Ве гамма-квантами изотопа 8Ь [18], плотность потока нейтронов в которых низка, вес облучаемой пробы может составлять от нескольких граммов до нескольких сотен граммов. Пробы для облучения обычно помещают в полиэтиленовые или кварцевые ампулы, которые запаивают или плотно закрывают. Для уменьшения объема жидких проб их упаривают, а при анализе биологических объектов пробы предварительно высушивают или проводят их озоление. Вместе с исследуемой пробой облучают эталонную, помещая их рядом в одной ампуле, или упаковывают несколько эталонных и исследуемых проб в одном облучаемом блок-контейнере. Для точных измерений берут эталоны того же состава и объема, что и анализируемые пробы. [c.6] Если данные о содержании элемента в исследуемой пробе требуются с малой погрешностью, а оцененное по формуле (9.16) относительное ослабление потока составляет 5-10%, то вес пробы следует уменьшить в 5—10 раз или увеличить ее объем примерно во столько же раз путем разбавлсЕшя, смешав с чистыми порошками полиэтилена, реакторного графита или оксида алюминия. [c.7] Здесь ст( ) — сечение активации как функция энергии нейтронов. [c.7] Для определения отношения Фр / Ф , входящего в уравнение (9.18), измеряют кадмиевое отношение для какого-либо изотопа эталона (стандарта), у которого известны сечение на тепловых нейтронах и резонансный интеграл. Кадмиевое отношение для любого изотопа есть отношение активности образца из этого изотопа, облученного одновременно тепловыми и резонансными нейтронами, к активности такого же образца, облученного в кадмиевом фильтре толщиной 0,5-1,0 мм. При облучении в фильтре активация будет обусловлена только резонансными нейтронами, поскольку кадмий поглощает большую часть нейтронов с энергией ниже 0,5 эВ. [c.7] Вернуться к основной статье