Ю.А. Золотов - Методы химического анализа (Основы аналитической химии, том 2) (1110130), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Через некоторое время Т после облучения радиоактивность образовавшегося изотопа составляет Аг = Рсг№ (1 — е ), где Ф = 6,02 10 «эя/М («э — масса определяемого элемента, г; й — отно- ЭЭ сительное содержание активируемого изотопа в элементе; М вЂ” молярная масса элемента, нз которого образуется радиоизотоп). 372 Отсюда «э = АЭМ1 6,02 10ээlвгвт(1 — е )(1 — е ).
Ээо абсолютный метод определения массы элемента. Однако его практически не применяют из-за сложности расчета о' и г', а используют м епэд сравнения с близким по составу образцом с известным содержанием определяемого элемента, который облучают одновременно с исследуемой пробой. Тогда ю„1„ «Э 1 где и, и «э — массы; 1, и 1 — радиоактивности пробы и стандарта соответственно. В зависимости от характера облучающих частиц различают несколько типов активационного аналвеэа. Наиболее распространен нейтронно-аятивашюнный анализ.
В этом методе для облучения чаще всего используют тепловые (медлен- ные) нейтроны с энергией 0,025 эВ, Я1эВ 50ВзВ 1эв(«В способные активировать почти все Знгрг«я нговроюВ Рис. 13.1. З~~ю~~ эффективноиатриа. Основное преимущество го сечения захвата ядерной реакции нейтронов низких энергий слизано с вг от энергии нейтронов тем, что они вызывают только одну ядерную реакцию, сечение которой, как правило, очень велико (рис.
13,1). Нейтрон захватывается ядром определяемого элемента, причем в основном происходят п,у-реакции, в результате которых получается изотоп того же элемента с атомной массой на единицу большей, например "'Ец(п, у)наЕц Образующийся дочерний изотоп обычно радиоакгивен, и по его радиоактивности определяют нужный элемент. Например, '"Ец — ~ — Э эвэ Сб А)(п у)эвА1 —  — +маэ 'Ве(п, у)" Вел — +" В 373 При использовании быстрых нейтронов с энергией порядка 14 Мэ возможно протекание реакций с выделением протонов или а-части -частиц, 2'А!(п,р)мМ вЂ” Е « 22А!(и, а)24!4!а — Е ««24М Быстрые неитроны используют в основном для активации легких эле Существуют различные источники нейтронов. Их действие основано на использовании е н яд рных реакции, сопровождающихся выделением нейтронов, мощность потока которых может быть различной.
Наиболее мощный поток дает ядерный реактор — до 10" нейтрон/(см' с). Не" нные генераторы, являющиеся источниками быстрых нейтронов по реакции Н+ Н «' Не+и обеспечивают поток до 10п и/(смз.с). Простейшие нейтронные источники (ампульные) содержат либо спонтанно делящееся ядро радионухлида калифо ний-252, ф р "-, либо однородную смесь порошков бериллия и а'-актив- радий-бериллиевые и полоний-бериллиевые источники, которые используют реакцию 'Ве+4Не — «" С+ и Поток нейтронов достигает 1О' — 10' нейтрал/(смз с). Одновременно с основной первичной п,у -реакци акпией могут протекать и ревизии иного типа с определяемым элементом, м ешающие основнои. Например, наряду с 21С!(п,у)2«С! идет реакция 21С!(и, а)12р. Мешаю- реакции с уже образовавширующие) реакции с элементом-основой или реакции с е обр мися изотопами.
Активацию заряженными частипями (протон, тон, деитрон и а -частица) применяют в тех случаях, когда отсутствует подходящий источи тр или когда образовавшийся в результате реакци онов чник неиреакции изотоп неприготонами используют при опРеделении азота по реакциям иг!(р, п)" 04 — '«" Х(р, а)" С вЂ” 4' — « Применяют также облучение е облуч дейтронамн, например при определении магния и Мй(б,а)" ь! г « 374 При гамма-актнвационном анализе используют радиоизотопы гамма- 2 еЬ Аш либо ускорители, в которых тормозное гамма- 124 241 яучеине возникает при взаимодействии потока электронов с атомами 2да тяжелых металлов.
Определяют в основном легкие элементы; кисло«д, азот, углерод. С использованием гамма-лучей связан фотонно-нейтронный метод анализа, основанный на измерении интенсивности нейтронного излучения, возникающего в результате ядерной реакции с гамма-квантами. Это специфический метод определения бериллия и дейтерия, поскольку энергия связи нуклонов только в ядрах этих элементов меньше энергии гаммаяяантов радиоактивного распада.
Для всех остальных ядер она больше, и для активации требуются ускорители. ргдиоактивационный анализ осуществляегся в двух вариантах: с химической подготовкой образца (радиохимический вариант) и без нее (инструментальный вариант). Химическая подготовка проводится либо после облучения для отделения нужных радионуклидов от мешающих, либо перед облучением с целью удаления сильно активирующихся элементов или матрицы. Инструментальный вариант, в котором облученные образцы исследуют без разрушения, пригоден особенно тогда, когда образующийся радионуклид характеризуется малым временем полураспада.
Возможности инструментального варианта определяются уровнем развития измерительной (счетной) техники, использованием полупроводниковых детекторов и многоканальных анализаторов импульсов. Достоинствами активационного анализа как аналитического метода являются: высокая, иногда рекордная, чувствительность. Предел обнаружения некоторых элементов составляет 10 п%; высокая специфичность, возможность определения большого числа элементов (до 30 — 35) из одной навески образца, малая величина требуемой навески; часто неразрушаемость пробы; отсутствие поправки на контрольный опыт, так как в большинстве случаев химическая обработка проводится после облучения образца. К недостаткам метода можно отнести: маяую доступность источников акгивирующих частиц (в ряде случаев требуется ядерный реактор); необходимость защиты от радиоизлучений; сложности, возникающие при анализе образцов с сильно активирующейсл матрицей.
Активационный метод получил широкое распространение в анализе веществ высокой чистоты, биологических и геологических объектов, в экологических и криминалистических исследованиях. Интересное приложение нашел акгивационный анализ в космохимии. При исследовании слоев торфа в районе падения Тунгусского метеорита методом нейтронно-акгивационного анализа обнаружено павы- щенное содержание иридия, что указывает на космический и, возможно, 375 кометный состав тела. Аномально высокое содержание иридия а отложе ниах эпохи около 65 млн лет назад (приведшее к массовому вымиранию биоты) подтверждает возможность столкновения Земли с космическим телом. буегся по стехиометрии для взаимодействия со всей массой определяемовещества. После достижения равновесия изотопного обмена из обоих растворов продукты реакции выделяют подходящим способом и измерякот их активность 1 и 1„.
Значения т„рассчитывают по формуле 13.2. Методы изотопного разбавления В основе методов изотопного разбавления лежит допущение, что разные нуклнды одного и того же элемента химически эквивалентны Методы целесообразно использовать для определения близких по свойствам компонентов трудно разделяемых смесей. Методы изотопного разбавления сочетают в себе преимущества методов внутреннего стандарта и добавок. К анализируемому раствору, содержащему т, граммов определяемого компонента, добавляют оно граммов того же компонента, содержащего радионуклид с активностью 1„т. е. обладающий удельной активно1о стью Яо = —.
После смешения и установления равновесия из системы 'ло выделяют ло! граммов компонента в чистом виде и измеряют его актив- ность 1, . Удельная активность выделенной части равна 1! 1о Я= — = ! ло! т„+ в!о откуда 1о т = — л! — в!о. о 1 ! ! Важно, что для метода изотопного разбавления нет необходимости отделять изучаемый компонент количественно, однако массу выделенной части определяют, используя любой из методов количественного анализа, например гравиметрию. Предел обнаружения ограничен необходимостью определения массы выделенной доли вещества. Метод изотопного разбавления усовершенствовали Ружичка и Стары, введя понятие субстехиометрического выделения. В анализируемый и стандартный растворы, содержащие соответственно ло„и и! граммов определяемого элемента, вводят одинаковые количества радионуклида определяемого элемента и реагента, образующего с ним комплексное соединение, причем количество реагента должно быть меньше, чем тре- 376 Введение субстехиометрического выделения позволяет избежать вроне!!уры измерения массы и сиюить предел обвар)аления до 10 "— 10 г.
13З. Методы, основанные на поглощении и рассеянии излучений, и чисто радиометрические методы При взаимодействии радиоактивного излучения с веществом обязательным процессом является взаимодействие излучения с электронами атомных оболочек. При этом возможно частичное поглощение излучения, его рассеяние и отражение. Методы анализа, основанные на измерении абсорбции или изменении направления ядерного излучения в результате взаимодействия с веществом, хотя и не универсальны, но в ряде случаев могут быль полезны, особенно при определении одного из компонентов бинарной смеси.
В зависимости от типа излучения различают Т -абсорбционный, 1з -абсорбционный и нейтронно-абсорбционный методы. Кроме того, следует упомянуть методы, основанные на отражении 15 -частиц и иа замедлении нейтронов. Существуют и другие методы. Поглощение 15-частиц пропорционально числу электронов, приходящихся на единицу поперечного сечения определяемого элемента„т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
