Г. Юинг - Инструментальные методы химического анализа (1115206), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Часто по этим энергиям можно ндентнфнцнровать нндпвндуальные радиоактивные частицы. В этих целях прнменяют стандартные поглощающие экраны: алюминиевый для ннзкоэнергетнческнх частиц н свинцовый для у-лучей, экран помещают между образцом н детектором. Поскс)льку толщина слоя металла, ослабляющего активность наполовину, связана с энергией частиц, можно построить н использовать соответствующий градунровочный график. Более изящный способ состоит в анализе высоты импульсов с помощью какого-либо пропорционального счетчика [6]. Предназначенный для этой целя многоканальный анализатор описан в гл. 11.
На рнс, 24-6 показан спектр радиоактивного нзлучення 'з'1, а на рис. 24-7 — спектр смеси у-нзлучателей, снятые на многоканальном анализаторе. Для количественного анализа следует измерять площадь под пиками. Часто это сложно сделать нз-за отсутствия четко выраженной базовой линии. В работе !8) показано, что по статнстнческнм соображениям для надежного измерения плошади пиков пригодна процедура, показанная на рнс. 24-8, где каждый вертикальный сегмент соответствует одному каналу аналнзатора. Линия АВ пересекает контур таким образом, что слева н справа от вершины пика находится одинаковое число Рис. 24-6. Спектр у-излучения 'з'1 (!чпс!еаг Сысако Согр.).
1ОО 200 300 400 000 боо 700 жю воо намср лакала Рис. 24-7. Спектр у-излучения, полученный с помощью литий-германиевого детектора и многоканального анализатора. Цифры на рисунке обозначают энергию в килоэлектронвольтак. Пик «генератора импульсов» обеспечивается встроенным генератором и служит внутренним стандартом при определении мертвого времени (1зо1орез 1пс.). 514 Глава 24 Ядерно-фиаические методы 515 о о пч даналы Измерение нейтронных потоков 1У Рис. 24-8 Количественное определение площади под индивидуальным пиком в спектре у-иалучения. каналов (на рисунке б). Площадь между кривой и такой линией, измеряемая планиметром, служит мерой интенсивности радиоактивного излучения.
Поскольку нейтроны не заряжены, они не вызывают ионизации. Их можно обнаружить с помощью счетчика, наполненного газообразным ВГа. Нейтроны легко реагируют с ядром "В, давая т(.1 и а-частицы [реакция 'оВ (и, а) т).1) *. Образующиеся сс-частицы регистрируются счетчиком обычным способом. Нейтроны можно регистрировать с помощью сцинтилляционного счетчика, в рабочую среду которого введены соединения бора.
" В такой записи первый символ в скобках обоаначает частицу, реагирующую с указанным слева ядром; справа указаны образующиеся в ядерной реакции ядро и частица, символ которой стоит в скобках вторым. Низкоэнергетические нейтроны имеют дебройлевскую длину волны (Х=ц/тп) в рентгеновском диапазоне, поэтому, как и для рентгеновских лучей, для них можно наблюдать дифракцию на кристаллической решетке. В другом методе используют развертку по скоростям, когда нейтроны проходят известное расстояние во времяпролетном детекторе.
Конструкция этих приборов описана в работе[9). Селективное поглощение нейтронов различной энергии служит аналитическим средством, но, к сожалению, для его применения требуются очень мощные потоки, которые может обеспечить лишь большой атомный реактор. Менее мощные источники пригодны для обнаружения лишь немногих элементов, ядра которых особенно сильно поглощают нейтроны (имеют высокое сечение захвата): Й, Сс), 1.1, Нд, 1г, 1п, Ац, Ап и некоторых лантаноидов. Применение радиоактивных источников в анализе. Поглощение сс- и р-частиц можно использовать в аналитических целях.
В силу невысокой проникающей способности сс-частицы более подходят для анализа в газовой фазе. Описана методика [10), по которой в ионизационную камеру помещают как источник са-частиц (а'оРо — «радий-Р», а'оРЬ), так и образец. При постоянном давлении и потенциале протекающий через камеру ток зависит только от состава газа. В благоприятных случаях так можно анализировать двойные смеси газов (калибровка по смесям известного состава) с точностью ~0,2 — 0,3 мол.%. Эту методику применяли на практике для определения некоторых токсичных газов, например )х)1(СО)4 н РЬ(СяНа)а в воздухе в концентрации 1 10-т %. Поглощение р-частиц, связанное в основном с электрон-электронными взаимодействиями, использовали главным образом для анализа жидких образцов.
Элементарные рассуждения показывают, что водород имеет максимальное число электронов на единицу массы, у любого другого элемента эта «плотность» ниже минимум вдвое. Следовательно, данный метод отличается высокой чувствительностью к водороду. Это послужило основой для создания прибора, предназначенного для определения соотношения Н1С в нефтепродуктах [11, 12]. Использование источников у-излучения вместо обычных рентгеновских трубок обсуждалось в гл.
11. В гл. 20 рассматривалось применение трития и иных источников й-излучения в газохроматографических детекторах электронного захвата. 1О 516 Глава 24 Радиоактивные метки Ядерно-физические методы 517 Радиоактивные изотопы легко обнаружить и измерить с высокой точностью даже малые их количества. Поэтому активные изотопы используют во многих способах анализа. Наиболее распространенными являются активационный анализ и изотопное разбавление. Активационный анализ Многие элементы приобретают радиоактивность после облучения потоком нейтронов, протонов, дейтронов или а-частиц.
Особенно широко применяют нейтронную активацию; на ней мы остановимся более подробно. Рассмотрим бомбардировку образца «тепловымн» нейтронами, кинетическая энергия которых меньше 0,2 эВ. Обычно ядро (мишень) захватывает нейтрон, н образуется новое ядро. Его масса на единицу больше, а заряд прежний, т.
е. образуется изотоп исходного элемента. Часто новое ядро нестабильно и самопроизвольно распадается с испусканием частицы или у-кванта (или того и другого), иными словами, ядро радиоактивно. Полученные таким путем активные изотопы сильно различаются по периоду полураспада, и благодаря этой и некоторой другой информации, например гамма-спектрам, можно идентифицировать элементы. При проведении нейтронно-активациониого анализа образец помещают в ядерный реактор и облучают его потоком нейтронов, в результате чего все способные к возбуждению элементы пробы становятся радиоактивными. Так называемая кривая распада (потеря активности) отражает зависимость наведенной активности от времени.
Эта кривая имеет интегральный характер, т. е. отражает активиостьвсехрадиоактнвныхэлементов пробы. Индивидуальные же элементы можно идентифицировать с помощью ЭВМ, разлагая сложный контур иа составляющие. Период полураспада самого долгоживущего элемента можно определить по последнему участку кривой, в формировании которого менее стабильные компоненты, вероятно, неучаствуют. Активность указанного изотопа можно вычесть из общей кривой («оголить») на участке, отвечающем меньшим временам. Затем так.же можно определить следующий долгоживущий элемент, вычесть его вклад и т.
д. Так, в одном из первых сообщений об этом методе был описан анализ алюминиевого сплава (13] (эксперимент выполняли без ЭВМ), Небольшой образец (массой около 25 мг) на 5 мин помещали в ядерный реактор. Затем регистрировали ак- 8 104 о 1О м о й 1Ое 1О н 0 4 6 12 16 20 24 26 32 36 40 4446 52 56 60 зреня распада, ч Рис. 24-9.
Нейтронио.актнванионный анализ алюминиевого сплава [!3!. тивность образца с помощью стандартного счетчика в течение 60 ч (рис. 24-9). В природе алюминий существует только в виде изотопа 2'А1. После захвата нейтрона образуется ааА!, который подвергается р-распаду с образованием устойчивого зв8!. Поскольку образец в основном состоял из алюминия, излучение заА! было очень мощным, Но поскольку период полураспада заА1 всего 2,3 мин, через полчаса большинство элемента исчезало. Из рисунка ясно, что после примерно 40-часовой выдержки активность (логарифмическая шкала) образца линейно зависит от времени. Экстраполирование этой прямой линии влево дает для любого момента времени активность, обусловленную наличием элемента с периодом полураспада около 15 ч (значение определяется из графика).
По таблице изотопов этот элемент идентифицирован как з')т)а с периодом полураспада 15,0 ч. На графике также имеется прямолинейный участок (от 1 до 18 ч), обусловленный присутствием изотопа с периодом полураспада примерно 2,5 ч — заМп (2,58 ч). Желаемые результаты можно получить, снимая не всю кривую распада, а регистрируя гамма-спектр образца в определенные моменты времени после облучения.
В отчете Агентства по охране окружающей среды,США 1!4] описано одновременное определение 26 элементов в городском воздухе после концентрирования на фильтрах из стекловолокна. Каждый образец облучали в течение 4 ч, выдерживали 10 дней и измеряли активность с помощью литий-германиевого детектора и 2048-канального анализатора высоты ~ импульсов.
Полученная экспе- 518 Глава 24 500 я 1аао 500 й 3 1ОО 5 0,5 1,5 тд Энергии, 1Чзн 2,0 Рис. 24-10, Спектр у-излучении атмосферных частиц (городской воздух), спи- тый после актавацна нсатроназпс риментальная зависимость (после обработки на ЭВМ) показана на рис. 24-10. Чувствительность нейтронно-активационного анализа зависит от мощности потока нейтронов, способности элемента к захвату нейтрона (сечение нейтронного захвата) и периода полураспада образовавшегося радиоактивного элемента. Выполняется соотношение А=Фар~1 — ехр( ' )~ (24-4) где А — наведенная активность к концу периода облучения (имп./с); л1 — число присутствующих в образце атомов определяемого элемента; о — сечение нейтронного захвата нейтронов (смз); <р — мощность потока [число нейтронов/(смз с) 1; 4 — время облучения; Тыт — период полураспада продукта (Тыз и 1 должны быть выражены в одних единицах). Количественный анализ редко основан на этом уравнении (хотя именно так делали авторы работы [!3)), поскольку не хватает надежных данных.
Кроме того, поток может быть негомогенным, а <р меняться со временем. На практике одновременно с анализируемыми облучают стандартные образцы и для количественного определения используют сравнение. Если облучение проводят в большом атомном реакторе, можно обнаружить до 10 'а г элемента. При облучении менее мощными источниками нейтронов активационный анализ применим только к элементам с особыми свойствами ядер. Так, Ядерно-физические методы 5! 0 источник нейтронов, содержащий 25 мг Ка и 250 мг Ве [нейтроны образуются в реакции зВе (а, п) "С), дает поток мощностью около 100 нейтронов/(смет с).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
