М.И. Афанасов - Основы радиохимии и радиоэкологии. Практикум (1126999), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

В таком случае концентрация вещества С во времени t вдоль координаты хподчиняется уравнению Фика:dC   C  D(9.1),dt x  x где D – коэффициент диффузии (самодиффузии) вещества, единица измерения в СИ – м2/c.Если предположить, что ∂D/∂x = 0 (такое предположение оправдано, в частности,при изучении как самодиффузии, когда различиями в концентрации от точки к точкевсегда можно пренебречь, так и диффузии, когда речь идет о перемещении ничтожного количества меченного радионуклидом вещества в твердой или жидкой фазе), тоуравнение (9.1) принимает более простой вид:dC 2CD 2dtx(9.2)Входящий в уравнение (9.2) коэффициент D следующим образом зависит от абсолютной температуры T, при которой происходит диффузия (самодиффузия):E(9.3),)RTгде Dо – постоянная, не зависящая от температуры, R – газовая постоянная, E – энергия активации диффузии.D  Dо exp( Решение уравнения (9.2) зависит от условий эксперимента (от граничных условий).

Для нахождения коэффициента диффузии (D) ионов (молекул) в растворе предложен капиллярный метод, который позволяет на основании результатов сравнительно простого эксперимента найти решение этого уравнения и определить значение D.75При использовании капиллярного метода для нахождения значения D используют капилляр известной длины l, запаянный с одного конца.

Диаметр капилляра долженбыть менее 0,9 мм. Экспериментально доказано, что при таком диаметре выход вещества из находящегося в капилляре раствора в жидкость, окружающую капилляр, происходит только за счет диффузии (сказанное справедливо, если жидкость перемешивают при скорости вращения мешалки не выше 400-500 об/мин).Капилляр заполняют меченным радионуклидом веществом с известной регистрируемой активностью Io и вносят его в термостатированный сосуд с жидкостью, в среде которой хотят изучить диффузию. Объем жидкости в сосуде в тысячи раз большеобъема капилляра.

Так как жидкость в сосуде постоянно перемешивают, можно принять, что концентрация радиоактивных атомов в жидкости, окружающей капилляр, входе всего эксперимента остается равной нулю.Решение уравнения (9.2) для данных граничных условий приводит к уравнению: ( 2n  1 )2 2 Dt C8 1 2exp(9.4),Cо  n 0 ( 2n  1 )24l 2где C – концентрация диффундирующего вещества в растворе после завершения диффузии(по истечению времени t), Co – начальная концентрация раствора в капилляре, D – коэффициент диффузии (самодиффузии), l – длина капилляра, n – целое число (0, 1, 2, 3 и т.д.).Концентрации растворов радиоактивного вещества в капилляре пропорциональныобъемным удельным активностям раствора.

Объем капилляра в ходе опытов, естественно, постоянен, и поэтому можно записать, что C/Co = I/Io, где I – радиоактивность раствора в капилляре после диффузии (по истечению времени t), Io – начальнаярадиоактивность раствора в капилляре.Если Dt/l2 > 0,2 (или I/Io<0,5), то можно ограничиться первым членом ряда (9.4).При n=0 получаем: 2 Dt I8 exp   2 I о 2 4l (9.5)После несложных преобразований получаем формулу для определения D:D 2 I l2lg 1, 071 t  8 I o (9.6)Длину капилляра l обычно выражают в сантиметрах, а время t – в секундах.В тех случаях, когда для определения значения коэффициента диффузии Dн в жидкой среде трудно или невозможно приготовить соединение с нужной меткой, можновоспользоваться методом неизотопного индикатора.

При этом должна существоватьвозможность приготовления меченого соединения с требуемой удельной активностью, пространственное строение молекул (ионов) которого было бы близко к пространственному строению молекул (ионов) исследуемого (немеченого) вещества. Далее капиллярным методом находят коэффициент диффузии в жидкости синтезированного меченого вещества Dм и рассчитывают значение Dн, используя соотношение:Dм м  M м  Dн н  M н(9.7),где D – коэффициент диффузии, η – вязкость раствора, М – молекулярная масса; индекс мотвечает меченому соединению, а индекс н – немеченому.Цель работыОпределение коэффициента самодиффузии иодид-иона в растворе иодида натрияОборудование и материалы76Радиометрическая установка с колодцевым сцинтилляционным детектором.

Прибордля определения коэффициента самодиффузии. Термостат. Магнитная мешалка. Двакапилляра с внутренним диаметром 0,80,9 мм. Микропипетки. Пинцет. Пробиркидля измерения активности капилляров. Стакан на 100 мл.Раствор NaI или KI с концентрацией 0,01 моль/л, содержащий 131I; раствор NaI (илиKI) с концентрацией 0,01 моль/л.Выполнение работы1. Преподаватель проводит дополнительный инструктаж по технике безопасности приработе с радиоактивными веществами в открытом виде.2. Получают у преподавателя или лаборанта два капилляра и две пробирки-кюветы впластмассовой подставке.

Длина капилляров указана в находящейся в практикуметаблице. Нумеруют подставку и пробирки, записывают номера пробирок, номера капилляров и их длину на листе бумаги. Отмечают, какой капилляр в какую стекляннуюпробирку помещен. Далее на радиометрической установке, снабженной сцинтилляционным детектором «с колодцем», измеряют фон стеклянных пробирок с капилляром. Если фон оказывается в пределах нормы (значение фона, отвечающее норме,узнают у преподавателя), то записывают результаты измерений в табл. 9.1 и продолжают с капиллярами дальнейшую работу. В противном случае получают новые капилляры и операцию измерения их фона повторяют.3.

Располагают пластмассовую подставку с пробирками, в которых находятся капилляры, на кювете. Ставят на кювету стакан с водой. Надевают защитные резиновыеперчатки. Выбирают пипетку с иглой, проверяют ее работоспособность. Размещаюткапилляр на подставке в вертикальном положении открытым концом вверх. Полностью выдавливают из пипетки воду и заполняют еѐ раствором, содержащим иод-131,с молярной концентрацией 0,01 моль/л.

Опираясь на стол локтями, вводят иглу пипетки с радиоактивным раствором в капилляр до самого его дна.4. Слегка надавливая на пипетку, одновременно медленно вынимают иглу пипетки изкапилляра. Следят за тем, чтобы в капилляре не появились пузырьки воздуха. Приобнаружении пузырьков иглу вновь опускают до дна капилляра и операцию по заполнению капилляра радиоактивным раствором повторяют. Когда игла пипетки извлечена, на срезе полностью заполненного капилляра должна находиться полусферическая «шапочка» из радиоактивного раствора.

Капилляр с помощью пинцета ополаскивают в стакане с водой и затем переносят в пробирку для измерения радиоактивности. Заполняют второй капилляр.5. Начальную регистрируемую активность (I0) находящихся в пробирках капилляровизмеряют на сцинтилляционном детекторе с колодцем. Каждое измерение продолжительностью по 10 с повторяют 3 раза.

Записывают в лабораторный журнал (табл. 9.1)номер капилляра, его длину и результаты измерений регистрируемой активности I0.6. Заполненный радиоактивным раствором капилляр с известной начальной радиоактивностью I0 помещают в термостатированный 0,01 моль/л раствор NaI (или KI),диффузию в котором иона иода-131 изучают. Отмечают время начала диффузионногопроцесса.777. Через 2 – 2,5 ч (чем больше продолжительность диффузии, тем точнее результат())капилляры извлекают из термостатированного раствора и помещают в соответствующие пробирки. В лабораторном журнале отмечают время завершения диффузии.Измеряют радиоактивность капилляров (I), как это было описано выше.

Результатыизмерений записывают в таблицу.Таблица 9.1Результаты измерений активности капилляров№капилляраДлинаl, смСкорость счета, имп/сIoI(ĪoĪф)*Iф(ĪĪф)** разность среднего значения скорости счета Īо (или Ī) и среднего значения фона Īф8. По полученным средним значениям (ĪĪф) и (ĪoĪф), зная длину капилляра l и продолжительность диффузии t, по формуле (9.6) рассчитывают значение D. Полученныерезультаты вместе с результатами 3 - 4 других студентов обрабатывают как единыймассив параллельных измерений. Находят среднее значение D, отвечающее выбранной температуре, и его погрешность, отвечающую 95%-ой доверительной вероятности (см. формулы 1.17, 1.19).Полученный результат будет тем точнее, чем большее время протекает диффузия и чемдлиннее капилляры. Увеличение длины капилляров до 45 см позволяет снизить вклад краевых эффектов в получаемые значения D, а увеличение длительности диффузии t до 48-60 ч(при длине капилляров 45 см) приводит к уменьшению отношения I/Io и к снижению связанной с этим отношением погрешности нахождения D при использовании формулы (9.6).78РАБОТА 10.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ И ЛОКАЛЬНОГООКРУЖЕНИЯ АТОМОВ ЖЕЛЕЗА (ОЛОВА) В НЕОРГАНИЧЕСКИХСОЕДИНЕНИЯХ МЕТОДОМ ЯДЕРНОЙ ГАММА-РЕЗОНАНСНОЙСПЕКТРОСКОПИИ10.1. Основные параметры мессбауэровских спектровЯдерная гамма-резонансная спектроскопия основана на эффекте Мессбауэра - явлении испускания (в источнике) и поглощения (в поглотителе) -квантов ядрами атомов, связанных в твердом веществе, без потери части энергии излучения на отдачу.Вероятность протекания такого процесса излучения называют f-фактором (fфактором в случае поглощения) или коэффициентом Лэмба-Мессбауэра.Для наблюдения эффекта Мессбауэра используют низколежащие (энергия -квантовЕ  200 кэВ) ядерные уровни, естественная ширина которых составляет 106109 эВ.Среди множества мессбауэровских изотопов оптимальные ядерные свойства для проведения химических исследований имеют, прежде всего, 57Fe и 119Sn.

При испускании(поглощении) -квантов без отдачи их распределение по энергии характеризуютсяочень малой шириной (Г0) и относительное энергетическое разрешение является рекордно высоким (например, для 119Sn отношение Г0/Е = 1,04·1012), что дает возможность фиксировать незначительные изменения в энергии -переходов, вызываемыевзаимодействием мессбауэровского ядра с окружающими его электронами (это взаимодействие получило название «сверхтонкого»). Такие изменения энергетическихуровней измеряют, модулируя энергию -квантов за счет эффекта Доплера: движениеисточника относительно поглотителя с некоторой скоростью  приводит к изменению энергии излучения на величину:D E(10.1),cгде с – скорость света, знак "+" соответствует движению источника навстречу поглотителю.Таким образом, в мессбауэровской спектроскопии энергия выражается в единицахскорости (в спектрах 57Fe 1 мм/с соответствует энергии 4,8076610-8 эВ, в спектрах119Sn – энергии 7,9653410-8 эВ).

Характеристики

Список файлов книги