В.Б. Лукьянов, С.С. Бердоносов, И.О. Богатырев, К.Б. Заборенко, Б.З. Иофа - Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода (1127003), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В радиохимических методах анализа проводится раз169ложение вещества, его концентрирование, выделение, разделение идругие химические операции, сопровождающиеся измерением радиоактивности.Можно классифицировать методы анализа с использованием радионуклидов по способу введения радионуклида в анализируемую пробу.Соответственно различают четыре группы методов, основанных натом, что радионуклиды:1) присутствуют в исследуемой пробе, являясь естественно-радиоактивными изотопами;2) вводятся в исследуемую пробу на одной из стадий анализа;3) образуются в результате ядерных реакций в исследуемой пробеили в веществе-детекторе, в которое попадают ядерные излучения, прошедшие через исследуемую пробу и частично в ней поглотившиеся;4) отсутствуют в исследуемой пробе.
При этом используется взаимодействие излучения радионуклидов с атомами, входящими в составпробы, т. е. эффекты отражения (рассеяния) излучения радиоактивного источника*.Напомним, что всякая аналитическая методика характеризуетсяпределом обнаружения и точностью. Предел обнаружения определяется как наименьшее содержание, при котором по данной методике можно достоверно обнаружить присутствие анализируемого компонента.Точность аналитического метода отражает близость результатов анализа к истинному значению измеряемой величины. Высокая точностьсоответствует малым погрешностям всех видов (как систематическим,так и случайным).Важнейшими преимуществами большинства рассматриваемых методов анализа являются низкие пределы обнаружения и независимость результатов определения от наличия других (нерадиоактивных)веществ.
Методы анализа с применением радионуклидов легко осуществляются в автоматическом режиме, что позволяет анализироватьбольшое количество проб с минимальной затратой труда и времени.Универсальность этих методов обусловлена наличием радиоактивныхизотопов почти для всех элементов периодической системы.Подобно тому как это делается для любой аналитической методики,при разработке методов анализа, основанных на использовании радионуклидов, подбирают такие условия, при которых систематическиепогрешности пренебрежимо малы. В этом случае рассеяние результатов анализа будет определяться только случайными погрешностями.Для того чтобы убедиться, что систематические погрешности отсутствуют, рекомендуется использовать образцовые вещества, которые могут содержать или известное количество радионуклида, или известное количество нерадиоактивных веществ.
Состав образцового вещества указывают в паспорте. Сравнивая результаты анализа, проведенного исследуемым методом, с данными по составу образцовоговещества, определяют, отягощены ли результаты анализа систематическими погрешностями.* Строго говоря, эта группа относится не к методу радиоактивных индикаторов, а к методам, основанным на использовании ядерных излучений.170Точность методов анализа, основанных на использовании радионуклидов, примерно такая же, как точность других аппаратурныхметодов анализа (спектрофотометрия, спектроскопия и др.).§ 2.
АНАЛИЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИРОДНОЙ РАДИОАКТИВНОСТИАнализ элементов, содержащих естественные радиоактивные изотопы, можно проводить путем измерения радиоактивности природнойсмеси изотопов. Если в результате радиоактивного распада данныйизотоп дает другие радиоактивные продукты, то определить его количество (а следовательно, и массу самого элемента) можно, измеряяактивность дочерних радионуклидов.Благодаря специфичности ядерных свойств радионуклидов, установить химическую природу элемента по результатам радиометрических определений во многих случаях легче, чем при помощи обычныххимических методов. В качественном анализе для идентификациинуклидов используют различные физические методы (определяют период полураспада, пробег излучения в веществе, энергию излучения).Часто идентификация радионуклида сочетается с количественнымиопределениями.Следует различать предел обнаружения радионуклида и пределобнаружения элемента по излучению его радиоактивного изотопа.Для того чтобы получить формулу, позволяющую оценивать пределобнаружения элемента по его природной радиоактивности, рассмотримсначала, каков предел обнаружения радионуклида по его излучению.Эту величину легко рассчитать, зная минимальное значение регистрируемой активности / m i n , которое можно достаточно точно измерить при помощи детектора с коэффициентом регистрации ср.
На основании формул (1.33) и (2.1) получаем^min(H) = W ( r * h(6.1)где iVmin(H) — минимальное число атомов радионуклида, котороеможет быть обнаружено; X — постоянная распада. Если А — молярная масса радионуклида, то минимально определяемая его масса(в г) равнаA n i n А62( >Отметим, что формулы (6.1) и (6.2) можно использовать для нахождения пределов обнаружения как естественных, так и искусственных радионуклидов.Пример 42. Измеряется активность ^ Т М и Х ^ на радиометрической установке с коэффициентом регистрации ф = 0,1.Среднее значение фона составляет23420 имп/мин.
Найдем предел обнаруженияТЬ(иХ х ), приняв, что можно надежно регистрировать число импульсов над фоном, численно равное фону.Период полураспада 2 3 4 Th равен 24,1 сут, а его постоянная распада0,693Л200,69310Н"Г1171Подставляя /min» фи^minчто соответствуетнайденное значение X в формулу (6.1), имеем207— =Ю атомов,50,1 • 2,0 • Ю-(н)минимально определяемомуколичеству7тmin(н)илиftmin (н)106,02- 1023=1 , 7 - 10-17м о л ь= 1,7- 10-17 . 234=4 • 10-15 г.В табл. 9 приведены рассчитанные подобным образом (в предположении, что ф = 0 , 1 , / = 20 имп/мин) пределы обнаружения радионуклидов с различными значениями Тщ.Как видно из табл.
9, предел обнаружения радионуклида зависит от его периода полураспада. Кроме того, на него влияют такжетип и энергия излучения, так как от этих факторов зависит коэффициент регистрации. Использование специальной аппаратуры (счетчиков для измерения низких активностей, 4л-счетчиков) позволяет несколько понизить предел обнаружения радионуклидов по сравнениюсо значениями, указанными в табл. 9.Для оценки предела обнаружения элемента необходимо принятьво внимание отношение числа радиоактивных атомов к общему числуатомов исследуемого элемента в системе. Для естественного радиоактивного элемента достаточно знать его массовую долю (в %) в природной смеси изотопов того радиоактивного изотопа, по которомупроводится определение.
С учетом этого минимально определяемаямасса элемента /л т 1 п ( э л ) (в г) будет равнаЛп1пт _ „ч100= - ^ - —Аб о 2ш2з(6.3).Т а б л и ц а 9. Пределы обнаружения радионуклидов с различными значениямипериода полураспадаПредел обнаруженияПериодполураспада1 ч1 сут1 месЧисло атомовКоличествовещества, моль1,7-10*3-ю-2054,2-101,2-107l-10-i92-10-17Предел обнаруженияПериодполураспадаi1 г103 лет109 летЧисло атомов1,5-1081,5.10111,5-1017Количествовещества, моль3-10-163-10~133-10"7Пример 43. Рассчитаем предел обнаружения рубидия по излучению егорадиоактивного изотопа 8 7 Rb (Ti/2 = 6,15-1010 лет, массовая доля изотопа вприродной смеси 27,8%), полагая, что с помощью имеющегося детектора можнонадежно измерять скорость счета 10 имп/мин при коэффициенте регистрацииФ = 0,2.Подставляя постоянную распада 87 RbА = 0,693/(6,15 • 10го • 365 .
24 • 60) = 2,1 • 1Q-" мин-*172и значения других величин в формулу (6.3), находим101000,2 • 2,1 • Ю-178727,836,02 • 10231,2 • Ю- г.При количественном анализе элементов, содержащих естественныерадиоактивные изотопы, задача часто сводится к измерению абсолютной активности анализируемого вещества. Если регистрируемую активность обозначить через /, то, по аналогии с (6.3), масса тх (в г)анализируемого элемента в препарате составиттпх =/юо<?/.qА6,02 • 10 2 3>(6.4)К}где ^ — коэффициент регистрации; к — постоянная распада; q — массовая доля радиоактивного изотопа в природной смеси; А — молярная масса изотопа.Зная величину тх и массу препарата, приготовленного из анализируемого вещества, можно найти также массовую долю анализируемого элемента в пробе.Пример 44.
Рассчитаем массу калия в образце, если измеренная активность равна 150 имп/мин (без фона). Массовая доля радиоактивного 4 0 К в природной смеси изотопов составляет 0,012%, период полураспада 4 0 К равен 1,39ХХЮУ лет, коэффициент регистрации ^-излучения 4 0 К — 0,1.Постоянная распада X 4 0 К равнаIИспользуя0,693!=1,39 • 109 • 365 • 24 •формулу(6.4),159,5 • 10- 1 в мин" 1 .находим00,1 - 9 , 5 - 10-11в000,012406 , 0 2 - 1С 23"" 'При наличии образцового вещества с известным содержанием определяемого элемента его содержание в анализируемой пробе можнонайти путем относительных измерений. При этом химический и минералогический состав образцового и анализируемого веществ, а также их физическое состояние (порошок, таблетки и т.
д.) должны бытьодинаковыми. Процедура анализа отличается в зависимости от типарегистрируемого излучения. Если измерения проводят, регистрируяа- или Р-излучение, то сравнивают в одинаковых геометрических условиях активность анализируемой пробы с активностью пробы, приготовленной из образцового вещества, причем толщина препаратадолжна быть не меньше слоя насыщения для данного излучения.Допустим, что регистрируемая активность препарата, приготовленного из анализируемой пробы, равна 1Х, а приготовленного изобразцового вещества /Обр« Если массовая доля определяемого элемента в образцовом веществе составляет wo6v, то массовую долю wx ванализируемом веществе можно найти по формуле'обр(6-5)173B тех случаях, когда измерения проводят по у-излучению и поглощением у-квантов в препарате можно пренебречь, толщина измеряемых препаратов может быть различной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
