В.Б. Лукьянов, С.С. Бердоносов, И.О. Богатырев, К.Б. Заборенко, Б.З. Иофа - Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода (1127003), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Определение кальция будет возможным, если увеличить по крайнеймере на порядок поток нейтронов или массу анализируемой пробы.Когда при облучении образца образуются несколько радионуклидов, характеризующихся заметно различающимися эффективнымисечениями и периодами полураспада, проведение анализа можноупростить, изменяя продолжительность облучения и продолжительность выдержки образца между окончанием облучения и измерениемактивности.Так, например, при нейтронном активационном определении марганца в алюминии (оба элемента моноизотопны) происходят следующие ядерные реакции:55277—391Мп(Аг, f ) 8 e M n ,А 1 ( п у -у) 2 S A 1 ,7 \ / f = 2 , 5 8 ч , с = 1 3 - 10~ 2 8 м 2 ;TXjt = 2 , 3 м и н , а = 0 , 2 1 • 1 0 " 2 8 м 2 .193Т а o.i и ц а 12. Пределы обнаружения элементов методом нейтронного активационногоанализа при облучениис плотностью потока 1 0 п нейтронов ( с м 2 - с ) в течение 6 мин, если / = 30— ВО имп/мин над фоном и (| = 0,1нейтронамияHeВСN0E7Nc76sCl8Ar8As8Sc"lir l ( )Kr7Sn 7Sb 7Tc 8IюXc 7Tl8PbBiPo*At*Rn*Er«Tm7Yb 8Lu9LiBeNa8MgК7С a7Sc"T,sVuCrsMn 1 0FeCo8Ni7Cu1"Zn8Ga'Gc8Rb 8Sr (lУ7ZrNb4Mo8Tc*Ru 7Rh"Pd8Ag 1 1Cd7In"CsBa 8La 8Hi8Та8WKRe'Os 7IrPi"AusJlfi 8Fr*Ra*Ac*CePr 8 -Nd 8Pm*Sra"Eu10GdsTb7Dv"Ho9Th l ( lPa*V*7A I99PТ а б л и ц а 13.
Пределы обнаружения элементов методом нейтронного активационного анализа при облучениис плотностью потока 1013 нейтронов /(см2 с) в течение 30 сут, если / = 30—60 имп/мин над фоном и << =0,1нейтронамииHeLiNai0BeВMg8Al9СSi8NP9ОF7Ne 7s8Cl9Ar9Ca 7Sc"Ti 8v"Cr 8Mn12Fe 7Co10Ni8Cu10Zn 8Ga10Ge8As"Se 9Br10Kr 8Rb10Sr 8Y10Zr 7Nb 9Mo 9Tc*Ru 9Rh"Pd10Ag 9Cd 9In12Sn 9Sb10Те 9l"Xe 8Cs' JBa9I.a"Hf10Та10w"Re"Os10Ir12Pt 9Au»Hg10TI 8Pb 6Bi 8Po*At*Rn*Fr*Ra*Ac*Ce9Pr"Nd 9Pm*Sm12Eu13Gd10TbwDy13Ho12Er10Tm"Yb"Lu'2ThwPa*UК9uОбразующийся 28А1 практически полностью распадается пр иблизительно через 20 мин.
Поэтому измерение активности рекомендуетсяначинать через 20 мин после окончания облучения, когда в анализируемом образце останется только один радионуклид 56Мп.Радионуклиды, образующиеся при нейтронном активационноманализе, могут обладать весьма малыми периодами полураспада.Так, период полураспада 1 6 N, возникающего при облучении кислородабыстрыми нейтронами по реакции 1вО(п, p) 16 N, составляет всего7,35 с. Поэтому нейтронные генераторы, с помощью которых получаютпотоки быстрых нейтронов, снабжают устройством пневматическойдоставки облученного образца к детектору.Как уже говорилось, в некоторых случаях снижение предела обнаружения в активационном анализе достигается при использованиирадиохимических операций разделения изотопов.
При этом необходимо либо обеспечивать количественное выделение определяемого элемента, либо независимым путем устанавливать степень его извлечения.В некоторых случаях для определения степени извлечения элементаиспользуют радиоактивный изотоп этого элемента (который отличаетсяот радионуклида, образующегося в результате активации).
Этот радиоактивный изотоп вводят в облученную пробу перед началом радиохимического разделения.Пример 56. Для определения кобальта в чистом железе анализируемыйобразец и стандартный образец с известным содержанием кобальта (10 мкг)облучали потоком нейтронов в течение 30 мин. При таких коротких экспозицияхв мишенях образуются короткоживущие изотопы железа и кобальта по реакциям:54Fe (л, 2л) 5 3 Fe ( Г 1/о = 8,5 мин, Е^ = 380 кэВ),59CO(AZ, -f) 60m Co ( тг1% = 10,5 мин,£ т = 59 кэВ).После облучения образцы быстро растворяли. Для определения фактора извлечения кобальта в органическую фазу к водным растворам перед экстракцией60добавляли долгоживущий изотоп Со (Е — 1,17 МэВ и Е = 1,33 МэВ) сизвестной начальной активностью.
Экстракцией отделяли кобальт от железа.Активность фракций, содержащихкобальт, измеряли на у-спектрометре пов0/п6060тлиниям 59 кэВ ( Со) и 1,33 МэВ ( Со). Результаты измеренийС о приводили к одному и тому же времени. Полученные данные приведены в столбцах2—4 табл. 14. Найдем массу кобальта в анализируемой пробе.На основании данных столбцов 2 и 3 табл.
14 рассчитываем фактор извлечения R кобальта как отношение активности (ЮСо, найденной в органической фазе,ТаблицаОпределение кобальта методом активационного анализас радиохимическим извлечением14.Активность добавленного•°Со, ими. минОбразцывведено1СтандартныйАнализируемый196найдено в органическойфазеО37 72010 55074409280АктивностьСо в орган ическойазе7*изм'имп/минФакторизвлечения RИсправленнаяактивность60mC o /.имп/мин45660Ш607045600,9640,88063005180к введенной активности в0 Со (столбец 5, табл. 14).
Используя величину Rнаходим активность < 5 о т Со,исправленнуюнанеполнотуизвлечения:/ = /изм/R (столбец 6). Учитывая содержание кобальта в стандартном образце,по формуле (6.38) получаемтх = (5180/6300) 10 = 8,2 мкг.Другие варианты активационного анализа. Получил распространение и активационный анализ, основанный на ядерных реакциях,протекающих под действием ^-квантов (так называемый фотоактивационный анализ). Определение легких элементов, изотопы которыхплохо активируются нейтронами (углерод, азот, кислород), можетбыть проведено путем измерения излучения радионуклидов, образующихся в результате облучения у-квантами большой энергии ядерсоответственно 12 С, 14 N и 16 О. Так, например, с помощью (у, п) реакциив спектрально чистом алюминии можно определить 10~7% углерода.В ряде случаев удовлетворительные результаты дает также активационный анализ на заряженных частицах (протонах, дейтронах,ос-частицах и др.). Например, с помощью ускоренных протонов удается определить до 10~7% бора в кремнии, 10~5% ниобия в тантале, ареакция 16 О (3Не, p)18mF служит для определения 5-10"6% кислородав металлах.
Однако из-за низких эффективных сечений ядерныхреакций, отсутствия удобных источников облучения, возможностипротекания при облучении нескольких параллельных ядерных реакций и ряда других факторов этот метод активационного анализа неполучил такого широкого распространения, как нейтронный активационный анализ.Достоинства и недостатки активационного анализа. В настоящеевремя с помощью различных вариантов активационного анализа может быть выполнено определение практически всех элементов периодической системы. Большое преимущество активационного анализасостоит в том, что его результаты связаны только со свойствами ядер• и не зависят от того, в какой химической форме находится анализируемый элемент.
Различие в ядерных свойствах многих элементов,близких по химическим свойствам, позволяет относительно простопроводить их количественное определение в смесях, разделение которых обычными аналитическими методами связано с большими трудностями (сказанное справедливо, например, по отношению к такимпарам, как рубидий-—цезий, цирконий — гафний, ниобий — тантали т. д.).Сочетание радиохимического и инструментального вариантов активационного анализа позволяет выполнять количественное определение в одной пробе нескольких десятков химических элементов привесьма низком содержании каждого из них. При этом очень существенно, что результаты активационного анализа не зависят от чистотыприменяемых реактивов.Возможность анализа образцов без разрушения позволяет применять инструментальный активационный анализ для контроля чистоты готовых изделий, в криминалистике, археологии и т.
д.197Недостатки активационного анализа связаны с необходимостьюиспользовать дорогостоящее оборудование и соблюдать специальныемеры предосторожности.2. Анализ по поглощению нейтроновПри облучении некоторых ядер, обладающих высоким сечениемзахвата нейтронов (например, лития, бора, кадмия, гадолиния), образуются стабильные нуклиды или радионуклиды с очень малым периодом полураспада. В таких случаях анализ проводят по поглощению нейтронов.Из формулы (1.66) видно, что ослабление потока нейтронов следует экспоненциальному закону.
Логарифмируя (1.66), получим,(6.41)где Ф о — начальная плотность потока нейтронов; Ф^ — плотностьпотока нейтронов, прошедших через слой вещества толщиной /; о —эффективное сечение захвата нейтронов ядрами данного нуклида;п — число ядер нуклида, определяемого по поглощению нейтронов,которое содержится в 1 см3 мишени.Учитывая, что п — no/(Sl)> где п0 — общее число ядер данногонуклида (изотопа) в мишени; S — площадь мишени, запишемlg(<I)/AI>0)-=— 0f4343/2os/S.(6.42)Переходя далее от числа ядер изотопа п0 к массе т элемента, определяемого по поглощению нейтронов, имеемФ/6,02 • \0'2:imqilg— ^ — —0,4343— *8Фо100MS(6.43)где q — массовая доля, °о, поглощающего нейтроны изотопа вприродной смеси изотопов определяемого элемента; М — его молярная масса.Поскольку 0,4343 7— — к' — постоянная, переходим кг\оомвыражению= —k' (tn/S).(6.44)Таким образом, зависимость 1й(Ф//Фо) от m/S должна представлятьпрямую линию.
Если все мишени данной серии имеют одинаковыеплощади, то график функцииlg(<V<l>0) = - * ' " ,(6.45)также должен быть линейным.Отношение Ф Г Ф О можно найти путем прямого измерения величинФг и Ф о , например, с помощью счетчика нейтронов. Ослабление нейтронного пучка можно также измерить, сравнивая активность легкоактивируемого вещества (детектора) при непосредственном облучении(а0) и при облучении потоком, проходящим через слой анализируемоговещества (at).
Согласно формуле (1.78) отношение возбужденной в де198текторе активности а к плотности потоканейтронов Ф зависит от свойств детектора ипродолжительности облучения. Поэтому дляданного детектора и при постоянном времени облучения\\3,6\\Аh-(6.46)бго/Фо --. ai/Ф'.г/' **1•л: ***I1/гJ//\!**4#*Рис. 71. Схема блока для определения веществ по поглощениюнейтронов:1 — колодец для нейтронного источника; 2 — парафин; 3 — кювета для анализируемого вещества и детектора-А|•\поРис. 72. Зависимостьлогарифма скорости счета lg / от массы бора т вста ида рт и ыхобразцахНа основании полученного соотношения, а также учитывая связьмежду абсолютной и регистрируемой активностью (2.1), формулу(6.45) можно преобразовать к видуlg(////o) = — km.(6.47)В качестве детектора медленных нейтронов используют элементыс высоким сечением захвата нейтронов, дающие радионуклиды с удобными для измерения излучениями и периодами полураспада, напримердиспрозий (сечение захвата в расчете на элемент а э л ^ - 725-10" 2 8 м-),иридий (оэч • 388-10~28 м2), серебро ( а Э [ - 46-10" 2 8 м 2 ), марганец( а э л =--- 13-10" 28 м2) и др.Для проведения анализа по поглощению нейтронов часто применяют специальные кюветы (рис.
71). Во внутренний цилиндр кюветыпомещают детектор, а во внешний — анализируемое вещество илистандартный образец с известным содержанием данного элемента. Массу анализируемого элемента находят, пользуясь градуировочным полулогарифмическим графиком, полученным на основании измеренийактивности детекторов после облучения нейтронами проб с известнымсодержанием этого элемента.Пример 57. Для определения бора по поглощению нейтронов анализируемый образец и серию стандартных образцов облучали в кювете,на внешней стороне которой укреплена фольга из диспрозия. Активности 1( ' 5 Dy, приведенныек одному времени, в зависимости от массы бора в полученных образцах, а также значения логарифмов регистрируемой активности облученных образцовlg / даны ниже:Масса бора, гО 0,5 0,81,5 2,3 3,2 4,1 5,0тхАктивность Dy /, имп/мин 9450 6660 5220 3610 2100 1190 700 380 1445lg /3,975 3,824 3,718 3,558 3,322 3,076 2,845 2,580 3,160199Рассчитаем массовую долю (в процентах) бора в анализируемой пробе, если массаее составляла 85 г.Строим график зависимости lg / от массы бора в стандартных образцах(рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
