М.И. Афанасов и др. - Основы радиохимии и радиоэкологии (Практикум) (2008) (1133848), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Одной из причин этогоявляется то, что указанные радионуклиды можно ввести практически в любую органическую молекулу. Кроме того, при работе с тритием и углеродом-14, испускающихпри распаде низкоэнергетические β-частицы, практически не требуется защита отвнешнего облучения, что упрощает проведение химической части эксперимента.Вместе с тем надежная регистрация излучения трития и углерода-14 возможна толькос помощью жидкостно-сцинтилляционных спектрометров (ЖС−спектрометров). Длярегистрации радиоактивного излучения раствор препарата смешивают с органической жидкостью, обладающей способностью преобразовывать энергию излучения вкванты света видимой области спектра. С помощью ФЭУ световые импульсы преобразуются в электрический сигнал, который после усиления и дискриминации фиксируется в памяти спектрометра.
В итоге регистрируется распределение импульсов поэнергиям, то есть определяется спектр излучения.Принципы регистрации излучения с помощью ЖС−спектрометров достаточно подробно изложены в учебном пособии [9]. Одно из основных достоинств ЖС−метода –возможность проводить измерения α- и β-излучающих препаратов, имеющих оченьнизкую абсолютную активность. Это объясняется тем, что исследуемое веществовводится в рабочий объем детектора и, следовательно, значения коэффициентов ослабления, самоослабления, обратного рассеяния и геометрического (для гомогенныхсистем) практически равны единице. Таким образом, коэффициент регистрации ϕ вуравнении (2.1) определяется только эффективностью детектора ε, которая в случаеα- и β-частиц может приближаться к 100%.При внесении в жидкий сцинтиллятор пробы для измерения радиоактивности вместе с меченым веществом вносится растворитель и другие вещества, которые могутвлиять на регистрацию излучения.
Добавки, снижающие вероятность преобразованияэнергии ядерного излучения в регистрируемые с помощью ФЭУ фотоны, называютгасителями. Различают процессы химического гашения, когда гасители снижают вероятность передачи энергии возбуждения молекулам сцинтиллятора, и цветового гашения, когда гасителями поглощаются фотоны.
Оба процесса приводят к тому, что врезультате уменьшения числа квантов света, попадающих на ФЭУ, и изменения регистрируемого спектра снижается эффективность ε. Между формой спектра регистрируемого излучения и эффективностью ε существует однозначная связь. Таким образом, ЖС−спектрометрия имеет важное преимущество, которое заключается в том,что из полученного спектра можно определить эффективность регистрации радионуклида. В данной работе предполагается выявить влияние различных добавок на регистрируемый спектр излучения трития и углерода-14.Цель работыПолучение препаратов трития и углерода-14 с заданной активностью.Определение кривых гашения по изменению скорости счета препаратов при добавкегасителей.57Оборудование и реактивыЖС- спектрометр RackBeta 1215 (LKB Wallac, Финляндия)Флаконы сцинтилляционные малые, объемом 7 мл.Микропипетки переменного объема на 200 мкл, наконечники к ним (погрешность приотборе проб объемом 20, 100 и 200 мкл составляет 1,2, 1,0 и 0,6 %, соответственно).Жидкость сцинтилляционная ЖС-8.Раствор меченного по 3H вещества с известной удельной радиоактивностью.Раствор меченного по 14C вещества с известной удельной радиоактивностью.Гасители: 2% раствор нитробензола в этаноле, 1% раствор голубого декстрана в водеВыполнение работыВ 20 сцинтилляционных флаконов вносят по 2 мл сцинтилляционной жидкостиЖС-8.
Разделяют флаконы на 4 серии по 5 флаконов. С помощью микропипетки добавляют в первую и вторую серии флаконов по 100 мкл раствора, содержащего тритий, а в третью и четвертую серию флаконов - по 100 мкл раствора, содержащего 14С.Измеряют радиоактивность флаконов на приборе RackBeta. Спектрометр RackBetaдискриминирует регистрируемые импульсы по 256 каналам в диапазоне от 0 до 4МэВ. Зависимость энергии дискриминации от номера канала в спектрометре экспоненциальная, так что весь спектр излучения трития укладывается в 110 каналах, а 14С– в 165 каналах. Прибор можно запрограммировать таким образом, что весь спектризлучения можно разделить на 4 области.
Обычно регистрацию в каналах 1-7 не проводят, так как в области этих энергий наиболее высокий уровень ложных импульсовхемолюминесценции и собственного шума ФЭУ. Таким образом, флаконы с тритиемрегистрируют по программе, распределяющей регистрируемые импульсы по каналам:8-34, 35-60, 61-85 и 86-110. Регистрируемые импульсы излучения 14С распределяютпо четырем группам следующим образом: 8-45, 46-85, 85-125, 126-165.
Результатыизмерения записываются в виде текстового файла, пример которого приведен в табл.8.1. Сокращение CPM (от англ. counts per minute) означает скорость счета в соответствующем диапазоне в единицах измерения имп/мин. Общую скорость счета препарата вычисляют, суммируя четыре слагаемых:4IiΣ = ∑ Ii( j)j=1(8.1)Рассчитывают среднее значение скорости счета внесенных проб, Ī, стандартное отклонение (1.17) и погрешность, соответствующую 95%-ной доверительной вероятности (1.19).Учитывая равенство η=k=S=q=1, эффективность детектора к излучению 3H и 14Cопределяют как:ε= Ī/A(8.2),где А – радиоактивность пробы в единицах расп/мин ≡ DPM (decay per minute) рассчитывается из данных, предоставленных преподавателем.Сопоставляют полученные значения доверительной погрешности с паспортнымихарактеристиками микропипеток.
Если погрешность определения Ī превышает паспортные характеристики пипетки, то это означает, что отбор проб был сделан неочень точно. Для уменьшения погрешности определения эффективности регистрациив дальнейших экспериментах рассчитывают радиоактивность каждой пробы (Ai) позарегистрированной скорости счета и значению ε, полученному ранее по (8.2):58A i = IiΣ / ε(8.3)Чтобы изменить условия регистрации, добавляют в первую и третью серию флаконов раствор нитробензола (химический гаситель), а во вторую и четвертую сериюфлаконов - раствор голубого декстрана (цветовой гаситель) согласно табл.
8.2.Таблица 8.1.Типичная распечатка данных на приборе RackBeta.POS001002003004005TIME0006000060000600006000060CPM1I1(1)I2(1)I3(1)I4(1)I5(1)CPM2I1(2)I2(2)I3(2)I4(2)I5(2)CPM3I1(3)I2(3)I3(3)I4(3)I5(3)CPM4I1(4)I2(4)I3(4)I4(4)I5(4)Таблица 8.2Количество гасителя (мкл), добавляемое во флаконы со сцинтиллятором ЖС-8№ флаконав серии12345Раствор нитробензола2550100150200Раствор голубогодекстрана50100200300400Повторно измеряют радиоактивность флаконов на приборе RackBeta с использованием тех же программ.
Определяют эффективность регистрации β–частиц для каждого флакона по изменению скорости счета после добавки гасителя:Σ( + гаситель)εi = Ii/ Ai(8.4)В качестве характеристики формы спектра трития используют отношение скоростисчета в диапазоне 61-110 к скорости счета во всем диапазоне 8-110:δi = (Ii + Ii ) / IiΣ(8.5)14Для С используют аналогичное отношение в диапазонах 85-165 и 8-165.Строят калибровочные кривые зависимости эффективности регистрации (εi) от величин δi, полученных по формуле (8.5) для трития и углерода-14. Сопоставляют полученные кривые для разных типов гасителей и для двух радионуклидов.
Для наглядного представления об изменениях регистрируемого спектра строят графики в коор(3)( 4)( j)динатах I i−j.С помощью полученных кривых гашения определяют абсолютную активность контрольного раствора, проведя 3 отбора по 100 мкл во флаконы с 2 мл сцинтиллятораЖС-8. Рассчитывают среднее значение активности и погрешность, соответствующую95%-ной доверительной вероятности.59РАБОТА 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ САМОДИФФУЗИИ)ИОНОВ В РАСТВОРЕ НА ПРИМЕРЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТАСАМОДИФФУЗИИ ИОДИД-ИОНОВПри разработке промышленных химических реакторов большое значение имеютсведения о такой важной характеристике массопереноса вещества, как его коэффициент диффузии (самодиффузии).Знание коэффициента диффузии (самодиффузии) в твердых и жидких средах даетвозможность сделать важные выводы о массе диффундирующих веществ, силах межмолекулярного взаимодействия и других особенностях диффузионной среды.
Определение коэффициентов диффузии одного вещества в среде другого вещества можетбыть выполнено не только с использованием радиоактивных индикаторов, но и с использованием обычных химических методик, позволяющих определять ультрамалыеколичества того или ионного вещества. В данном случае радиоактивные индикаторыобеспечивают необходимую точность результатов при сравнительно небольших затратах времени и средств.Другая задача – определение коэффициента самодиффузии того или другого иона,входящего в состав вещества, составляющего диффузионную среду, в среде того жевещества принципиально может быть решена только с использованием радиоактивных нуклидов – меток.
Диффузионное поведение разных нуклидов одного и того жеэлемента в подавляющем большинстве случаев различается мало (изотопные эффекты незначительны), и поэтому обычно принимают, что диффузия радиоактивныхатомов (ионов или молекул, содержащих радионуклид-метку) протекает с такой жескоростью, что и диффузия стабильных атомов исследуемого элемента.Допустим, что вещество при постоянной температуре диффундирует вдоль координаты х.
В таком случае концентрация вещества С во времени t вдоль координатых подчиняется уравнению Фика:dC ∂ ⎛ ∂C ⎞=(9.1),⎜D⎟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:∂ 2CdC=Ddt∂x 2(9.2)Входящий в уравнение (9.2) коэффициент D следующим образом зависит от абсолютной температуры T, при которой происходит диффузия (самодиффузия):ED = D о exp(−)(9.3),RTгде Dо – постоянная, не зависящая от температуры, R – газовая постоянная, E – энергия активации диффузии.Решение уравнения (9.2) зависит от условий эксперимента (от граничных условий).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
