М.И. Афанасов и др. - Основы радиохимии и радиоэкологии (Практикум) (2012) (1133850), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

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:4I i   I i( j )(8.1)j 1Рассчитывают среднее значение скорости счета внесенных проб, Ī, стандартное отклонение (1.17) и погрешность, соответствующую 95%-ной доверительной вероятности (1.19).Учитывая равенство =k=S=q=1, эффективность детектора к излучению 3H и 14Cопределяют как:= 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 , полученному ранее по (8.2):(8.3)Ai  Ii / 61Чтобы 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 –частиц для каждого флакона по изменению скорости счета после добавки гасителя:i  Ii(  гаситель ) / Ai(8.4)В качестве характеристики формы спектра трития используют отношение скоростисчета в диапазоне 61-110 к скорости счета во всем диапазоне 8-110:i  ( Ii( 3 )  Ii( 4 ) ) / Ii(8.5)14Для С используют аналогичное отношение в диапазонах 85-165 и 8-165.Строят калибровочные кривые зависимости эффективности регистрации (i) от величин i, 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 координатах:( j)Iij.С помощью полученных кривых гашения определяют абсолютную активность контрольного раствора, проведя 3 отбора проб по 100 мкл во флаконы с 2 мл сцинтиллятора ЖС-8. Рассчитывают среднее значение активности и погрешность, соответствующую 95%-ной доверительной вероятности.62РАБОТА 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 координаты хподчиняется 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: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.63При 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(9.4), 2exp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 – радиоактивностьраствора в капилляре после диффузии (по истечению времени t), Io – начальная радиоактивность 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 материалы64Радиометрическая установка с колодцевым сцинтилляционным детектором.

Характеристики

Список файлов книги