М.И. Афанасов и др. - Основы радиохимии и радиоэкологии (Практикум) (2012) (1133850), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

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 безопасностипри работе 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 её 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.657.

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 вкладкраевых эффектов в получаемые значения D, а увеличение длительности диффузии t до 4860 ч (при длине капилляров 45 см) приводит к уменьшению отношения I/Io и к снижениюсвязанной с этим отношением погрешности нахождения D при использовании формулы(9.6).66РАБОТА 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:(10.1),D E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).

Мессбауэровский спектр представляет собой зависимость числа -квантов, проходящих через поглотитель - исследуемое вещество изарегистрированных детектором, от скорости  и отражает влияние электронной оболочки на энергию ядерных переходов. Минимальное число -квантов (импульсов) N0регистрируется при скорости , соответствующей совпадению модулируемой энергиииспускаемых -квантов энергии возбужденного уровня ядер в поглотителе; максимальное число -квантов (импульсов) N∞ детектор фиксирует в отсутствие резонанса(см. рис 10.1). Для получения полной картины резонанса, как правило, достаточнынебольшие скорости порядка нескольких сантиметров в секунду.Линии, составляющие мессбауэровский спектр, характеризуются шириной на полувысоте, интенсивностью (площадью) и смещением относительно нулевой скорости,которое определяется, прежде всего, сверхтонкими взаимодействиями.Экспериментальная ширина линииЛиния мессбауэровского спектра при небольшой толщине поглотителя имеет лоренцевскую форму.

Полную экспериментальную ширину линии на половине ее максимальной высоты обычно обозначают  и называют «шириной линии». Минималь67ное (теоретическое) значение  определяется удвоенной естественной шириной линии поглощения (испускания) 0 и, например, в случае 57Fe не может быть меньше20 = 0,194 мм/с (в случае 119Sn - 0,642 мм/с)().

Однако на практике ширина линиивсегда превышает значение 20 и зависит от многих факторов: некоторой неоднородности локального окружения ядер в источнике, дефектов структуры изучаемоговещества, стабильности работы установки, толщины образца и т.д.Для оценки увеличения параметра  за счет эффективной толщины поглотителя ta(при 0 ta 5) можно воспользоваться следующей зависимостью: = t→0 + 0,27ta0(10.2),где ta= n0f - эффективная толщина поглотителя; 0 – сечение поглощения излучения, выраженное в см2, f - вероятность поглощения  - квантов без отдачи, n – число резонансныхатомов в расчете на 1 см2 поверхности поглотителя; t→0 – ширина линии, экстраполированная к нулевой толщине поглотителя.Уравнение (10.2) позволяет найти t→0 (минимальное для данных условий измерениязначение ) и оценить соответствующее увеличение ширины =0,27ta0. Для используемой в практикуме аппаратуры и стандартных источников значение t→0 вспектрах 57Fe и 119Sn составляет 0,22 и 0,8 мм/с, соответственно.

Эффективнаятолщина поглотителей обычно меньше значения ta=2 и относительное увеличениеширины линии в этом случае не слишком велико (/t→0  0,2). Более значительноеувеличение , проявляющееся в спектрах, может указывать или на некоторую неоднородность ближайшего окружения резонансных атомов, или на появление неразрешенной сверхтонкой структуры, отражающей взаимодействие ядер со слабыми электрическими и магнитными полями исследуемого вещества.Площадь под резонансной линией. Вероятность резонансного поглощения.Площадь Sмс линии в мессбауэровском спектре тонкого поглотителя (tа 2) определяется выражением:Sмс= K f tа = Kfonf(10.3),где  -доля резонансных -квантов в потоке квантов, зарегистрированных детектором;K=(0/2)- постоянная для данного нуклида величина; остальные обозначения в (10.2).Из уравнения (10.3) следует, что при проведении серии измерений с одним и темже источником (Kf = const) площадь Sмс пропорциональна произведению nf (o=const).

Следовательно, для определения содержания в изучаемом образце различныххимических форм резонансного атома по площади соответствующих спектральныхкомпонент необходимо знать значение f-фактора, которое может быть определенодвумя способами. Один из них – сравнение зависимости площади линий от концентрации n для реперного поглотителя и исследуемого образца, другой – анализ температурной зависимости площади линий в спектре изучаемого вещества.Величина f зависит от тепловых колебаний атомов и определяется отношением: 4 2  u 2  f '  exp  (10.4),2где u2 - средний квадрат смещения резонансного атома от положения равновесия в направлении -луча, - длина волны излучения.Измерение f-фактора и его температурной зависимости позволяет получить информацию об особенностях движения атомов, прочности химических связей (увелиисключением являются спектры, зарегистрированные с помощью резонансных детекторов.68чение f соответствует увеличению прочности связей), фазовых переходах, изменениилокального окружения и т.п.

Характеристики

Список файлов книги