В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 43
Текст из файла (страница 43)
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. Тогда массовую долю элементав анализируемой пробе рассчитывают по формуле(6.6);'обр/Робргде рх и /? о б р — массы препаратов, приготовленных из анализируемого и образцового вещества, соответственно, а остальные обозначения те же, что и в формуле (6.5).Пример 45.
Для определения содержания урана в руде провели измерение7-активности препарата массой 2,4 г, приготовленного из этой руды. Значение1Х оказалось равно 1800 имп/мин (без фона). Затем в аналогичных условияхизмерили 7-активность образцового препарата, приготовленного из руды такогоже типа, но с известным содержанием урана (4,8%). Активность образцовогопрепарата /обр равна 2600 имп/мин, а его масса 3,9 г. Диаметры обоих препаратов одинаковы.
Пренебрегая поглощением ^-излучения в препаратах, рассчитаем содержание урана в исследуемой руде.Проводя расчет по формуле (6.6), находим1800 • 3,9^4854%При анализе природных объектов, содержащих уран и торий,нашел широкое применение эманационный метод. Изотопы уранаи тория ( 238 U, 2 3 5 U, 232 Th) дают начало цепочкам последовательныхпревращений, образующим так называемые радиоактивные ряды (ониприведены на форзаце книги). В эти ряды входят и изотопы благородного газа радона ( 222 Rn, 2 1 9 Rn, 2 2 0 Rn), называемые эманациями. К анализу эманационным методом пригодны образцы минералов и руд, вкоторых все члены данного радиоактивного ряда находятся в состоянии векового равновесия (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
