В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Он пригоден для одновременного определения большогочисла различных элементов, но требует много времени для выполнения химических операций и нахождения химического выхода анализируемых элементов.Весьма перспективно комплексное использование радиохимического и ^-спектроскопического методов. При этом анализируемыйобразец разделяется на ряд фракций, каждая из которых может содержать смесь двух-трех элементов, после чего анализ каждой фракции проводится методами у-спектроскопии.Нейтронный активационный анализ. Поскольку ядра большинства нуклидов легче всего активируются нейтронами (источники которыхдоступны, см.
гл. I, § 4, 3), нейтронный активационный анализполучил наибольшее распространение по сравнению с активационным анализом на других ядерных частицах или у-квантах.Различия эффективных сечений отдельных нуклидов в ядерных реакциях с нейтронами достигают 5 порядков и более. Чем больше различия эффективных сечений, тем более высокой специфичностью обладает нейтронный активационный анализ.Пример 54. Определимпредел обнаружения мышьякав образце,если используется источник медленных нейтронов с плотностью потока12210 нейтронов/(см -с), а минимальная активность, которую можно надежноизмерить, равна ЮОимп/мин.
Природный мышьяк состоит из единственного нуклида 75 As, для которого сечение захвата медленных нейтронов составляет 4.2Х191282mmin =2427675XlOм = 4,2-10см . As, образующийся из As по реакции (п, у), имеетпериод полураспада Тх, = 1,15 сут. Коэффициент регистрации ф равен 0,08.Длительность облучения 24 ч, а промежуток времени между окончанием о б л учения и измерением активности составляет 30 мин.xПредварительно найдем значения величин (1—e~ *i) и е~м2. Так какx•ti/Ti/n = 0,9, то на основании табл. П.З (1—e~ *i) = 0,45. Аналогично определив, что / 2 /7\/ = = 0,02, находим е~^2= 0,99. Дальнейший расчет проводим поформуле (6.37), причем активность выражаем в импульсах в секунду.
В итогеимеем6 0# o o s.1Q12100. 4 j 2 . 10_24 . 0 > 4 5 . 0,99Ш0_751006,02 • 1023""9= 1,4 • Ю- г.На основании формулы (6.37) можно заключить, что одним из важных факторов, определяющих чувствительность нейтронного активационного анализа, является плотность потока нейтронов Ф о . Ампульяые источники нейтронов (радий-бериллиевые, полоний-бериллиевыеи др.) обеспечивают интегральные потоки нейтронов до 107 нейтронов/с. Нейтронные генераторы позволяют получать нейтроны с плотностью потока до 1010 нейтронов/(см2-с), ядерные реакторы— 1012-—1014 нейтронов/(см2-с) и выше. Наиболее низкие пределы обнаружения для нейтронного активационного анализа могут быть достигнуты с использованием ядерных реакторов.В табл.
12 и 13 приведены значения пределов обнаружения длянейтронного активационного анализа, которые достигаются при облучении медленными нейтронами в ядерном реакторе с плотностью потока 1013 нейтронов/(см2-с) при времени облучения 6 мин (табл. 12)и 30 сут (табл.
13). При расчете значений, представленных в этихтаблицах, предполагалось, что измерения активности образцов проводятся на обычной радиометрической аппаратуре в момент окончания облучения.Минимальная активность, которую можно надежно зарегистрировать, принята равной 30—60 имп/мин (над фоном) при коэффициенте регистрации ф = 0,1. Предел обнаружения каждого элементахарактеризуется числом, помещенным справа от символа; это числопредставляет собой отрицательный логарифм минимальной массы элемента (в граммах), которая может быть определена при указанныхусловиях.
Так, например, предел обнаружения натрия при облучениив течение 6 мин равен /nmin = Ю~8 г, a —lgmmm = 8, что и демонстрирует запись Na8 в табл. 12. Курсивом выделены те элементы,6минимально определяемая масса которых превышает 10~ г. Элементы,отмеченные звездочкой, состоят исключительно из радиоактивныхизотопов и могут быть определены по своей радиоактивности.Пользуясь табл.
12 и 13, можно оценить, какой вклад в общуюактивность мишени будет создавать активация присутствующих в нейэлементов, если состав мишени ориентировочно известен. Такиеоценки бывают очень полезны при разработке методик активационного анализа. Активность Ix м масса пгх определяемого элемента связа192ны с минимально обнаруживаемой активностью / m i n и массой тт\псоотношениемffn:Ifn(6.39)rniJ min= x/ x.5Полагая / m i n равным 50 имп/мин и тт[п = 10~ , где s — число,стоящее справа от химического символа элемента в табл. 12 и 13, наосновании (6.39) получаем50тV= 1£Г =5• 10 * + Чс-<6-40>/ х характеризует регистрируемую активность, даваемую т х г элемента, активированного в ядерном реакторе с плотностью потока1013 нейтронов/(см2-с), если коэффициент регистрации ср = 0,1 (притаких предположениях составлены табл.
12 и 13).Пример 55. Требуется оценить возможность определения примесей натрияи кальция в неактивируемой основе путем нейтронного активационного анализа,если ориентировочное содержание примеси каждого элемента в облучаемом образце составляет 10~7 г. Облучение предполагается проводить на ядерном реакторе с плотностью потока Ю12 нейтронов/(см2-с) в течение 30 сут. Коэффициент регистрации излучения примеси равен ф — 0,1, a / m i n —- 50 имп/мин.В рассматриваемом случае продолжительность облучения /х, минимальнорегистрируемая активность / m i n и коэффициент регистрации ф соответствуютуказанным в табл.
13, а плотность потока нейтронов Ф о на порядок ниже. Еслибы Ф о также соответствовало значению, указанному в табл. 13, то на основанииэтой таблицы мы бы имели для Na s = 10,а для Са 5 = 7. Подставляя эти значения s, а также m N a = m C a — 10~7 в формулу (6.40), находим:/ N a (ф#=101>) = 5 • Ю 1 0 + 1 • 10"7 = 5 • 104 имп/мин;/Са(Фв==1015 ) = 5 • 10 7+1 • 10"7 = 5-10 имп/мин.Учитывая различие в плотности потоков нейтронов, полученные значенияследует уменьшить в 10 раз:/Na (Ф,=ю«) =5•103имп/мин;/ С а (фо=1012) = 5 имп/мин.Таким образом, при заданных условиях кальций практически не активируется.
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).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
