Методы анализа основанные на радиоактивности
6. Метод активационного анализа
Особое место в аналитической химии занимает активационный анализ. Этот метод определения качественного и количественного составов вещества, основанный на образовании радионуклидов в результате протекания ядерных реакций.
При активационном анализе образцы исследуемого вещества подвергаются обучению либо заряженными частицами, либо нейтронами или г-квантами, в результате чего стабильные изотопы превращаются в радиоактивные. В зависимости от типа облучения различают нейтронный, протонный и фотоактивационный анализ.
Выполнение качественного активационного анализа основано на идентификации полученных нуклидов по их периодам полураспада, по типу и энергии излучения или по возможным ядерным реакциям.
При количественном активационном анализе измеряют активности полученных изотопов и, зная удельные активности, находят количество определяемых элементов. Активирование зависит от энергии бомбардирующих частиц или г-квантов, от эффективного сечения ядерной реакции и от содержания определяемого изотопа в образце. Активность облученных образцов также зависит от периодов полураспада полученных радиоактивных изотопов, от продолжительности облучения и времени, прошедшего с момента окончания облучения. Зная эти величины и измеряя радиоактивность образца, можно рассчитать количество определяемого элемента, пользуясь формулой
(16)
где А - массовое число активируемого изотопа;
Ф - поток бомбардирующих частиц (частиц ? см-2 ? с-1);
у - эффективное сечение ядерной реакции (см2 ? частиц -1);
q - относительное содержание активируемого изотопа в природной смеси;
t1 - продолжительность облучения;
t2 - время между облучением и измерением активности образца.
Чаще всего определение количества элемента производят не по расчетным методам, а сравнением активности образца с активностью эталона. В этом случае вместе с анализируемым образцом облучают один или несколько образцов, содержание определяемого элемента в которых точно известно (стандартные образцы). Если использовался только один стандартный образец, то количество определяемого элемента в анализируемой пробе mx рассчитывают по формуле
(17)
где IХ и Iст - измеряемые активности анализируемого и стандартного образцов;
mст - количество анализируемого элемента в стандартном образце. При облучении серии стандартных образцов сначала строят градуировочный график и по нему определяют mx.
Таблица 3. Чувствительность нейтронного активационного анализа при различном времени облучения образцов потоком нейтронов (1013 нейтрон?см 2 с-1)
Определяемые элементы |
СН, г |
||
Время облучения 6 мин. |
Время облучения 30 сут. |
||
Sc, Ag, In, I |
V, I, As, Mn, I |
10 -11 |
|
Mn, Cu, Th, Br |
Th, Cs, Na, Cu, Br, Co, Hg |
10 -10 |
|
V, Nb |
K, Ce, Nb, Mo, Ag, P, Cl |
10 -9 |
|
Na, Cr, Co, Zn, Au, Hg, As, Cl |
Mg, Sr, Cr, Ni, Zn, S |
10 -8 |
|
K, Cd, Mg |
Cd, F |
10 -7 |
|
Sr, P |
- |
10 -6 |
Чувствительность активационного анализа (табл. 3) обусловлена интенсивностью потока ядерных частиц, сечением ядерной реакции, периодом полураспада и характером излучения образующегося радионуклида.
Для определения качественного и количественного составов с помощью активационного анализа можно применять радиометрический (инструментальный) или радиохимический варианты активационного анализа. В первом случае - без химического разделения нуклидов, во втором - с химическим выделением каждого нуклида и последующим измерением активности каждого из них.
Весьма перспективно комплексное использование радиохимического варианта активационного анализа и метода г-спектрометрии. При этом анализируемый образец разделяется на ряд фракций, каждая из которых может содержать смесь двух-трех элементов после чего анализ каждой фракции проводиться методом г-спектрометрии [7].