Активационный Анализ

(радиоактивационный анализ), метод качественного и количественного элементного анализа в-ва, основанный на активации ядер атомов и исследовании образовавшихся радиоактивных изотопов (радионуклидов). В-во облучают ядерными частицами (тепловыми или быстрыми нейтронами, протонами, дейтронами,частицами и т. Д.) или квантами. Затем определяют вид, т. Е. Порядковый номер и массовое число, образовавшихся радионуклидов по их периодам полураспада Т 1/2 и энергиям излучения Е, к-рые табулированы. Поскольку ядерные р-ции, приводящие к образованию тех или иных радионуклидов, обычно известны, можно установить, какие атомы были исходными. Количеств. А. А. Основан на том, что активность образовавшегося радионуклида пропорциональна числу ядер исходного изотопа, участвовавшего в ядерной р-ции.

При т. Наз. Абсолютном анализе измеряют активность радионуклида и рассчитывают исходное содержание определяемого элемента по ф-ле. где т-масса определяемого элемента, г. N- измеренная скорость счета, имп/с. М-атомная масса определяемого элемента. Е- полная эффективность регистрации измерит, аппаратуры (отношение числа регистрируемых импульсов к числу актов радиоактивного распада). Ф-поток частиц или квантов, облучающих образец, число частиц/см 2*с. -сечение (вероятность) ядерной р-ции, барны (10-24 см 2). -доля исследуемого нуклида в прир. Смеси. -постоянная распада (т. Е. 1/Г 1/2 образующегося радионуклида, с -1). T1 -время облучения образца, с. T2 -время выдержки (время, прошедшее с момента окончания облучения до начала измерения активности образца), с.

Абс. Метод характеризуется высокой погрешностью (относит. Стандартное отклонение 0,4-0,6), что связано с неконтролируемыми колебаниями величины Ф, сложностью определения E, погрешностями табличных значений а и т. Д. Поэтому обычно анализ выполняют относит. Методом, основанным на сравнении активностей анализируемого образца и образцов сравнения с точно известным содержанием определяемых элементов. Облучение и измерение активности образцов проводят в одинаковых условиях. Существуют два осн. Варианта А. А. - инструментальный и радиохимический. Первый применяют при анализе в-в, к-рые либо слабо активируются, либо образуют короткоживущие радионуклиды. Анализируемый образец и образцы сравнения одновременно получают и затем обычно неск.

Раз измеряют (с помощью полупроводникового спектрометра высокого разрешения) и сопоставляют их спектры. При первом измерении идентифицируют и определяют содержание элементов, образующих короткоживущие радионуклиды, при втором-элементы, образующие радионуклиды с большим Т 1/2, и т. Д. Кроме того, последоват. Измерение спектров позволяет идентифицировать радионуклиды не только по энергиям испускаемых квантов, но и по T1/2. Пример инструментального А. А.-нейтронноактивационное определение примесей в Nb. Невысокий уровень активности радионуклидов, образующихся при облучении нейтронами, позволяет измерять спектры уже через 5-7 ч после облучения. При первом измерении определяли радионуклиды с Т 1/2 = 2-30 ч, напр.

56Mn, 65Ni, 24Na, 64Cu, l87W, при втором (через 3-4 сут после первого)-радионуклиды с Т 1/2 от 25 сут до 5 лет, напр. 51Cr, 60 Со, 59Fe. Если в Nb содержание примесей легкоактивирующихся элементов (Си, Na, Та, W) не превышает 10-5%, удается определить 30-35 элементов с пределами обнаружения 10-5 - 10-9%. Осн. Достоинства инструментального варианта. Быстрота проведения, сравнительно небольшая трудоемкость, высокая информативность, возможность проводить анализ без разрушения образца и использовать радионуклиды с небольшими Т 1/2 (от неск. Минут до неск. Секунд). Широкое использование электронно-вычислит. Техники для оптимизации условий анализа и обработки спектрометрич. Информации повысило точность и надежность метода и позволило создать полностью автоматизир.

Системы А. А. Осн. Недостаток инструментального варианта. Невозможность анализировать сильно активируемые в-ва, образующие долгоживущие радионуклиды. В радиохим. Варианте облученный образец растворяют, а затем отделяют от основы образовавшиеся радионуклиды определяемых элементов, обычно вместе с их изотопными носителями (неактивными изотопами), к-рые специально добавляют в р-р. Методы разделения-экстракция, хроматография, дистилляционные методы и др. Они позволяют получать препараты определяемых элементов радиохим. Степени чистоты, активность к-рых можно измерять на полупроводниковом спектрометре. При доминирующем содержании одного или неск. Элементов прямой гамма-спектральный анализ затруднен и необходимо эти радионуклиды разделять на группы, удобные для измерения спектров.

Для достижения особенно низких пределов обнаружения выделяют индивидуальные элементы. Наиб. Распространен нейтронно-активационный анализ, в к-ром исследуемое в-во облучают потоком тепловых нейтронов с энергией 0,025 эВ, т. К. Сечения ядерных р-ций (и,) в этом случае для большинства элементов на неск. Порядков выше сечений др. Ядерных р-ций. Поток нейтронов из ядерных реакторов достигает 1013-1015 частиц/см 2*с. Метод позволяет определять большинство элементов периодич. Системы начиная с Na с пределами обнаружения 10-4 - 10-12%, в т. Ч. 53 элемента - с пределами обнаружения менее 10-6%. Однако определение с помошью активации тепловыми нейтронами легких элементов от Н до Ne, а также Mg, Al, Si, P и нек-рых др. Связано со значит.

Трудностями из-за небольших сечений ядерных р-ций, слишком малых или слишком больших Т 1/2 образующихся радионуклидов, низких энергий испускаемого , излучения или рентгеновского излучения. В этом случае используют нейтронно-активационный анализ на быстрых нейтронах (с энергией ~ 14 МэВ). Источник последних -нейтронный генератор. Сечение ядерных р-ций на 3-4 порядка меньше, чем при активации тепловыми нейтронами. Однако быстрые нейтроны активируют легкие элементы - О, N, Si, F, Al, Mg и нек-рые др., пределы обнаружения к-рых составляют 10-3 - 10-5%. Предельно низкие концентрации (10-7 - 10-8%) О, С, N и В определяют путем активации образца ускоренными протонами или частицами. Источник излучения в этом случае-циклотрон.

При использовании для активации заряженных частиц можно определять в чистых в-вах Са, Ti, V, Nb, Y с пределами обнаружения 10-5 - 10-7%. Для определения газообразующих примесей (6, N, С) используют также активацию квантами (т. Наз. Фотонейтронный анализ). Источник последних-линейные ускорители, микротроны и бетатроны. В этом случае предел обнаружения составляет 10-5 - 10-6%. Достоинства А. А. Высокая чувствительность, возможность в ряде случаев проводить определение без разрушения образца, высокая избирательность, возможность одновременного определения ряда примесей в одной навеске образца, отсутствие поправки контрольного опыта (т. К. Все хим. Операции, в т. Ч. Травление образцов для удаления поверхностных загрязнений, проводят после облучения).

Кроме того, при работе с короткоживущими радионуклидами анализ м. Б. Выполнен быстро-в течение неск. Минут. Недостатки метода. Относительно малая доступность источников ядерных частиц или -квантов, возможность деструкции и даже разрушения образцов при облучении мощными потоками излучений, относит. Сложность выполнения анализа, радиац. Опасность. Осн. Области применения А. А. Анализ особо чистых в-в, геол. Объектов и объектов окружающей среды. Экспрессный анализ металлов и сплавов в пром-сти. Определение содержания микроэлементов в крови, плазме, тканях животных и растений. Судебно-мед. Экспертиза. А. А. Впервые был проведен Д. Хевеши и Г. Леви в 1936 и А. А. Гринбергом (1940). Лит. Кузнецов Р. А., Актнвационный анализ, 2 изд., М., 1974. Зайцев Е.

И., Сотсков Ю. ПД Резников Р. С., Нейтронно-активационный анализ горных пород на редкие элементы, М., 1978. My ми нов В. А., Мухаммедов С., Ядернофизнческие методы анализа газов в конденсированных средах, Таш., 1977. De Soete D., Gijbels R., Hoste J., Neutron activation analysis, L., 1972. Nondestructive activation analysis, ed. By S. Amiel, Amst.-[a. O.], 1981. M. Н. Щулепников..