Активаційний аналіз
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Активаційний аналіз

Активаційний аналіз, метод визначення якісного і кількісного складу речовини, заснований на активації атомних ядер і вимірі їх радіоактивного випромінювання. Вперше застосований угорськими хіміками Д. Хевеши і Г. Льові в 1936. При проведенні А. а. досліджуваний матеріал протягом деякого часу опромінюють (активують) ядерними частками (нейтрони, протони, дейтрони, а-частки і т. д.) або жорсткими g-променямі, а потім за допомогою спеціальної апаратуру визначають вигляд і активність кожного з радіоактивних ізотопів, що утворюються. Кожен радіоактивний ізотоп володіє своїми, властивими лише йому одному, характеристиками: періодом напіврозпаду Т 1 / 2 і енергією випромінювання Е ізл , які ніколи не збігаються з аналогічними характеристиками ін. ізотопів; ці характеристики зібрані в таблиці. Тому, якщо визначити вигляд випромінювання і виміряти Е ізл і (або) Т 1 / 2 ізотопів, присутніх в активованому зразку, то по таблицях можна провести їх ідентифікацію (тобто встановити порядковий номер і масове число). Ядерні реакції, які при вибраному способі активування приводять до утворення тих або інших радіоактивних ізотопів, зазвичай добре відомі, і з їх допомогою легко знайти, з яких вихідних ізотопів утворилися виявлені в активованому зразку радіоактивні ізотопи, тобто визначити початковий склад досліджуваного матеріалу.

загрузка...

  Для проведення кількісного А. а. використовують ту обставину, що активність радіоактивного ізотопу після опромінення зразка пропорційна числу ядер вихідного ізотопу, що брав участь в ядерній реакції. Кількісний А. а. може бути виконаний абсолютним або відносним способом. У першому випадку вимірюють абсолютну активність ізотопу і, знаючи чинники, від яких залежить її значення, — час опромінення, число активуючих часток, що проходять через зразок в одиницю часу, ефективний переріз ядерної реакції (воно характеризує вірогідність протікання ядерної реакції), ізотопний склад хімічного елементу, Т 1 / 2 радіоактивного елементу, що утворюється, і час, прошедшєє після припинення опромінення до моменту виміру активності, — розраховують вихідний вміст аналізованого елементу. Точність абсолютного методу невелика (20—50% ), а виконання його пов'язано з рядом труднощів, тому він не набув широкого поширення. У 2-м-коді випадку разом з досліджуваним зразком в строго ідентичних умовах опромінюють спеціально приготований еталон або серію еталонів, вміст визначуваного елементу в яких точно відомий. Далі порівнюють активність зразка з актівностямі еталонів і, враховуючи, що кількість радіоактивних атомів, що утворюються при опроміненні, пропорційно вмісту досліджуваного елементу, знаходять потрібне значення (при використанні серії еталонів визначення зазвичай ведуть по калібрувальній кривій залежності активності від вмісту аналізованого елементу). Якщо таким дорогою необхідно визначити в зразку вміст декількох елементів, то порівнюють активність кожного з активованих в зразку ізотопів з актівностямі відповідних еталонів.

  Для визначення якісного і кількісного складу з допомогою А. а. можна застосовувати інструментальний або радіохімічний метод. Інструментальний А. а. полягає в дослідженні випромінювання радіоактивних ізотопів, що утворилися, за допомогою радіотехнічної апаратури, зазвичай з використанням сцинтиляційних датчиків. Він проводиться без руйнування зразка, відрізняється експрессностью, малою трудомісткістю і економічністю, але чутливість його часто нижче, ніж радіохімічного методу. Радіохімічний А. а. полягає в хімічному розділенні активованих елементів і визначенні активності кожного з них. Він придатний для одночасного визначення великого числа різних елементів, але вимагає великих витрат часу на виконання хімічних операцій.

  Через те, що ядра багатьох ізотопів найлегше активуються нейтронами, джерела яких досить всілякі і доступні, а А. а. на нейтронах володіє високою чутливістю, нейтронний А. а. набув найбільшого поширення в порівнянні з А. а. на ін. ядерних частках або g-променях. Відмінності ефективних перерізів окремих ізотопів в ядерних реакціях з нейтронами досягають сотень тисяч разів і більш, тому нейтронний А. а. володіє високою специфічністю. За допомогою нейтронного А. а. визначають кількості слідів домішки в матеріалах, використовуваних в реакторо- і ракетобудуванні (напрімер,10 -4 % гафнію в цирконії), в напівпровідниковій техніці (чутливість нейтронного А. а. на миш'як, присутність якого в германієвих транзисторах повинно бути строго обмежено, досягає 10 -10 — 10 -11 г ) і так далі Нейтронний А. а. придатний для визначення таких рідких елементів, як золото при вмісті до 10 -9 — 10 -10 % і платина (до 10 -5 — 10 -6 % ).

  Приклад: визначення за допомогою нейтронного А. а. процентного вмісту марганцю в алюмінієвому сплаві. Природний марганець складається лише з одного ізотопу 56 Mn, а алюміній — лише з ізотопу 27 Al. При опроміненні нейтронами ці ізотопи дають відповідно b-актівні 57 Mn з Т 1 / 2 = 2,58 ч. і 28 Al з Т 1 / 2 = 2,3 мин. Із-за крихти Т 1 / 2 28 Al практично без остачі розпадається через 15—20 мін після припинення опромінення, і активність сплаву визначатиметься присутністю в нім 57 Mn. Якщо одночасно з аналізованим зразком провести в строго аналогічних умовах активування ряду еталонів, процентний вміст марганцю в яких відомий, а потім виміряти активність еталонів і досліджуваного сплаву, яку вони матимуть через певний проміжок часу після опромінення, то, побудувавши криву залежності активності від процентного вмісту марганцю в сплавах, легко по активності аналізованого сплаву знайти необхідну величину. Чутливість визначення буде тим вище, чим більше використовуваний нейтронний потік і ефективність виміру активності на апаратурі.

  Поширення набув і А. а., заснований на ядерних реакціях, що протікають під дією g-віпромінювання. Так, вимірюючи потік нейтронів, що випускаються аналізованим зразком після опромінення його g-променямі, удається визначити присутність 10 -4 % берилія в пробі масою 100 р. Визначення легких елементів, ізотопи яких погано активуються нейтронами (вуглець, азот, кисень), може бути проведене шляхом виміру випромінювання ізотопів, що утворюються в результаті опромінення жорсткими g-променямі ядер відповідно 12 C, 14 N і 16 O. А. а. на заряджених ядерних частках (протони, дейтрони, (а-частки і ін.) також дає у ряді випадків задовільні результати. Наприклад, з допомогою прискорених протонів удається визначити до 10 -7 % бору в кремнії, 10 -5 % ніобію в танталі і так далі Проте через відсутність зручних джерел випромінювань і ряду ін. чинників цей метод А. а. поки не набув такого широкого поширення, як нейтронний А. а.

  Велика перевага будь-якого вигляду А. а. — відсутність небезпеки забруднення аналізованої речовини домішками, що містяться в хімічних реактивах. Можливість аналізу зразків без руйнування дозволяє використовувати А. а. для контролю чистоти готових виробів, в криміналістиці, археології і так далі Недоліки А. а. пов'язані головним чином з тим, що не всі елементи добре активуються, і з необхідністю використовувати дороге устаткування і дотримувати спеціальні запобіжні засоби.

  Літ.: Тейлор Д., Нейтронне випромінювання і активаційний аналіз, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965; Плаксин І. Н., Старчик Л. П., ядерно-фізичні методи контролю речового складу. Ядерні реакції і активаційний аналіз, М., 1966; Ковалів Р. А., Активаційний аналіз, М., 1967.

  С. С. Бердоносов.