Сторінка
2

Радіоактивність і аналіз речовин

Радіоіндикаторні методи аналізу

Радіоіндикаторні методи використовуються для того, щоб досліджувати якісний склад системи в ході реакції. В аналізовану систему (тобто ту, котра містить визначуваний елемент або сполуку) вводиться мічена сполука (радіонуклід або неізотопний радіоактивний реагент), після чого вимірюється питома активність системи і встановлюється зміна питомої активності", а також зміна ізотопного складу та інші характеристики системи.

Метод мічених атомів

В основі методу мічених атомів лежить той факт, що хімічні властивості радіоактивних і нерадіоактивних ізотопів однакові. Це означає, що в хімічних реакціях із вихідних речовин у продукти переходитимуть однакові частини обох типів ізотопів. Але це можна використовувати на практиці тільки в тому випадку, якщо радіоактивний і стабільний ізотопи знаходяться в стані ідеального однорідного розподілу в хімічній системі, причому протягом усіх досліджуваних процесів однорідність розподілу (ізотопний склад) не змінюється. Тоді можна простежити, по-перше, як змінюється концентрація досліджуваної сполуки в ході реакції, а по-друге, на яких етапах протікання реакції з нею починають відбуватися зміни. Якісне дослідження міченого елемента або його сполуки проводять, виявляючи радіоактивність, а кількісне — заміряючи величину радіоактивності.

З величезної кількості радіонуклідів, відомих на сьогодні, тільки деякі з них можна використовувати як індикатори. При цьому до уваги беруться як фізичні й хімічні властивості радіонукліда, так і економічні характеристики (доступність, вартість).

Основні показники, що беруться до уваги при виборі індикатора:

— період піврозпаду;

— вид і енергія випромінювання;

— доступність радіонукліда;

— хімічна й радіоактивна чистота;

— хімічна форма.

Період піврозпаду радіонукліда, який збираються використовувати як індикатор, не повинен бути занадто малим. Якщо тривалість експерименту перевищує період піврозпаду в 10 і більше разів, то такий радіонуклід використовувати в тривалому експерименті не можна. Непридатні для радіоіндикаторного методу й радіонукліди з тривалим періодом піврозпаду, тому що в більшості випадків вони випускають випромінювання з низькою енергією Найбільш придатними є радіонукліди з періодом піврозпаду від декількох годин до декількох місяців.

Вид випромінювання радіонукліда має не менше значення, ніж період піврозпаду. а-Випромінювання має занадто малий пробіг, а у-випромінювання — занадто велику проникаючу здатність, що робить роботу з ним небезпечною. Тому найширше застосовують радіонукліди, що випускають β-випромінювання. При роботі з ними легко убезпечити людину. Крім того, існує безліч приладів, що дозволяють виміряти активність р-випромінювання. Найбільш ефективні радіонукліди, які випускають короткохвильове β-випромінювання з енергією Е>0,3 МеВ. Для довгохвильового β-випромінювання застосовуються спеціальні лічильники.

Радіонукліди, що використовуються як індикатори, повинні бути доступні у виготовленні. Насамперед, це радіонукліди, що одержують у ядерному реакторі. Хімічна форма й ступінь очищення речовини також впливають на те, наскільки доступним буде радіоіндикатор, у тому числі й за вартістю.

Хімічна й радіохімічна чистота радіоіндикатора повинна бути дуже високою, тобто речовина повинна мати мінімум сторонніх хімічних елементів або сполук, що випускають випромінювання. Якщо немає можливості забезпечити відсутність сторонніх радіоактивних речовин і елементів, то потрібно, щоб ці домішки були відомі та їхній вплив можна було б оцінити й врахувати. Якщо ж розпізнати радіоактивне забруднення не можна, то радіоіндикаторний метод дасть помилковий результат.

Хімічна форма радіоактивного індикатора і визначуваної речовини повинна бути однаковою, тобто індикатор і. досліджувана речовина повинні мати однаковий кількісний і якісний склад молекули (хімічну формулу). Це особливо важливо для елементів, що можуть перебувати в кількох ступенях окиснювання й утворювати кілька різних сполук з одним елементом.

Активаційний аналіз

Активаційний аналіз є методом, що найширше використовується для виявлення та ідентифікації хімічних елементів. Уперше він був застосований у 1936 p., коли Хевеші й Леві за допомогою активації нейтронами визначили сліди диспрозію (Dy) в ітрії (Y).

Сутність методу полягає в тому, що досліджуваний (нерадіоактивний) зразок піддається опроміненню, а потім, заміряючи активність отриманого радіонукліда, встановлюють його кількість, що відповідає кількості досліджуваної речовини. Опромінення проводиться потоком частинок, найчастіше — нейтронів, якими бомбардують зразок, хоча іноді активація проводиться зарядженими частинками або у-квантами. Якщо зразок бомбардується нейтронами, то метод називається нейтронно-активаційним аналізом. Інші способи активації не мають окремих назв і використовуються тільки в спеціальних випадках, коли досліджуваний елемент не активується нейтронами або активується із занадто малим виходом.

Активність, а отже, і кількість радіонукліда, що утворюється в результаті ядерної реакції при активації зразка, прямо пропорційні масі визначуваного елемента в зразку. Отже, за обмірюваною інтенсивністю випромінювання цього радіонукліда в зразку можна встановити кількість досліджуваної речовини, що піддається активізації.

Звичайно при опроміненні зразка виникає суміш радіоактивних ізотопів різних інших елементів, крім визначуваного. їх потрібно розділити таким чином, щоб радіоізотоп досліджуваної речовини не мав домішок. Для радіохімічного поділу компонентів опромінений зразок переводять у розчин.

Крім кількісного аналізу зразка, активаційний аналіз дозволяє проводити й якісні дослідження, тобто ідентифікувати радіонукліди, що утворилися. Це можна зробити, спираючись на три ядерно-фізичні характеристики: тип випромінювання, період піврозпаду й енергію випромінювання. Деякі труднощі виникають, коли потрібно провести розпізнавання складу складних сумішей. У цьому випадку суміш спочатку поділяють на компоненти, а потім ідентифікують кожен із них окремо.