«Использованиерадиоактивационного метода в анализе объектов окружающей природной среды»
Содержание
Введение
Глава 1. Теоретические основырадиоактивационного анализа
Глава 2. Применениерадиоактивационного анализа
Глава 3. Современное оборудование
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Методы анализа, основанные нарадиоактивности, возникли в эпоху развития ядерной физики, радиохимии, атомнойтехники и с успехом применяются в настоящее время при проведении разнообразныханализов, в том числе в промышленности и геологической службе.
Основными достоинствами аналитическихметодов, основанных на измерении радиоактивного излучения, являются низкийпорог обнаружения анализируемого элемента и широкая универсальность.Радиоактивационный анализ имеет абсолютно низший порог обнаружения среди всехдругих аналитических методов (10-15 г). Достоинством некоторых радиометрическихметодик является анализ без разрушения образца, а методов, основанных наизмерении естественной радиоактивности, – быстрота анализа. Ценная особенностьрадиометрического метода изотопного разведения заключена в возможности анализасмеси близких по химико-аналитическим свойствам элементов, таких, как цирконий– гафний, ниобий – тантал и др.
Дополнительные осложнения в работе срадиоактивными препаратами обусловлены токсичными свойствами радиоактивногоизлучения, которые не вызывают немедленной реакции организма и тем самымосложняют своевременное применение необходимых мер. Это усиливает необходимостьстрогого соблюдения техники безопасности при работе с радиоактивнымипрепаратами. В необходимых случаях работа с радиоактивными веществамипроисходит с помощью так называемых манипуляторов в специальных камерах, а саманалитик остается в другом помещении, надежно защищенном от действиярадиоактивного излучения.
Радиоактивные изотопы применяются вследующих методах анализа:
метод осаждения в присутствиирадиоактивного элемента; метод изотопного разбавления; радиометрическоетитрование; активационный анализ; определения, основанные на измерениирадиоактивности изотопов, встречающихся в природе.
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОАКТИВАЦИОННОГОАНАЛИЗА (АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА)
Активационный анализ относится к основнымядерно-физическим методам обнаружения и определения содержания элементов вразличных природных и техногенных материалах и объектах окружающей среды. Методбазируется на фундаментальных понятиях и данных о структуре атомных ядер,сечениях ядерных реакций, схемах и вероятностях распада радионуклидов, энергияхизлучения, а также на современных способах разделения и предварительногоконцентрирования микроэлементов. Широкое распространение активационный анализполучил благодаря таким преимуществам перед другими методами, как низкиепределы обнаружения элементов (10–12–10–13 г),экспрессность и воспроизводимость анализа, возможность неразрушающегоодновременного определения в пробе 20 и более элементов. Применение специальныххимических методик и аппаратурных приемов позволяет определять фоновоесодержание металлов в приземном слое атмосферы, следовые количества примесей вбиологических объектах, особо чистых веществах и устанавливать химическую формуэлементов в исследуемых пробах. Большое значение имеет возможность проведенияанализа в диапазоне массы образцов от нескольких микрограммов (важно длятруднодоступных образцов, например, метеоритов или лунного грунта) донескольких сотен граммов. Следует отметить, что относительная погрешностьопределения содержания элементов в пробах активационным методом не выходит за пределы10%, а воспроизводимость составляет 5–15% и может быть доведена до 0,1–0,5% присерийных анализах. В настоящее время имеется целый ряд разновидностейактивационного анализа. Однако общим для всех этих методов является активациявещества нейтронами, гамма-квантами или заряженными частицами и последующаярегистрация спектрального состава излучения возбужденных ядер илиобразовавшихся радиоактивных изотопов. Наиболее распространены первые дваметода. Активационный анализ на заряженных частицах, в связи с их малымпробегом в веществе, используется главным образом для анализа тонких слоев ипри изучении поверхностных эффектов.[1]
Для осуществления активационного анализаисследуемый образец (проба) подвергается облучению потоком бомбардирующихчастиц, например нейтронов в ядерном реакторе. При этом образуются какстабильные, так и радиоактивные нуклиды (радионуклиды), характеризующиесяразличными временами жизни и энергиями распада. Радиоактивность облученногообразца прямо пропорциональна количеству образовавшихся радионуклидов. Поэтомуколичество радионуклида удобно выражать его активностью A, т. е. числом распадов в единицу времени, т.к. эту величинуможно измерить с помощью различных детекторов. Уравнение для вычисленияактивности радионуклида выглядит так:
/>. (1)
Зная активность радионуклида A, содержащегося в образце на данный момент времени, можнорассчитать количество радиоактивных ядер и их массу:
/>, (2)
где m —масса радиоактивных ядер (г), M —массовое число радиоизотопа.
Скорость накопления радионуклида во времяоблучения исследуемой пробы можно описать дифференциальным уравнением: