активационный анализ

АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ - метод определения состава вещества, основанный на активации атомных ядер и исследовании радиоакт. излучения, возникающего вследствие изменения нуклонного состава или энергетич. состояния ядер. А. а.- наиб. распространённый ядерно-физ. метод определения состава вещества. Впервые предложен Д. Хевеши (G. Hevesy) и Г. Леви (Levi) (1936). Образец облучается потоком частиц или -квантов (активация). В результате ядерных реакций часть ядер превращается в радиоактивные или возбуждённые. Идентификация элементов и количеств. анализ производятся путём измерения интенсивности и энергии излучений, а также по периоду полураспада радиоакт. ядер. Т. к. в основе А. а. лежат ядерные процессы, то результаты А. а. не зависят от того, в какое хим. соединение входят атомы определяемых элементов, но чувствительны к изменению изотопного состава элементов.

Количеств. определение состава вещества при А. а. основано на том, что при соблюдении нек-рых условий активность образовавшегося радионуклида (аналитич. изотопа) пропорц. кол-ву ядер исходного нуклида определяемого элемента. При пост. плотности потока Ф активирующего излучения и пренебрежимо малом уменьшении числа п ядер определяемого элемента за время облучения активность А радионуклида в момент t после конца облучения равна:

(1)

где - сечение реакции, используемой для образования аналитич. изотопа, - доля исходного изотопа в естеств. смеси изотопов, - постоянная распада аналитич. изотопа, t_обл., - время облучения образца. Отсюда масса анализируемого элемента:

(2)

где М - атомная масса элемента, N_A. - число Авогадро.

Точность анализов, основанных на (2), составляет 20-50%. Более распространённым является относит. метод измерений, при к-ром активность образца А_x сравнивается с активностью эталона А_э, содержащего известное кол-во определяемого элемента и облучённого в идентичных условиях с образцом. Искомая величина т_х находится (точность 1-10%) из соотношения

(3)

А. а. подразделяется по виду активирующего излучения на нейтронно-активац. анализ, гамма-актива ц. анализ, анализ на заряж. частицах (протонах, дейтронах, a-частицах и тяжёлых ионах). Наиболее распространены первые два метода. А. а. на заряж. частицах, в связи с их малыми пробегами в веществе, используется гл. обр. для анализа тонких слоев и при изучении поверхностных явлений (адсорбции и др.).

Широкое распространение нейтронно-активац. анализа обусловлено его высокой чувствительностью, связанной с большим сечением реакции захвата ядрами тепловых нейтронов и наличием мощных источников нейтронов (ядерные реакторы, ускорители и др.). Чувствительность (предел обнаружения) большинства элементов при использовании нейтронных потоков ~ 10¹³ см^-2c^-1 составляет 10^-5-10^-10 %. Предел обнаружения ~ 10^-4-10^-6 %, достаточный для решения многих задач, может быть получен при использовании ампульных нейтронных источников (калифорниевого, сурьмяно-бериллиевого).

Анализ лёгких элементов, плохо активирующихся тепловыми нейтронами (С, N, О), производится с помощью быстрых нейтронов, получаемых на ускорителях и нейтронных генераторах, а также -излучения.

Для -активационного анализа используется тормозное излучение высокой интенсивности (10¹⁴- 10¹⁵ квант/с), получаемое на электронных ускорителях. Фотоядерные реакции позволяют активировать практически все элементы периодич. системы элементов с пределом обнаружения ~ 10^-4-10^-7%.

Различают т. н. инструментальный А. а., состоящий в измерении активности облучённого образца (без его разрушения) методами ядерной спектрометрии, и более точный А. а. с использованием хим. реакций для отделения аналитич. изотопов от др. ядер, активность к-рых препятствует измерениям. Измерение активности производится с помощью детекторов частно;. Наилучшие результаты дают -спектрометры высокого разрешения с использованием полупроводниковых детекторов, обладающих энергетич. разрешением до неск. десятых долей КэВ (рис.). Для анализа полученных спектров и обработки результатов измерений применяются многоканальные анализаторы, микропроцессоры, ЭВМ, позволяющие в совокупности с автоматич. системой перемещения образцов полностью автоматизировать процесс (см. Автоматизация эксперимента, Ядерная электроника).

Гл. достоинства А. а.: возможность определения малых содержаний элементов в разл. объектах и проведение массовых экспрессных анализов образцов. А. а. применяется для определения примесей в сверхчистых материалах (в реакторостроении и электронной промышленности), содержания микроэлементов в биол. объектах при экологич. и медицинских исследованиях, а также в археологии и криминалистике. А. а. успешно используется также при поиске полезных ископаемых, для контроля технол. процессов и качества выпускаемой продукции.

Лит.: Кузнецов Р. А., Активационный анализ, 2 изд., М., 1974; Тустановский В. Т., Оценка точности и чувствительности активационного анализа, М., 1976; Ваганов П. А., Нейтронно-активационное исследование геохимических ассоциаций редких эпементов, М., 1981.

Ю. С Замятнин.

   <<      Предметный указатель      >>