Способи проведення радіометричного аналізу

 

Розрізняють радіометричні та радіохімічні методи аналізу. До радіометричних відносяться такі методи аналізу, в яких якісне і кількісне визначення проводиться тільки на основі вимірювання радіоактивності досліджуваного зразка без його розкладу або інших операцій, що можуть здійснюватися над ним.

У радіохімічних методах аналізу (РХМА) над досліджуваним зразком проводяться хімічні операції (розклад, розчинення, розділення, концентрування, виділення), які супроводжуються вимірюванням радіоактивності.

 

5.5.1. Якісний радіометричний аналіз.

Якісний радіометричний аналіз базується на залежності типу розпаду радіонукліду і одержаного в результаті цього розпаду енерґетичного спектру випромінювання від виду радіонукліду.

Якісний радіометричний аналіз дозволяє:

1) встановити вид випромінювання (α-, β- чи γ-);

2) визначити період піврозпаду T_½ (ідентифікувати радіонуклід);

3) визначити енерґію випромінювання.

 

5.5.2. Кількісний радіометричний аналіз.

Кількісний радіометричний аналіз оснований на вимірюванні залежності активності радіоактивного випромінювання від маси радіонукліду (5.9), (5.10).

За способом введення радіонукліду в досліджуваний зразок кількісний радіометричний аналіз поділяють на:

1). С пособи, основані на вимірюванні природної радіоактивності – коли в досліджуваному зразку присутні природні нукліди.

Шляхом вимірювання природної радіоактивності визначають вміст природних радіонуклідів – урану, радію, торію, полонію, калію та інших – у зразках. При цьому користуються вже відомими двома методами.

Метод стандартів або відносних вимірювань. Суть методу полягає в тому, що в ідентичних умовах вимірюють: фонову активність І_ф (імпульс/хв), відносну активність стандартного зразка з точно відомим вмістом радіонукліду І_ст. (імпульс/хв) і відносну активність зразка з невідомим вмістом нукліду І_х (імпульс/хв).

Згідно рівняннями (5.7), (5.9) та (5.10) складемо пропорцію, де маса прямо пропорційна активності:

m_ст. — І_ст. – І_ф або ω_ст. — І_ст. – І_ф

m_х — І_х – І_ф ω_х — І_х – І_ф.

m_x = m_ст. (мг), (5.11)

ω_х = ω_ст. (%), (5.12)

де m_ст. і m_x – маса нукліду в стандартному і досліджуваному зразку, відповідно, мг;

ω_ст. і ω_х – масова частка нукліду в стандартному і досліджуваному зразку, відповідно,%.

Метод калібрувального графіка. Якщо є декілька стандартних зразків з різним вмістом радіонукліду і необхідно виконати аналіз для значної кількості досліджуваних зразків, то в цьому випадку зручно користуватися методом калібрувального графіка.

Для цього будують графік залежності відносної активності стандартних зразків від процентного вмісту нукліду в цих зразках, а далі вимірюють відносну активність досліджуваного зразка і з графіка знаходять вміст нукліду в зразку.

 

2). С пособи, основані на вимірюванні штучної радіоактивності – коли радіонукліди вводяться у досліджуваний зразок на одній із стадій аналізу або утворюються у зразку внаслідок ядерних реакцій, зумовлених опроміненням зразка ядерними елементарними частинками (нейтронами, протонами, α-частинками) чи γ-квантами. Вони включають: активаційний аналіз, метод ізотопного розведення і метод радіометричного титрування.

Активаційний аналіз. В основі методу лежить одержання радіонукліду із визначуваного елемента шляхом опромінення в ідентичних умовах досліджуваного та стандартного зразків ядерними частинками чи γ-квантами.

Після опромінення вимірюють:

І_ф — фонову активність (імпульс/хв),

І_ст. — активність стандартного зразка з відомим вмістом елементу (імпульс/хв),

І_х — активність досліджуваного зразка з невідомим вмістом елементу (імпульс/хв).

Вміст елемента у зразку (ω_х чи m_х) визначають або методом стандартів (5.11, 5.12) або методом калібрувального графіка.

Метод ізотопного розведення. Застосовується для кількісного визначення компонентів важкорозділюваних складних сумішей (бромідів, йодидів, лужних, лужноземельних металів).

Суть методу полягає в тому, що до аналізованої суміші, яка містить нерадіоактивний визначуваний компонент, наприклад, (Pb²⁺), з масою m_x, додають відому кількість m_o цього ж радіоактивного компоненту (*Pb²⁺) з відомою питомою активністю І_о.

Після рівномірного розподілу радіоактивної речовини в суміші одним із способів осаджу­ють визначуваний компонент і вимірюють питому активність осаду І_х (*PbSO₄).

Pb ^2+ + * Pb ^2+ mx m o m o << mx * Pb ^2+ + SO 4^2– ® * PbSO 4 ¯

Користуючись законом збереження активності, можна записати:

m _o× I _o× F = (m _o + m_x)× I_x (5.13)

внесена одержана

і знаходять m_x:

m _o× I _o× F = m _o× I_x + m_x × I_x

m _o× I _o× F – m _o× I_x = m_x×I_x

m_x = , мг (5.14)

Якщо m_o << m_x, масою добавки нехтують. Тоді:

m _o× I _o× F = m_x×I_x

m_x = , мг (5.15)

де F — аналітичний множник (фактор перерахунку вмісту визначуваного компонента в сполуці), який дорівнює відношенню молярної маси визначуваного компонента до молярної маси гравіметричної форми в степенях їх стехіометричних коефіцієнтів;

m_x — маса визначуваного компонента, мг;

m _o — маса радіоактивного компонента (добавки), мг;

I _o — питома активність радіоактивного компонента, імпульс/(хв×мг);

I_x — питома активність осаду, імпульс/(хв×мг).

 

Радіометричне титрування – це титриметричний метод аналізу, в якому точку еквівалентності визначають за перетином прямих залежності активності розчину від об’єму титранту до і після досягнення точки еквівалентності.

Метод базується на утворенні визначуваним йоном з титрантом малорозчинної сполуки, яка легко відділяється із титрованого розчину у вигляді осаду.

Можливі 3 варіанти радіометричного титрування.

1) Визначувана речовина (ВР)* — радіоактивна, титрант (Т) — не радіоактивний:

* Pb ²⁺ + SO ₄^2– ® * PbSO ₄ ¯

ВР* Т

У цьому випадку активність розчину до точки еквівалентності понижується, бо визначуваний нуклід випадає в осад, а після точки еквівалентності залишається малою (фоновою) і постійною (рис. 5.2а).

Рис. 5.2. Криві радіометричного титрування.

 

2) Т* — радіоактивний, ВР — неактивна:

Ag⁺ + *I^– ® *AgI ¯

ВР Т*

В цьому випадку до точки еквівалентності активність розчину залишається малою (фоновою) і постійною, що пов’язано з осадженням радіоактивного титранту і виведенням його з розчину, а після точки еквівалентності активність починає лінійно зростати пропорційно до нагромадження в розчині активного титранту (рис. 5.2б).

3) ВР* і Т* — радіоактивні:

В цьому випадку активність розчину до точки еквівалентності понижується через зменшенням концентрації визначуваної радіоактивної речовини (ВР*), а після точки еквівалентності — зростає пропорційно до збільшення в розчині концентрації радіоактивного титранту (рис. 5.2в).