Файл: Мюллер Г. Специальные методы анализа стабильных изотопов.pdf

ЛОЙ молекулы и соответственно различие масс этих молекул

определяющее порядок величины изотопного эффекта при раз­ делении, довольно значительно.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Leibnitz Е., Struppe G. Handbuch der Gaschromatographie Acad Verl.,. Leipzig, І966.

6.McWilliam J. G., Dewar R. A. In: Gas Chromatography. Butterworths Scientific Publ., London, 1958, p. 142.

7.Knapman C. E. H. In: Gas Chromatography Abstracts. Inst, of Petroleum. Press. London, 1959, v. 1; 1965, v. 8.

13.Blanc C. Rapport SNPA, Jan. 1966, No. 59.

14.Langmuir I. J. Amer. Chern. Soc., 1918, v. 40, p. 1361.

15. Fowler R. Proc. Cambridge Phil. Soc., 1935, v. 31, p. 260; 1936, v. 32,

p.144.

16.Basmadjan D. Can. J. Chem., 1960, v. 38, p. 141.

17.Sideman S., Giladi J. Proc. 4th Symposium on Gas Chromatoraphy 1962. Butterworths, London, 1962, p. 260.

18.Sideman S„ Giladi J, Proc. Third Int. Symp. Gas Cromatorpaphy. Michi­ gan, 1961.

19.Glueckauf E. Trans. Farad. Soc., 1958, v. 54, p. 428.

20. Deemter J. J., Zuiderweg F. J., Klinkenberg A. Chem. Eng. Sei., 1956, v. 5,

p.271.

21.Giddings J. C. Dynamics of Cromatography. Part I. Principles and Theory. E. Arnold Publishers Ltd London, M. Decker, Inc., New York, 1965.

22.Halasz I., Heine E. Analyt. Chem., 1965, v. 37, p. 495.

23.Nogare S. D., Juvet R. S. Analyt. Chem., 1962, v. 34, p. 35R.

24. Harley J., Nel W., Pretorius V. Nature, 1958, v. 181, p. 177.

25.Sandler Y. L. J. Phys. Chem.. 1954, v. 58, p. 58.

26.White D., Lassettre E. N. J. Chem. Phys., 1960, v. 32, p. 72.

27.Katorski A., White D. J. Chem. Phys. 1964, v. 40, p. 3183.

28.King J„ Benson S. W. J. Chem. Phys., 1966, v. 44, p. 1007.

29.Akhtar S., Smith H. A. Chem. Rev., 1964, v. 64, p. 261.

30.Partington J. R. An Advanced Treatise on Physical Chemistry. Longmanns,

Green and Co., New York, 1949, v. 1.

31.Gant P. L., Yang K. Science, 1959, v. 129, p. 1548.

32.Carter E. H., Smith H. Y. J. Phys. Chem., 1963, v. 67, p. 1512.

33.King J. J. Phys Chem.. 1963, v. 67, p. 1397.

34.Okhoshi S„ Fujita Y., Kwan T. Bull. Chem. Soc. Japan, 1958, v. 31, p. 772.

35.Hook W. Y., Emmett P. H. J. Phys. Chem., 1960, v. 64, p. 673.

36.Botter F., Perriere G., Tistchenko S. Rapport CEA, Centre de Recherches

Nucleaires, Saclay No. 1962.

37. Mohnke M. Abh. dtsch. Akad. Wiss. Berlin, I<1. Chem. Geol. Biol., 1964,

N.7, S. 470.

38.Conti M. L„ Lesimple 1W. J. Chromatogr., 1967, v. 29, p. 32.

39.Furuyama S., Kwan T. J. Phys. Chem., 1961, v. 65, p. 190.

271

Г Л А В А 11.

РАДИОМЕТРИЯ

11.1. Принципы метода

Применение ядерных реакций является одной из наилучших предпосылок для анализа стабильных изотопов, так как, во-пер­ вых, атомные ядра изотопов качественно отличаются друг от друга и, во-вторых, техника измерений радиоактивных излучений гарантирует высокую чувствительность анализа. В отличие от обычных радиометрических методов определения радиоактивных изотопов при изотопном анализе необходимо предварительно сделать интересующий нас стабильный изотоп участником какой-либо ядерной реакции. Например, облучение анализируе­ мой пробы потоком элементарных частиц может вызвать пре­ вращение стабильного изотопа в радиоактивный нуклид. Изме­ ряя его радиоактивность, можно делать заключения о содержа­ нии стабильного изотопа в исходной пробе. Такой метод получил название активационного анализа. В других случаях суждение об изотопном составе пробы или элемента в пробе можно сде­ лать по измерению излучения, испускаемого пробой непосредст­ венно в процессе ядерной реакции (мгновенное излучение), либо ло поглощению или рассеянию элементарных частиц анализи­ руемым образцом. Иногда метод изотопного анализа может быть основан и на том, что определяемый изотоп является только косвенным участником ядерной реакции.

Все аналитические методы, основанные на специфичности реакционной способности определенных видов ядер, можно рас­ сматривать в двух аспектах. Если исходить из известного изо­ топного состава анализируемой пробы (например, природного состава), то, определив содержание какого-либо из изотопов интересующего элемента, можно узнать содержание этого эле­ мента в анализируемой пробе. Если же известно содержание данного элемента в пробе по данным химического анализа или просто из величины взятой для облучения навески вещества определенного ‘химического состава, то, измеряя наведенную активность пробы, можно определить содержание интересующего изотопа. В отдельных случаях таким путем возможно даже оп­

Первая из указанных возможностей была использована Хевеши и Леви [1] для определения малых количеств диспрозия в смесях редкоземельных элементов уже вскоре после открытия искусственной радиоактивности. Последующее развитие метода активационного химического анализа позволило добиться вы­ дающихся результатов в решении проблемы определения микро­ примесей и следовых количеств почти всех элементов периоди­ ческой системы. Подтверждением этому служит не прекращаю­ щийся поток публикаций, по вопросам активационного анализа (см. обзорные работы [2— 12]). Число же работ области приме­ нения специфических ядерных реакций для решения чисто изотопно-аналитических задач, представляющих для нас наибольший интерес, значительно меньше.

Решающее преимущество радиометрического изотопного ана­ лиза состоит в том, что протекание ядерной реакции не зависит от химического состояния атомов, участвующих в этой реакции. Если к тому же обеспечена высокая селективность детектирова­ ния излучений, не нужна и подготовка проб к анализу. Однако такие подготовительные операции часто бывают необходимы по ряду причин. Почти всегда приходится учитывать возможность протекания при облучении побочных ядерных реакций (интер­ ферирующие и конкурирующие реакции). Эти реакции могут приводить не только к появлению посторонней наведенной активности, но и к ослаблению потока активирующих частиц. Поэтому наиболее целесообразно перед облучением удалять из пробы нуклиды, присутствие которых могло бы привести к по­ бочной реакции. Если измеряемое излучение обладает сравни­ тельно низкой энергией и соответственно малой длиной пробега, то необходимо все анализируемые пробы перед измерением при­ водить к одному виду, а сами измерения выполнять при опреде­ ленной и постоянной толщине слоя вещества.

Для аналитической практики весьма существенно априорное знание реакционной способности того или иного изотопа к дан­ ной ядерной реакции. Эта величина называется сечением реак­ ции а и выражается в барнах (1 б а р н = \ Л О-24 см2). Если веро­ ятность той или иной реакции рассматривать в рамках геомет­ рической модати, то каждому атомному ядру можно приписать определенный реакционноспособный элемент поверхности мишени. Тогда геометрически возможность ядерной реакции определяется вероятностью пересечения данного элемента по­

Однако уже тот факт, что сечения реакций а принимают значение для разных атомов от нуля до нескольких тысяч барн, тогда как геометрические поперечные сечения атомов почти всех элементов составляют ~ 1 • ІО-24 см2, указывает на недостаточ­ ность чисто геометрических представлений о вероятностях ядерных реакций. Сечение реакции сильно зависит от энергии

274

облучающих частиц. В аналитических целях особенно благо­ приятны случаи, когда величина о для желаемой ядерной

реакции намного больше сечения для возможной конкурирую­ щей реакции.

Ядерные реакции вызываются облучением пробы потоком нейтронов,, у-квантов или ядер изотопов водорода (протоны, дейтоны и тритоны). Из них наибольший интерес представляют реакции с медленными нейтронами, которые, как правило, сопро-

вождаются переходом изотопных ядер в возбужденное состоя­ ние. Эти возбужденные ядра возвращаются в основное состояние с испусканием у-излучения. Если ядра мишени имеют нечетное порядковое число, то по правилам стабильности в результате облучения из этих ядер образуются в большинстве случаев радиоактивные изотопы. Если же в ходе реакции происходит превращение облучаемых элементов в стабильные ядра, то и в этом случае изотопный анализ возможен путем измерения поглощения нейтронов в мишени.

При облучении мишеней заряженными частицами (ядрами легких элементов) необходимо предварительно этим частицам придать высокую энергию, чтобы при столкновении они могли

'который отсутствует в реакциях с участием нейтронов. Напротив, вероятности (п, у)-реакции тем больше, чем меньше начальная энергия участвующих в ней нейтронов. Сечение (п, у)-реакции

18* 275