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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 172

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Влияние адсорбционно-десорбционных процессов изучалось по характеру изменения во времени относительной интенсивно­ сти изотопических компонент линии Нр. Спектры регистриро­ вали фотоэлектрическим способом при спектральной ширине входной и выходной щелей 1,7 см~х (расстояние между компо­

нентами 7,3 см~х). Критерием

пренебрежимо

малой

роли

ад­

сорбционно-десорбционных

процессов

 

 

 

 

служило постоянство во времени относи­

 

 

 

 

тельной

интенсивности

изотопических

 

 

 

 

компонент.

во

времени

результаты

 

 

 

 

Стабильные

 

 

 

 

были получены в разрядных трубках

 

 

 

 

объемом

200 см3

при давлении 2,5

мм

 

 

 

 

рт. ст. без предварительной тренировки.

 

 

 

 

Однако следует заметить, что минималь­

 

 

 

 

ное

количество

газа

(РѴ),

обеспечива­

 

 

 

 

ющее

постоянство

h l Ы,

зависит

не

 

 

 

 

только от конструкции разрядной трубки,

 

 

 

 

но и

от

характеристик

применяемого

 

 

 

 

ВЧ-генератора и ряда других факторов.

 

 

 

 

Для градуировки измерений

 

были

 

 

 

 

приготовлены смеси трития с водородом.

 

 

 

 

Смеси готовили на специальной вакуум­

 

 

 

 

ной установке с отсчетом давлений сме­

Рис.

1'2.7.

Конструкция

шиваемых

компонентов

по

масляному

манометру

при постоянном

объеме.

Во

разрядной

трубки

для

возбуждения

спектров

всех случаях суммарное

давление

Дт+н

водород-тритиевых сме­

было не менее 200 мм

масл.

ст.

При­

 

сей.

 

месь

3Не

в исходном

тритии

(продукт

 

 

 

 

ß-распада трития) удаляли адсорбцией трития на металлическом уране и откачкой гелия. В результате измерений спектров при­ готовленных смесей найдено, что имеет место зависимость

Ін/ h = 0,96Сн/Ст-

Значение коэффициента при указанных условиях эксперимен­ тов почти целиком объясняется различием доплеровских ши­ рин изотопических компонент с учетом аппаратной функции регистрирующего прибора (расчетное значение поправочного коэффициента при спектральной ширине щелей 1,7 см~х равно

0,973).

Как было показано в предыдущем разделе, в случае ана­ лиза водород-тритиевых смесей можно ожидать значительно большего изотопического эффекта в интенсивностях аналити­ ческих линий. В связи с этим необходимо указать на следую­ щее. Диссоциация молекул водорода и трития при электронном ударе происходит через электронное состояние отталкивания ДД и, следовательно, изотопный эффект при диссоциации от­

347


сутствует. Влияние процессов рекомбинации на стационарную концентрацию атомов Н и Т в значительной степени ослаблено

наличием протока газа

через

зону

возбуждения

спектров.

К тому же

зависимость

отношения

/ц//т

от

скорости

потока

в данном случае должна быть

более слабой, чем

для паров

воды, поскольку скорость рекомбинации

молекул

водорода

почти на порядок меньше, чем молекул воды

[203].

Заметим,

что

при

возбуждении

спектров водород-тритиевых

смесей

в трубках без балластной емкости

[174]

значение

поправоч­

ного

коэффициента 0,83

значительно

больше

отличалось

от

единицы. Надо также указать, ч*го изотопный эффект

при

ре­

комбинации зависит от степени диссоциации изотопных

моле­

кул

в разряде, уменьшаясь с увеличением

последней

[185].

Влияние реакций изотопного обмена было также в рассматри­ ваемом случае исключено, поскольку анализируемые пробы представляли собой уже статистически равновесную смесь изотопных молекул.

Общая погрешность метода, характеризующая точность определений изотопного состава, оценивалась по расхождению результатов измерений с данными по изотопному составу при­

готовленных смесей. Эти данные

приведены

в табл. 12.7.

Сравнение

результатов анализа

с расчетными данными

Т а б л и ц а 12.7

 

Приготовлено,

Давление в раз­

Измерено,

Расхождение результатов

абсолютное,

ат. % Т

рядной трубке,

ат. % Т

 

мм pm. cm.

 

ат. %

относительное, %

9 7 , 9

2 , 5

9 7 , 9

0 , 0

0 , 0

8 5 , 5

2 , 5

8 5 , 2

+ 0 , 3

2 , 6

7 7 , 5

2 , 3

7 7 , 5

0 , 0

0 , 0

6 6 , 0

2 , 5

6 6 , 0

0 , 0

0 , 0

5 9 , 7

2 , 6

5 9 , 8

— 0 ,1

0 , 3

5 4 , 8

2 , 5

5 4 , 3

+ 0 , 5

1 ,4

4 8 , 8

2 , 6

4 9 , 2

— 0 , 4

1 0

4 4 , 5

2 , 5

4 4 ,1

+ 0 , 4

1,1

3 9 ,8

2 , 3

3 9 , 9

— 0 ,1

0 , 3

3 0 , 3

2 , 7

3 0 , 8

— 0 , 5

2 ,1

2 4 , 0

2 , 6

2 3 , 9

+ 0 , 1

0 , 5

1 8 ,8

2 , 5

2 0 , 0

— 1 ,2

6 , 4

1 2 ,9

2 , 5

1 2 ,6

+ 0 , 3

2 , 9

1 0 ,3

2 , 5

1 0 ,2

+ 0 , 1

1 ,2

Расхождение результатов в среднем составляет ±1,3% концентрации изотопа, присутствующего в меньшем количестве, и лишь в одном случае достигает 6,4%. Возможно, что в по­

следнем случае была допущена грубая ошибка при приготов­ лении смеси.

348


Анализ лития с применением высокочастотного возбуждения спектров

В разд. 8.2 при обсуждении особенностей изотопного анализа лития но его атомному спектру отмечалось, что основные трудности безэталонного определения содержания изотопов связаны с самопоглощением ана­ литической линии >.= 6708 Â при возбуждении спектров в разряд­ ных трубках с полым катодом.

Ранее было показано [23], что ВЧ-разряд более предпочтителен. Поэтому представляло интерес опробовать этот способ возбуж­ дения спектров применительно к изотопному анализу лития. Ни­ же излагаются основные резуль­ таты сравнительного изучения характеристик ВЧ-разряда и разряда постоянного тока при одной и той же конструкции раз­ рядной трубки [24].

Конструкция

трубки

(рис.

 

 

 

 

 

 

1 2 .8 )

выбрана

с

тем

расчетом,

 

 

 

 

 

 

чтобы свести к минимуму

коли­

 

 

 

 

 

 

чество

металлических

деталей и

 

 

 

 

 

 

тем самым уменьшить

их влия­

 

 

 

 

 

 

ние на параметры колебательно­

 

 

 

 

 

 

го контура

ВЧ-генератора.

Рав­

 

 

 

 

 

 

номерный

поток

инертного

газа

 

 

 

 

 

 

(аргона) через трубку создавался

 

 

 

 

 

 

с помощью

обычной

проточной

 

 

 

 

 

 

вакуумной

системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Как

при питании

разрядной

 

 

 

 

 

 

трубки

постоянным током,

так

 

 

 

 

 

 

и в случае ВЧ-разряда

имеется

Рис. 12.8. Конструкция раз­

оптимальное давление

рабочего

 

рядной трубки:

 

газа,

при

котором яркость

ли­

1 — трубки

питания

инертным

газом;

2 —поворотная

призма;

нии максимальна.

Однако

мак­

3 —окно;

4 — шлиф

с

направ­

симум для

ВЧ-разряда наблю­

ляющим

патрубком;

5 — съем­

ная

часть

трубки; 6 — дюрале­

дается

при

несколько

меньшем

вый

стакан; 7 — коваровый ци­

линдр;

8 — дьюар

с

жидким

давлении, чем

для тлеющего раз­

 

 

 

азотом.

 

 

ряда постоянного тока. Это дав­ ление уменьшается с увеличением диаметра полости в электроде.

Оптимальные

результаты были

получены

при давлении

ар­

гона 1 , 5 мм рт.

ст. и следующих

размерах дюралевого стакана:

внутреннем диаметре 3,5 мм и глубине. 30 мм.

Те же условия,

за

349


исключением давления (2,4 мм рт.

ст.),

оказались оптимальными

и для тлеющего разряда постоянного тока.

 

Анализируемые пробы вводили в виде растворов иодида ли­

тия (0,65

мг Lx/мл) в количестве

0,3 мл и высушивали

под

отражательной лампой,

а затем в сушильном шкафу при тем­

пературе

10° С. Трубку

тренировали

разрядом постоянного

тока (30

ма). Для навески лития

0 , 2

мг время тренировки

со­

ставляет

~ 1 5 мин.

 

 

 

 

Рис. 12.9. Зависимость отношения интенсивностей

сильной

и

сла­

бой компонент

мультиплетной

структуры

от

интегральной

интен-

 

сивности (/2 )

линии Lil

 

О

 

 

 

 

 

6708 А:

 

 

 

 

/ — разряд постоянного тока;

2 — ВЧ-разряд.

 

 

 

Изотопическая

структура

линии

 

л= 6708

А

регистрирова­

лась стандартным интерферометром

Фабри — Перо

типа

ИТ-28-30, скрещенным с зеркальным

монохроматором.

При­

менялись зеркала

с алюминиевым

покрытием

(коэффициент

отражения 82%)- Толщина промежуточного кольца 4 мм.

Спектры регистрировали фотоэлектрическим способом. Скани­ рование интерференционной картины относительно диафрагмы, выделяющей центральное пятно, осуществлялось изменением давления газа в барокамере, внутри которой устанавливался интерферометр.

Разряд постоянного тока и ВЧ-разряд можно сравнивать путем сопоставления интегральной интенсивности излучения линии при одинаковом самопоглощении в обоих типах разряда. В случае лития мерой самопоглощения служило отношение ин­

тенсивностей компонент

мультиплетного расщепления

линии

Lil 6708 А. Результаты таких измерений приведены на

рис. 12.9.

Несмотря

на значительный разброс

точек,

зависимости

для

ВЧ-разряда

и разряда

постоянного

тока

существенно

раз­

личны. В разряде постоянного тока самопоглощение даже

при

малых токах через трубку ( ~ 2 0 ма)

значительно

искажает

отношение интенсивностей компонент. В ВЧ-разряде самопо­ глощение отсутствует в широком интервале изменений ин-

350