Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

= 10 м г о б щ е г о а з о т а . М а с с -сп е к т р о г р а ф и ч е ск и й ан ал и з п о к а з ы в а е т , ч т о а т о м ­

ч е н о го а з о т а N .

Радиоактивные индикаторы. Как правило, для индикации в состав меченого элемента вводят ультрамикроскопическое «неве­ сомое» количество радиоактивного изотопа, отсутствующего в природном элементе. Это значит, что атомная концентрация изо­ топа-индикатора в природном элементе Аа, 2= 0. Вследствие ультрамикроскопичности массы радиоактивного индикатора атомная концентрация изотопа-индикатора в меченом элементе близка к нулю (но не равна нулю), т. е. Аь, 2<С1. Также и Дг<СТ Поэтому, согласно (3.35), для массы меченого эле­ мента при радиоактивной индикации можно записать

т^ 6,2

т. е. доля меченого элемента в общей массе элемента равна от­ носительному изменению атомной концентрации радиоактивного индикатора при разбавлении его немеченым элементом.

При работе с радиоактивными изотопами-индикаторами в ка­ честве меры количества изотопа-индикатора используется не атомная концентрация, а активность радиоактивного изотопа. Введем ряд понятий, связанных с использованием радиоактив­ ных индикаторов.

Установим связь между активностью и массой радиоактив­ ного изотопа. Число радиоактивных атомов связано с активно­ стью следующим отношением:

где X— постоянная распада; А — активность радиоактивного изотопа.

85

Соответствующая масса радиоактивного изотопа

Из (3.42) видно, что удельная активность радиоактивного изо­ топа есть характеристическая величина, зависящая только от его атомной массы ц и периода полураспада 7V2.

Удельная активность меченого элемента — активность радио­ активного изотопа-индикатора, отнесенная к единице массы ме­ ченого химического элемента.

Удельная активность меченого химического соединения — ак­ тивность радиоактивного изотопа, отнесенная к единице массы меченого соединения.

Более общее понятие — удельная активность меченого веще­ ства— активность радиоактивного изотопа, отнесенная к еди­ нице массы меченого вещества.

Все перечисленные удельные активности называются массо­ вой удельной активностью. Кроме массовой удельной активно­ сти пользуются объемной удельной активностью — активностью радиоактивных изотопов, отнесенной к единице объема среды.

Удельная активность раствора — активность радиоактивного изотопа, отнесенная к единице объема раствора, содержащего радиоактивный изотоп.

При растворении радиоактивного вещества или разбавлении радиоактивного раствора вследствие постоянства общей актив­ ности и массы радиоактивного изотопа его удельная активность (а также удельная активность радиоактивного меченого вещест­ ва) не изменяется. Удельная же активность раствора при раз­ бавлении изменяется.

Возвращаясь к задаче о раздельном определении меченого и немеченого элементов методом радиоактивных индикаторов, обратимся к формуле (3.37).

86

Можно написать следующую очевидную пропорцию:

где а0— удельная активность меченого элемента; а — удельная активность элемента (меченого и немеченого — общего) в пробе.

Поэтому из (3.37) получаем

тaQ

Итак, чтобы определить массу меченого элемента в пробе, нуж­ но общую активность пробы разделить на удельную активность меченого элемента.

Удельная активность меченого элемента является основной величиной, позволяющей от результатов радиометрического из­ мерения радиоактивности перейти к абсолютному выражению содержания меченого элемента в единицах массы. Именно бла­ годаря этой величине можно раздельно определять содержание меченого и немеченого элементов в изучаемых объектах.

§ 3. ОСНОВЫ РАДИОХИМИИ

Радиохимия занимается разработкой методов извлечения, разделения, выделения в чистом виде радиоактивных изотопов, концентрированием их, а также приготовлением меченых соеди­ нений. Это направление радиохимии может быть названо пре­ паративной радиохимией. Хотя радиохимия использует в основ­ ном известные физико-химические методы, однако препаратив­ ная работа с радиоактивными веществами (ультрамикроскопические массы изотопов, техника радиационной безопасности) настолько специфична, что требует особой теоретической и мето­ дической подготовки специалистов.

Радиохимия занимается также разработкой радиохимических методов, применяемых в разных областях науки, техники, сель­ ского хозяйства и медицины. Эту область радиохимии можно назвать прикладной. Все прикладные радиохимические методы представляют собой различные варианты метода радиоактив­ ных индикаторов.

Теоретическую основу радиохимии составляют ядерная фи­ зика, физическая химия и химия изотопов, методическую и тех-

87

ническую— радиометрия и техника радиационной безопасности. Все измерения в радиохимии сводятся к измерению актив­

Остановимся на наиболее распространенных из них. Экстракция (распределение веществ между двумя несмеши-

вающимися фазами) используется в радиохимии для избира­ тельного перевода выделяемого радиоактивного изотопа в одну жидкую фазу, так чтобы другие сопутствующие радиоактивные изотопы остались в другой. Распределение .данного компонента между двумя несмешивающимися жидкими фазами описывается следующим уравнением изотермы распределения:

и второй фаз; щ и с2— соответствующие молярная и моляльная концентрации вещества; yj и у2 — коэффициенты термодинами­ ческой активности.

Часто вместо термодинамической константы равновесия поль­ зуются концентрационной константой равновесия, или коэффи­ циентом распределения:

(3-48)

Коэффициентом извлечения или распределительным отноше­ нием называется отношение масс компонента в несмешивающихся жидких фазах:

88

Коэффициент разделения а двух веществ с коэффициентами распределения Ка, i и Kd, 2 характеризует степень разделения двух веществ методом экстракции:

(3.52)

При экстракции не может быть полного выделения компонента данным экстрагентом, так как компонент распределяется в той или иной степени между обеими фазами.

Чем больше отклонение Kd от 1, тем эффективней процесс экстракции данного компонента. И чем больше отклонение а от 1, тем эффективней процесс экстракционного разделения двух веществ данной парой жидких фаз.

Несмешивающиеся жидкие фазы (экстрагенты) подбирают опытным путем. Обычно в качестве одной из фаз берут воду, а в качестве другой — органический растворитель. В систему двух фаз вводят дополнительные химические реагенты, усиливающие избирательность извлечения заданного радиоактивного изотопа.

Метод экстракции широко применяют в радиохимии для из­ влечения и разделения естественных радиоактивных элементов и радиоактивных изотопов.

диизопропиловым эфиром из солянокислых растворов. Раствор ТБФ в керосине или бензоле используют для отделения плуто­ ния, урана, тория от продуктов их деления.

эфире применяют для разделения 95Zr и 95Nb, 90Sr и 90Y и других изотопов.

Захват микрокомпонента осадком без образования им само­ стоятельной твердой фазы называется соосаждением. Так как радиоактивные изотопы часто находятся в растворах в микро­ концентрациях без носителя или с очень малой примесью носи­ теля, метод соосаждения широко используют в радиохимической практике извлечения и разделения изотопов. Как правило, рас­ пределение микрокомпонентов между раствором и осадком подчиняется закону В. Г. Хлопина и описывается формулой Гендерсона — Кречека:

89