Файл: Кузнецов, Р. А. Активационный анализ.pdf

вации и период полураспада), повышается чувствительность

определения магния и таким образом облегчается выполнение анализа.

Однако любые дополнительные операции, выполняемые с пробой перед облучением, увеличивают опасность загрязнений

исводят на нет одно из преимуществ активационного анализа. При проведении таких операций, как упаривание, высушивание

исожжение, имеется опасность потерь летучих компонентов.

Вообще говоря, активационный анализ не предъявляет ка­ ких-либо специфических требований к операциям по предвари­ тельной подготовке и концентрированию по сравнению с дру­ гими методами анализа малых концентраций элементов. По­ этому здесь можно опустить подробное описание приемов ра­ боты по подготовке пробы, концентрированию, предотвраще­ нию загрязнений и потерь летучих компонентов и т. д., сослав­ шись на соответствующие источники [17, 54, 59, 60].

Эталоны

Очень важная стадия для большинства нейтроноактиваци­ онных определений — приготовление эталонов определяемых элементов. Обычная процедура состоит в растворении извест­ ного количества металла или чистой соли с последующим раз­ бавлением до необходимой концентрации.

Исходные вещества должны быть марки ч. д. а. или х. ч. Независимо от этого желательно проверить небольшое количе­ ство каждого используемого вещества предварительной акти­ вацией на присутствие посторонних элементов [61]. Для раство­ рения и последующего разбавления применяют неорганические кислоты и воду, подвергнутые специальной очистке [54].

элементов подкисляют в необходимой степени или вводят комплексообразователи. Концентрацию основного компонента в растворе рассчитывают на основе исходных данных и получив­ шихся объемов, но лучше провести независимое определение каким-либо подходящим, достаточно точным методом.

Первичные эталонные растворы используют в течение дли­ тельных сроков и поэтому хранят в герметичных условиях в бутылях из стекла, полиэтилена или тефлона, периодически проверяя концентрацию. Например, показано [62], что при кон­ центрации элемента 10—25 мкг/мл длительное хранение в те­ чение двух лет в темноте в стеклянной бутыли с притертой пробкой не привело к какому-либо заметному изменению кон­ центрации 14 исследованных элементов.

Для облучения эталоны могут быть приготовлены индиви­ дуально для каждого элемента или в виде группового эталона.

49

В последнем случае смешивают первичные эталонные раство­ ры с таким расчетом, чтобы получить заданные концентрации элементов [61, 63].

Дальнейшая процедура состоит либо в разбавлении эталон­ ного раствора до меньшей концентрации и отборе аликвоты, либо во взятии небольшого объема раствора с помощью микро­ пипетки. Количество элемента в эталоне удобнее брать на два-три порядка выше расчетного предела обнаружения в дан­ ных условиях, что обычно соответствует 10-5—10-9 г. Большие количества элементов не следует брать из-за опасности самозкранирования активирующего излучения и слишком высокого уровня наведенной активности. Растворы эталонов отбирают в отдельные ампулы из кварца или полиэтилена, которые пред­ варительно тщательно промывают. Эталоны можно облучать либо непосредственно в растворе, что бывает редко, либо после высушивания. Возможен другой способ приготовления этало­ нов, когда небольшое количество эталонного раствора перено­ сят на полоску из алюминия или фильтровальной бумаги. По­ сле высушивания полоску с эталоном запаивают в ампулу или сверху и снизу обкладывают полосками из алюминиевой фоль­ ги и сворачивают в трубочку. Очевидно, методика с высушива­ нием пригодна только для нелетучих компонентов. Например, при такой операции отмечена [62] потеря ртути.

Возможен ряд других способов получения эталонных пре­ паратов. В качестве эталона можно использовать вещество близкого состава к исследуемой пробе, в котором содержание определяемого элемента известно. Однако такие случаи крайне редки. Иногда эталон в подходящей форме добавляют к от­ дельной части исследуемой пробы, об этом методе речь пойдет ниже. Эталон можно готовить и путем нанесения определенно­ го количества эталонного раствора на инертный носитель (А1гОз, MgO и т. д.). Тогда он может иметь тот же объем, что и проба.

Облучение

В большинстве случаев облучение потоком тепловых ней­ тронов проводят в цилиндрических устройствах (каналах). Несколько таких каналов (чаще всего вертикальных) распола­ гаются в различных участках активной зоны источника ней­ тронов. В соответствии с расположением каналов меняется и плотность потока нейтронов-в канале. Диаметр канала нахо­ дится в пределах 30—70 мм, хотя в специальных случаях он может выходить за эти пределы.

Для облучения пробы и эталоны укладываются в контейнер, который загружается в канал и извлекается из него с помощью специального механического устройства. Контейнеры для облу­ чения в реакторах изготовляют из чистого алюминия. Размеры

50

активной зоны реакторов позволяют в одном канале одновре­ менно облучать несколько контейнеров, причем в один контейнер в зависимости от размеров может вместиться до нескольких де­ сятков проб. Каналы с механической загрузкой и выгрузкой используются преимущественно для длительных облучений (от часов до нескольких недель).

Для коротких облучений служат каналы, которые оборуду­

нок, который перемещается в зону облучения и обратно с по­ мощью давления или разрежения. Скорость перемещения со­ ставляет 10—40 м/сек, поэтому после облучения проба за очень короткое время может быть доставлена к месту дальнейшей обработки или к измерительному устройству. Обычно в ка­

нале с пневмопочтой одновременно облучается только одна проба.

Пробы и эталоны, подготовленные для облучений, уклады­ вают в алюминиевый контейнер с таким расчетом, чтобы по возможности исключить погрешность за счет градиента потока нейтронов. Контейнер вводят в канал источника нейтронов и облучают в условиях, наиболее оптимальных для решения по­ ставленной аналитической задачи. Наиболее простой случай — определение с предельной чувствительностью одного элемента в матрице, обладающей низким сечением поглощения тепловых нейтронов. Поскольку плотность потока тепловых нейтронов за­ висит от параметров имеющегося в наличии источника, остается только определить длительность облучения.

Как уже отмечалось, для достижения максимальной актив­ ности при заданной плотности потока нейтронов требуется об­ лучение в течение 5—10 периодов полураспада аналитического радиоизотопа. Однако иногда приходится ограничиваться более кратковременным облучением, что может обусловливаться ре­ жимом работы источника нейтронов, слишком большим перио­ дом полураспада радиоизотопа, сильной активацией пробы и другими причинами.

Многие элементы при облучении дают два или более радио­ изотопа, имеющих различные ядерные характеристики, в част­ ности период полураспада. Выбор того или иного радиоизотопа в качестве основы для определения зависит от нескольких фак­ торов. Здесь же будут только сопоставлены особенности анализа по короткоживущим и достаточно долгоживущим радиоизо­ топам.

Применение короткоживущих изотопов открывает для акти­ вационного анализа интересные возможности [65, 66]. В некото­ рых случаях из-за благоприятного сочетания ядерных характе­ ристик определение по короткоживущему радиоизотопу дает более высокую чувствительность, а для отдельных элементов при облучении тепловыми нейтронами это единственный способ

51

определения, ибо активация таких элементов приводит к обра­ зованию только короткоживущих изотопов.

С помощью короткоживущих изотопов удается создавать ис­ ключительно экспрессные методы анализа, так как длительность облучения до насыщения является короткой, а время, затрачи­ ваемое на промежуточные операции и измерение, по необходи­ мости должно быть мало. Непродолжительное облучение часто позволяет избежать заметной активации основы, что упрощает анализ.

Малый период полураспада дает возможность сравнительно просто и быстро идентифицировать радиоизотопы по кривой рас­ пада. Иногда короткоживущий изотоп обладает излучением, бо­ лее благоприятным для измерения. При инструментальном ана­ лизе имеется возможность повторной активации пробы после распада короткоживущих изотопов, что поззоляет увеличить точность определений.

Однако применение короткоживущих изотопов имеет и свои ограничения, которые в основном связаны с быстрым уменьше­ нием их активности. Очевидно, что работа с короткоживущими изотопами должна проводиться непосредственно у источника излучения, который оборудован системой для быстрей транспор­ тировки облученных проб. Все вспомогательные операции, в том числе и химическое разделение, должны быть быстрыми. Осо­ бенность использования короткоживущих изотопов заключается также в ограничении числа элементов, одновременно определяе­ мых из одной навески.

Средне- и долгоживущие изотопы позволяют проводить ана­ лиз в более спокойной обстановке, часто в лабораториях, уда­ ленных от реактора, и одновременно определять значительное число элементов. Длительность облучения достаточно велика и определяется стремлением достигнуть желаемой чувствитель­ ности по наиболее долгоживущим изотопам, но в то же время облучение более одной недели используют очень редко.

Выдерживание пробы перед обработкой или измерением приводит к распаду мешающих короткоживущих изотопов, что особенно важно, когда активация матрицы и мешающих ком­ понентов дает короткоживущие продукты. Иногда для получе­ ния данных о возможно большем числе элементов проводят анализ параллельных проб анализируемого материала по ко­ ротко-, средне- и долгожизущим изотопам. Соответственно выполняют несколько облучений разной длительности в соче­ тании с определенным временем выдерживания пробы перед измерением.

Иногда к подготовке пробы и условиям облучения предъяв­ ляются и некоторые специфические требования, которые станут ясными из дальнейшего текста. Здесь же уместно отметить два дополнительных момента, связанных с облучением в реакторе.

52