ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 160
Скачиваний: 0
Обстоятельный анализ проблемы введения поправок на мертвое время многоканального анализатора при регистрации спектра у-излучепия пробы, активность которой заметно ме няется за время измерения, выполнен О. К- Николаенко и др. [239]. Остановимся на самом общем случае. Пусть активность пробы составляют п компонентов с постоянными распада А,,,
Аг, •••, АпИзмерения проводятся на /-канальном анализаторе, имеющем измеритель доли просчетов (индикатор загрузки) или счетчик живого времени.
Тогда поправка на просчеты для г'-го компонента будет равна
ч*изм
а ‘ = ------- = Ь ----- |
f e~Xi<Dtdt. |
(7.23) |
|
1 — е * и з м |
■ |
|
|
В свою очередь, величина Dt определяется из выражения |
|||
Dt = |
1 |
(7.24) |
|
П |
|||
1 |
|
||
|
|
||
i
где Д> и Dt — доля просчетов в начале измерения и момент вре мени /; Di0 — парциальная доля просчетов /-го компонента в начале измерения. Для величины Di0 действительно выра жение
i |
|
D i0 = 2 я<уот«> |
(7.25) |
/ |
|
где Пц о — скорость счета i-ro компонента в ]-м канале в началь ный момент времени. Величины Di0 можно определить следую щим образом: в ходе регистрации спектра несколько раз заме ряют мгновенную долю просчетов (число замеров должно соот ветствовать количеству компонентов) и после подстановки их в уравнение (7.24) получают систему уравнений, которую ре шают.
Как видно, проблема введения поправок на просчеты много канального анализатора в целом достаточно сложна и требует знания состава компонентов (постоянных распада). Лишь в частном случае одного компонента эта задача имеет сравни тельно простое решение [240, 241]. Применение ЭВМ позволяет ускорить и облегчить соответствующие расчеты [239].
Спектрометрический анализ по у-излучению средне- и долгоживущих изотопов
Длительность анализа по радиоизотопам этих групп обычно довольно велика, особенно если при этом стремятся к достиже нию предельной чувствительности. Прежде всего, конечно, за
7* 195
траты времени определяются длительностью облучения, которое может занимать от нескольких минут до недели. Часто перед измерением пробы должны быть выдержаны для распада неже лательных короткоживущих компонентов. К тому же иногда проводят несколько последовательных измерений спектра у-излучения пробы на протяжении достаточно длительного ин тервала времени. Такой подход позволяет выявить большее чис ло компонентов в пробе и обеспечивает более надежную их идентификацию. Длительность измерений спектра при слабой активности пробы также может быть значительной, но ее пре дел не превышает нескольких часов.
Преимущества спектрометрического активационного анализа по у-излучению средне- и долгоживущих радиоизотопов состоят в высокой чувствительности и возможности определения многих компонентов из одной пробы. Поэтому основное применение этот метод находит в тех случаях, когда есть потребность в вы сокой чувствительности определения одного или нескольких компонентов, а задержка во времени существенной роли не играет. Однако, несмотря на большой интервал времени, кото рый иногда проходит между поступлением пробы на облучение и получением конечного результата, трудоемкость анализа в целом оказывается низкой, поскольку анализ выполняется без разрушения пробы и она не требует особых дополнительных опе раций. Более того, одновременно может быть облучено значи тельное количество проб, которые после определенной выдерж ки последовательно измеряются. Тогда даже при длительном облучении и выдержке затраты времени на одну пробу могут оказаться сравнительно небольшими. Если при этом еще воз можно определять несколько компонентов, то анализ в расчете на один элемент становится уже довольно быстрым и эконо мичным.
Из-за необходимости длительных облучений анализ по сред не- и долгоживущим изотопам выполняется преимущественно с помощью реактора.
Длительность облучений на ускорителях, как правило, не превышает 20—30 мин, поэтому с их помощью анализ возможен только по радиоизотопам, период полураспада которых не пре вышает 10 ч.
Для средне- и долгоживущих радиоизотопов процессы облу чения и измерения могут быть разделены достаточным проме жутком времени, который может быть использован для транс портировки проб. Это позволяет проводить активационные определения в лабораториях, которые не располагают собст венным мощным источником активирующего излучения.
Наиболее удачны для у-спектрометрического активационного анализа пробы со слабоактивирующейся основой. Например, при облучении тепловыми нейтронами имеется ряд элементов и их соединений, которые активируются в незначительной степе
196
ни. К этой группе можно отнести такие элементы, как Be, С, Н, О, N и др.
Спектрометрический анализ можно применять и к пробам, макрокомпоненты которых при облучении дают только короткоживущие изотопы. Выдержка пробы перед измерением позво ляет избавиться от помех. Длительность выдержки, естественно, зависит от периода полураспада наиболее долгоживущего ра диоизотопа и степени активации микрокомпонентов. Этот фак тор накладывает некоторые ограничения на период полураспа да радиоизотопов, которые могут быть использованы для ана литических определений. Обычно радиоизотопы с Д /г^ Ю мин мало влияют на возможности спектрометрического метода. При облучении тепловыми нейтронами этому условию удовлетворяют такие элементы, как Al, Mg, Ti, V и некоторые другие.
Определенные особенности имеет анализ проб, облучение которых приводит к образованию чистых р_-излучателей. По скольку детекторы гамма-спектрометров чувствительны к |3- -из- лучению, то оно должно быть отфильтровано. Для этого между детектором и источником помещают пластинку из алюминия или оргстекла, как правило, достаточна пластинка толщиной 1,5 см. Однако поглощение р- -излучения не решает проблему до конца, так как при этом возникает тормозное излучение до статочно высокой интенсивности, которое заметно мешает опре делениям. Величина помехи зависит от степени активации ос новы и максимальной энергии р_-излучения. При облучении те пловыми нейтронами достаточно долгоживущие чистые ^-излу чатели дают следующие элементы: Si, Р, Tl, S, Са.
Во многих других случаях активация основных компонен тов пробы в той или иной степени создает помехи для спектро метрического анализа. Результатом такого влияния может быть значительное ухудшение аналитических характеристик метода. Когда уровень помех становится очень большим, то инструмен тальный вариант уже не дает удовлетворительного решения ана литической задачи и требуется прибегнуть к помощи радиохими ческого разделения.
Глава
8
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО АНАЛИЗА
§ 1. Анализ кривых распада
Период полураспада радиоизотопа — величина постоянная н характерная и поэтому может быть использована для целей идентификации. Чтобы определить период полураспада какойлибо регистрируемой активности, надо проследить за ее измене нием во времени, т. е. снять кривую распада. Поскольку распад радиоизотопа следует экспоненциальному закону [см. урав нение (2.15)], то представление кривой распада в полулогариф мическом масштабе дает для однокомпонептной системы пря мую линию, наклон которой определяет период полураспада.
Если исследуемый препарат содержит смесь нескольких радиоизотопов с разными периодами полураспада, то изменение активности во времени уже будет следовать выражению
Л2==2 |
Л°*е^ расП’ |
(8Л) |
к~Л |
|
|
где 4 s — суммарная активность препарата; |
/10&— активности |
|
отдельных радиоизотопов в начальный момент времени; Я* — по
стоянная распада k-vo |
компонента; tvacn — длительность |
распа |
|||||
да; п — число радиоизотопов. |
промежутки |
времени Tj |
|||||
Регистрируя |
через |
определенные |
|||||
число |
отсчетов |
за интервал времени |
tj, получают |
набор |
точек |
||
вида |
|
|
|
|
|
|
|
|
t f / = 2 |
|
|
( / = 1 , 2 , . . |
- , т ) , |
(8.2) |
|
|
k=i |
|
|
|
|
|
|
где Nj — число |
отсчетов, зарегистрированное в /-м измерении; |
||||||
Д'о h— исходное |
число |
радиоактивных |
ядер |
k-ro |
компонента; |
||
е — эффективность. Анализируя эти данные |
различными |
мето |
|||||
дами, |
можно определить постоянные распада |
(периоды полурас |
|||||
пада) и начальную активность каждого из компонентов. Полу ченные значения периодов полураспада позволяют найти по та блицам, какие радиоизотопы содержатся в исследуемом пре парате.
198
Наиболее простои способ разложения кривых распада — гра фический. Например, кривую распада двухкомпонентной смеси анализируют следующим образом (рис. 54). Полученные точки наносят на график в полулогарифмическом масштабе. Как мож но видеть, получившаяся кривая по мере распада короткоживущего изотопа переходит в прямую линию, которая соответствует
распаду |
долгоживущего изотопа. |
|
|
|
|
|
||||
Прямую линию |
экстраполируют |
|
|
|
|
|
||||
до оси ординат и по ее наклону |
|
|
|
|
|
|||||
определяют |
период полураспада |
|
|
|
|
|
||||
долгоживущего компонента. Вы |
|
|
|
|
|
|||||
читая затем число отсчетов дол |
|
|
|
|
|
|||||
гоживущего |
изотопа из суммар |
|
|
|
|
|
||||
ной |
кривой |
распада, получают |
|
|
|
|
|
|||
данные |
по |
распаду короткожи- |
|
|
|
|
|
|||
вущего изотопа. |
Представленные |
|
|
|
|
|
||||
графически |
в полулогарифмиче |
|
|
|
|
|
||||
ском масштабе эти данные дают |
|
|
|
|
|
|||||
прямую линию с большим накло |
|
|
|
|
|
|||||
ном, по величине которого опре |
|
|
|
|
|
|||||
деляют |
период |
полураспада ко- |
Рис. 54. Графический анализ кри |
|||||||
роткоживущего компонента. |
Точ |
|||||||||
ки |
пересечения |
полученных |
ли |
вой распада |
активности |
пробы, |
||||
состоящей из |
двух |
радиоактив |
||||||||
ний с осью ординат дают началь |
|
ных компонентов: |
||||||||
ные |
активности |
радиоизотопов. |
/ —’ измеренная |
кривая |
распада; 2 — |
|||||
Анализ |
смеси, |
включающей не |
кривая распада долгоживущего ком |
|||||||
понента |
(7^1/2 = Ю мин); |
3 — кривая |
||||||||
сколько |
|
компонентов, |
про |
распада |
короткожинущего |
компонен |
||||
изводится |
аналогичным |
об |
|
та (T'i/2==2,1 |
мин). |
|
||||
разом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однако графический анализ кривых распада можно |
успеш |
||||||||
но применять только тогда, когда выполнен целый ряд условий. Прежде всего необходимо, чтобы компоненты не имели слишком близких величин периодов полураспада. По оценке Монка и др. [242] надежное расчленение радиоизотопов возможно только при различии величин периодов полураспада не менее чем в 1,5 раза. Для получения точных и надежных результатов надо иметь до статочно большое число точек на кривой распада, которая к то му же должна быть прослежена в течение нескольких периодов полураспада наиболее долгоживущего из определяемых радио изотопов. И наконец, требуется довольно высокий начальный уровень активности, чтобы позволить измерение кривой распа да с необходимой статистической точностью в течение достаточ но длительного времени. Последнее условие предъявляет жест кие требования к стабильности счетной аппаратуры, воспроиз водимости условий измерения и т. д.
Из этих условий вытекают и ограничения метода: трудоем кость, длительность получения конечных результатов, низкая избирательность. Как правило, анализ кривых распада приме
199