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

Повысить избирательность позволяют также такие особен­ ности схем распада, как каскадное у—у_излУчение или времен­ ная корреляция между разными видами излучений. Хорошие результаты часто дает одновременное использование каких-ли­ бо двух параметров схем распада, например регистрация моноэлергетического излучения в сочетании с периодом полураспада и т. д.

Низкой избирательностью характеризуются методы, осно­ ванные на регистрации (3-излучения радиоизотопов.

Когда имеется конкретная аналитическая проблема, необ­ ходимо так планировать методику анализа, чтобы оптималь­ ным образом достичь желаемого результата. Часто это де­ лается на основе накопленного опыта, некоторых предвари­ тельных сведений и имеющихся возможностей. Однако выбор наиболее корректного метода анализа далеко не всегда оказы­ вается простым делом. Наилучшие результаты могут быть по­ лучены с помощью ЭВМ, в которые вводятся необходимые све­ дения об определяемом компоненте и ориентировочном составе исследуемой пробы, а также соответствующие ядернофизические данные. Обработка этой информации по заданной про­ грамме может дать обоснованные решения относительно выбо­

для какого-либо одного компонента в пробе с примерно изве­ стным составом может быть выполнена обычными математиче­ скими методами на основе соотношения (11.22). Однако сле­ дует помнить, что избирательность тесно связана с правильно­ стью метода и поэтому такая лроцедура оптимизации даст ус­ ловия с наименьшей систематической погрешностью, но режим при этом не обязательно будет оптимальным с точки зрения сходимости и чувствительности. Поскольку условия, которые обеспечивают наивысшую для данной методики сходимость и

ние). Если есть возможность определения поправки на смеще­ ние, то последнее условие отпадает.

Вообще говоря, строгая оптимизация условий анализа имеет смысл только при массовых определениях одного компо­ нента в матрице, состав которой меняется в небольших преде­

307

л ах. Такие аналитические задачи часто возникают в ходе про­ изводственной деятельности и редко в научно-исследователь­ ской работе.

Однако если разрабатывается метод анализа большого чис­ ла элементов в одной пробе, то способ и условия активации по необходимости не должны быть избирательными и проблему можно решить в основном путем повышения избирательности конечного определения. В этом случае значительно чаще нахо­ дят применение радиохимические методы.

Пи радиохимический, ни инструментальный подход не дает необходимой избирательности, когда интерферирующие реак­ ции приводят к образованию радиоизотопа, тождественного с аналитическим. Поскольку сечения интерферирующей и основ­ ной реакций показывают разную зависимость от энергии акти­ вирующего излучения, то изменение условий облучения часто позволяет подавить или оценить помеху.

Нейтронный активационный анализ. Облучение тепловыми нейтронами приводит к активации значительного числа эле­ ментов, шкала избирательности для которых практически сов­ падает с распределением по величине сечения активации. По­ этому наиболее благоприятный случай — определение элемен­ тов с высоким сечением активации в матрице из неактивирующихся или слабоактивирующихся элементов.

Как правило, в результате реакции (п, у) образуются ней­ троноизбыточные радиоизотопы, обычно испытывающие (3_-рас- пад с последующим испусканием у-квантов [30]. Среди важней­ ших радиоизотопов лишь несколько испытывают чистый Р_-распад (без сопровождающего у-излучения), регистрация которого обеспечивает низкую избирательность инструменталь­ ного метода. Очень редко образуются позитронные излучатели, поэтому их аннигиляционное излучение можно довольно изби­ рательно регистрировать методом совпадений.

При анализе проб сложного состава на содержание боль­ шого числа микроэлементов эффективны только гамма-спек­ трометры с высоким разрешением или радиохимический ва­ риант. Многие несложные аналитические задачи часто могут быть решены и с помощью сравнительно простых средств.

Распределение по избирательности может быть изменено при облучении отфильтрованным потоком нейтронов. Исполь­ зование фильтров из Cd, In, Sm, В и Li повышает избиратель­ ность примерно для 34 элементов, имеющих высокий резонанс­ ный интеграл активации: Li, Cl, Sc, Mn, Co, Ga, As, Вт, Sr, Mo, Rh, Pd, Ag, In, Sb, Те, I, La, Nd, Sm, Eu, Lu, Hf, Та, W, Re, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Th, U, Pu [96]. Выигрыш в избирательности может достигать примерно одного порядка, но одновременно с общей потерей чувствительности.

Избирательность активационного анализа на быстрых ней­ тронах в целом много хуже, так как реакции обычно имеют не­

308

сколько каналов, различия в величинах сечений ядерных реак­ ций меньше, а получающиеся радиоизотопы часто оказываются позитронно-активными.

Гамма-активационный анализ. Облучение тормозным излу­ чением с достаточно высокой энергией вызывает активацию значительного числа элементов [125, 127, 137, 148]. Среди про­ дуктов активации преобладают нейтронодефицитные радио­ изотопы, которые испытывают позитронный распад. Целый ряд важных элементов дают чистые позитронные излучатели (ИС, I3N, 150, 18F, 30Р и др.). Распределение образующихся радио­ изотопов по энергии наиболее интенсивного у-излучения и по периоду полураспада показано на рис. 72 [149].

Обращает на себя внимание такая особенность в распреде­ лении у-излучения, как заметное концентрирование радиоизо­ топов в области энергий 511 кэв (аннигиляционное излучение). Эта особенность продуктов у-активации имеет большое значе­ ние для избирательности инструментального у-активационного анализа по следующим причинам: 1) у-спектрометрический анализ не применим к смеси позитронно-активных радиоизото­ пов; 2) у-линии с энергией менее 0,51 Мэе приходится изме­ рять на фоне комптоновского распределения от аннигиляцион­ ного излучения, которое обычно имеет высокий выход и ин­ тенсивность; 3) в результате совпадений аннигиляционного излучения с другими у-квантами велика вероятность образова­ ния линий суммирования, особенно если измерения проводятся при высокой геометрии.

Таким образом, инструментальный у-активационный анализ имеет наиболее высокую избирательность для радиоизотопов с жестким излучением (С1, К, Si и др.). Избирательность опре­ деления элементов по радиоизотопам с энергией менее 0,5 Мэе заметно хуже. Особые затруднения возникают при определении элементов, дающих чистые позитронные излучатели.

Для обеспечения избирательности инструментального опре­ деления в случае, когда у-спектрометрия оказывается недоста­ точно эффективной, приходится использовать различные физи­ ческие средства: p-спектрометрию, анализ кривых распада, схемы совпадений и антисовпадений, облучение при разной энергии тормозного излучения и т. д.

Каждый из этих методов не является высокоизбирательным, и поэтому их применение ограничено определенными концентра­ ционными соотношениями исследуемого и интерферирующих элементов.

Все фотоядерные реакции экзоэнергетичны и имеют доволь­ но высокие пороги. Гистограмма распределения основных фотоядерных реакций по величине порога показана на рис. 73. Сле­ довательно, уменьшая энергию тормозного излучения, можно исключить протекание реакций с самыми высокими порогами.

309

П ер и о д п о л у р о с п а д а 1 с е к

Рис. 72. Диаграмма распределения у-излучения продуктов фотоактивации по энергии и периоду полураспада.

Это сокращает количество активирующихся элементов и таким образом облегчает инструментальный анализ.

Однако из гистограммы видно, что такой подход (с учетом

только в области концентраций выше 10~3%. Мощные ускори­ тели электронов позволяют достигнуть более высокой чувстви­ тельности (до НИ6—10-8 %). Однако для ее реализации прихо­ дится прибегать к помощи более избирательного метода — радиохимическому выделению определяемых компонентов.

§ 4. Многоэлементный активационный анализ

Из предшествующего изложения следует, что активацион­ ный анализ, если рассматривать его в совокупности всех мето­ дов, обладает универсальными возможностями в том смысле, что он позволяет определять практически все имеющиеся в при­ роде элементы. Достигаемая чувствительность, как правило, весьма высока и редко уступает чувствительности других мето­ дов, способных к определению столь же широкого круга эле­ ментов. Нет и ограничений диапазона определяемых концентра­ ций, который может простираться от предела обнаружения до

311