Методы анализа, основанные на радиоактивности

Ф - поток бомбардирующих частиц (частиц · см^-2 · с^-1);
σ - эффективное сечение ядерной реакции (см² · частиц ^-1);
q - относительное содержание активируемого изотопа в природной смеси;
t₁ - продолжительность облучения;
t₂ - время между облучением и измерением активности образца.
Чаще всего определение количества элемента производят не по расчетным методам, а сравнением активности образца с активностью эталона. В этом случае вместе с анализируемым образцом облучают один или несколько образцов, содержание определяемого элемента в которых точно известно (стандартные образцы). Если использовался только один стандартный образец, то количество определяемого элемента в анализируемой пробе m_x рассчитывают по формуле


(17)

где I_Х и I_ст - измеряемые активности анализируемого и стандартного образцов;

m_ст - количество анализируемого элемента в стандартном образце. При облучении серии стандартных образцов сначала строят градуировочный график и по нему определяют m_x.

Таблица 3. Чувствительность нейтронного активационного анализа при различном времени облучения образцов потоком нейтронов (10¹³ нейтрон·см ² с^-1)

Определяемые элементы		СН, г
Время облучения 6 мин.	Время облучения 30 сут.
Sc, Ag, In, I	V, I, As, Mn, I	10 -11
Mn, Cu, Th, Br	Th, Cs, Na, Cu, Br, Co, Hg	10 -10
V, Nb	K, Ce, Nb, Mo, Ag, P, Cl	10 -9
Na, Cr, Co, Zn, Au, Hg, As, Cl	Mg, Sr, Cr, Ni, Zn, S	10 -8
K, Cd, Mg	Cd, F	10 -7
Sr, P	-	10 -6

Чувствительность активационного анализа (табл. 3) обусловлена интенсивностью потока ядерных частиц, сечением ядерной реакции, периодом полураспада и характером излучения образующегося радионуклида.

Для определения качественного и количественного составов с помощью активационного анализа можно применять радиометрический (инструментальный) или радиохимический варианты активационного анализа. В первом случае - без химического разделения нуклидов, во втором - с химическим выделением каждого нуклида и последующим измерением активности каждого из них.
Весьма перспективно комплексное использование радиохимического варианта активационного анализа и метода γ-спектрометрии. При этом анализируемый образец разделяется на ряд фракций, каждая из которых может содержать смесь двух-трех элементов после чего анализ каждой фракции проводиться методом γ-спектрометрии [7].
7. Авторадиография

Ионизирующие излучения действуют на фотографическую эмульсию подобно свету, разлагая галогениды серебра, входящие в состав фотоэмульсии, и вызывая тем самым ее почернение при проявлении. В итоге скрытое фотографическое изображение переходит в видимое. Эффективность действия различных частиц на фотоэмульсию возрастает в следующем порядке: электроны, протоны, α-частицы. Чем быстрее частица и чем меньше ее заряд, тем меньше ионов образуется в результате ионизации на единицу пути. α-Частицы, обладая большой массой и двойным зарядом, создают мощные ионизационные следы (треки) в фотоэмульсии, которые в ~ 10⁴ раз превосходят по оптической плотности ионизации следы β-частиц такой же энергии. Это означает, что при работе с α-излучателями можно использовать малочувствительную пленку. γ-Лучи плохо поглощаются фотоэмульсией (не более 1% от общего числа γ-квантов). Для того что бы почернение эмульсии было заметно невооруженным глазом, необходимо, что бы на 1 см² ее поверхности попало 10⁵ - 10⁹ частиц. Помимо активности источника на степень почернения фотоэмульсии влияет также энергия излучения, время контакта радиоактивного материала с фотоэмульсией, способ ее проявления и пр.

Очень хорошие изображения дают изотопы с мягким β-излучением, например ³Н(18кэВ), ¹⁴С(155кэВ), ³⁵S(166кэВ) и ⁴⁵Са(254кэВ). С увеличением энергии β-частиц изображение становиться более расплывчатым. Хорошие результаты дает авторадиография радиоактивных изотопов, испускающих мягкие рентгеновские лучи, таких как ⁵⁵Fe. Особенно ценен метод в случае работы с неоднородными образцами, так как позволяет получать данные там, где невозможно провести измерения с помощью счетчика, например, устанавливать соотношение между клеточной структурой, клеточной физиологией и патологией, физико-химическими свойствами клеток и локализацией специфических химических компонентов, введенных в систему.
Области приложения авторадиографии в биологических исследованиях столь многочисленны и разнообразны, что нет возможности перечислить их в кратком обзоре. Сошлемся лишь на использование источников излучения ⁶⁰Со для определения перемещения почвенных частиц без нарушения исследуемого слоя почвы; установление неодинаковых способностей разных частей корня ячменя к поглощению и передвижению ³²Р в виде фосфата; излучение передвижения ⁵⁵Fe в стебле арахиса.
Авторадиографическая методика ценна еще и тем, что не требует электронной аппаратуры. Однако для получения надежных результатов необходимо не меньше искусства и труда, чем при обычных чисто химических исследованиях [8].
8. Методы определения содержания химических элементов по излучению их естественных радиоактивных изотопов

Многие химические элементы являются радиоактивными, т.е. все их изотопы радиоактивны. К ним относятся технеций, прометий и все естественные и искусственные элементы, стоящие в периодической системе элементов после висмута. Кроме того, ряд нерадиоактивных химических элементов в естественной смеси изотопов содержит радиоактивные изотопы.

Следует сказать, что на практике из нерадиоактивных элементов только калий определяется этим способом.
Для определения содержания радиоактивных элементов или нерадиоактивных, содержащих в естественной смеси радиоактивные изотопы, можно использовать два способа.
В первом способе определяется активность анализируемого образца (распад/сек) и по формуле (1) рассчитывается количество искомого элемента.
Величина λ должна быть известна. Этот способ сложен, так как определение активности (распад/сек) в большинстве случаев представляет собой трудную задачу.
Практически более доступно относительное измерение, т. е. измерение активности анализируемого образца и эталона или серии эталонов с известным содержанием определяемого элемента. Необходимо, чтобы была достигнута полная идентичность условий измерения образца и эталонов: положение их относительно детектора излучения, толщина слоя и плотность. В этом случае содержание элемента в анализируемом образце может быть найдено по калибровочному графику в координатах активность - содержание элемента или по формуле:


(18)

где p_x и p_э - содержание искомого элемента в образце и эталоне;