§ 4. Радиометрические методы

Радиометрические методы анализа основаны на измерении излучений, испускаемых радиоактивными элементами. Для регистрации излучений применяют специальные установки с использованием счетчиков Гейгера—Мюллера (рис. 73). При действии приемник радиоактивных излучений в нем возникает электрический ток в виде кратковременных импульсов, которые специальной радиотехнической аппаратурой усиливаются, выравниваются по величине и поступают на регистрирующее счетное устройство.

Радиометрические методы анализа отличаются рядом преимуществ по сравнению с химическими методами. Прежде всего следует отметить их высокую чувствительность, которая значительно выше чувствительности химических и других физических и физико-химических методов анализа.

Чувствительность этих методов характеризуется, например, следующими данными:

Эти методы анализа применяются для количественного определения микропримесей различных элементов в металлах и неметаллах высокой степени чистоты.

Следует отметить, однако, что точность радиометрических методов невысока и составляет (относительных). Химические методы анализа отличаются более высокой точностью. Но там, где обычные весовой и объемный методы анализа дают большие ошибки, как, например, при определении ничтожно малых примесей, радиометрические методы являются незаменимыми.

Различают следующие радиометрические методы:

1. Метод изотопного разбавления. Метод изотопного разбавления, как указывает само название, основан на разбавлении соединения, меченного радиоактивным изотопом, неактивным компонентом смеси. Для этого к анализируемой смеси добавляют некоторое количество соединения, меченного одним из радиоизотопов и по своему составу совпадающего с определяемым компонентом.

При этом удельная активность соединения, меченного радиоактивным изотопом, уменьшится. Если выделить часть анализируемого вещества, то можно определить конечную удельную активность. Зная начальную и конечную удельные активности, легко вычислить содержание определяемого вещества.

Преимущество этого метода анализа заключается в том, что отпадает необходимость в количественном выделении определяемого вещества при условии полного смешения изотопов. Достаточно выделить лишь часть его в химически чистом виде.

Рис. 73. Установка для регистрации радиоактивных излучений: а - счетчики Гейгера—Мюллера; б — внешний вид счетной установки; в — схема счетной установкм; 1 — газовый счетчик; 2 — высоковольтный выпрямитель; 3 — усилитель; 4 — пересчетное устройство; 5 — электромеханический счетчик.

Если некоторое количество вещества, отвечающее по составу определяемому соединению, имеет массу и радиоактивность А, то его удельная активность 1г равна:

При добавлении точного количества такого вещества к определенной навеске анализируемого неактивного соединения удельная активность смеси будет равна:

Решая систему приведенных выше уравнений, получим:

но так как , то

где — объем радиоактивного раствора с известной концентрацией С — объем исследуемого раствора; — концентрация анализируемого раствора.

В случае если , формула (1) принимает вид:

Метод изотопного разбавления имеет преимущество перед другими радиометрическими методами в тех случаях, когда полное выделение исследуемого вещества из анализируемой смеси затруднительно или невозможно.

2. Радиоактивационный анализ. Принцип этого метода заключается в переводе стабильных изотопов элемента в радиоактивные, измерение радиоактивности которых служит критерием содержания данного элемента в анализируемом объекте. Для этого анализируемые образцы подвергают облучению, например, в атомном реакторе.

Активность измеряют при помощи специальных счетных устройств.

Период полураспада и энергия излучения являются специфичными для индивидуальных радиоизотопов, т. е. применяя радиоактивационный анализ, можно контролировать чистоту получаемых веществ.

Измерив радиоактивность и зная время облучения, интенсивность потока облучающих частиц, соответствующие ядерно-физические данные определяемого элемента, можно вычислить его весовое количество.

Одновременно с исследуемым веществом облучают стандартные образцы, содержащие точно известные количества определяемых элементов. Сравнивая в одинаковых условиях активности определяемого вещества и стандартных образцов, можно вычислить содержание определяемого элемента.

Радиоактивационный метод отличается многими преимуществами по сравнению с другими методами анализа. Метод обладает высокой чувствительностью. Основным недостатком его является то, что не все элементы можно определять этим методом. Образующийся после облучения радиоактивный элемент должен иметь сравнительно большой период полураспада, достаточный для того, чтобы можно было успеть провести химическое разделение и измерение активности выделенного элемента.

Применяя радиоактивационный метод анализа, можно определять микроколичества различных элементов в морской воде; редкоземельных металлов в рудах; золото, платину, палладий и иридий в серебре и никеле; никель, кобальт, медь, мышьяк, теллур в сурьме и т. д.

К числу радиометрических методов анализа также относятся: радиохроматография, нейтронная абсорбциометрия, радиометрическое титрование и др.