ГЛАВА IX. РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Радиоактивные изотопы широко применяются в химическом анализе. С помощью радиоактивных реагентов проводится прямое определение радиоактивных изотопов методом осаждения, радиометрическое титрование, анализ методом изотопного разбавления, кроме того, применение радиоактивных изотопов дает возможность использовать ряд физических методов анализа, основанных на поглощении, отражении радиоактивного излучения и возникновении вторичного также проводить так называемый активационный анализ.

Каждый радиометрический метод имеет свои специфические особенности и аппаратуру. Общим для всех методов является использование радиоактивных изотопов, которое требует знания их основных свойств и техники безопасности применения, а также необходимость измерения радиоактивности и, следовательно, умения применять соответствующую аппаратуру.

Радиоактивные изотопы используются также для установления полноты и чистоты разделения многокомпонентных смесей. Контроль разделения при электрофорезе, электролизе, хроматографии, экстракции, разгонке и т. п. легко осуществляется с помощью радиоактивных изотопов, входящих в состав компонентов смеси. При этом можно установить загрязнение одной фракции разделенной смеси другим компонентом и степень разделения вещества, а следовательно, и проверить методику обычного химического анализа.

А. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

§ 1. Виды радиоактивного распада

Самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие (радиоактивный распад) происходит путем испускания -лучей или захватом ядром электрона , а иногда L- и -оболочек атома.

-Лучи являются результатом перехода ядра атома данного элемента с одного возбужденного уровня энергии на другой или в невозбужденное состояние.

Если возбужденное ядро имеет небольшую энергию, то его переход в невозбужденное состояние может происходить излучением фотона или электрона конверсии. Электрон конверсии срывается с -оболочки атома. Вследствие этого низкой энергии сопровождается испусканием электронов конверсии.

Переход электронов с высших на освободившуюся внутреннюю оболочку атома вызывает характеристическое рентгеновское излучение элемента, испускающего -лучи.

При -распаде ядро атома изотопа материнского элемента переходит в ядро атома изотопа дочернего элемента, стоящего в периодической системе на две клетки влево от материнского элемента. Если переход совершается на возбужденный уровень энергии ядра изотопа дочернего элемента, то за излучением -частицы следует испускание одного или нескольких фотонов с энергией, в сумме равной разности уровней энергии возбужденного и невозбужденного ядер. -Частицы, испускаемые при распаде ядер материнского изотопа, вследствие перехода на дискретные уровни энергии ядра дочернего элемента имеют дискретный (линейчатый) спектр по энергии.

-Распад ядра атома изотопа материнского элемента ведет к образованию ядра атома изотопа дочернего элемента, стоящего в периодической системе на одну клетку вправо или влево от материнского элемента. Он также часто сопровождается образованием ядра атома дочернего изотопа в возбужденном состоянии и, следовательно, -излучением.

Спектр энергий -частиц данного радиоактивного изотопа непрерывный и изменяется от нулевой до некоторой максимальной энергии, соответствующей разности энергий ядер атомов материнского и дочернего изотопов в одном из возможных его энергетических состояний. Отсутствие постоянства энергии -частиц связано с механизмом их испускания. Ядро состоит из нейтронов и протонов, появление -частиц (электронов или позитронов) связано с переходом в ядре нейтрона в протон или протона в нейтрон:

где v — нейтрино.

Энергия радиоактивного распада распределяется статистически между -частицей и нейтрино, и только при нулевой энергии нейтрино (-частица имеет максимальную энергию.

Электронный захват ведет к переходу ядра атома изотопа материнского элемента в ядро атома изотопа дочернего элемента в одном из его энергетических состояний, стоящего в периодической системе на одну клетку влево от материнского элемента. Электронный захват сопровождается характеристическим рентгеновским излучением дочернего элемента, а в ряде случаев — -излучением.

При распаде одного ядра атома данного изотопа может испускаться только одна или -частица и несколько -квантов, несколько электронов конверсии и квантов рентгеновского излучения. Это необходимо учитывать при определении количества распавшихся ядер по зарегистрированному числу -квантов.