Рентгеновские методы исследований

 

 

 

РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ  АНАЛИЗ (а. radiometric analysis; н. Radioaktivitatsanalyse; ф. analyse radiometrique; и. analisis radiometriсоs) — измерение интенсивности и исследование спектрального состава гамма-, бета- и альфа-излучений, испускаемых ядрами природных радионуклидов. На измерении общей гамма-активности проб основана методика определения радия в пробах; при этом последовательно измеряют активность герметизированной пробы по мере накопления в ней радона и продуктов его распада — основных гамма-излучателей в урановом ряду. Раздельные измерения общей гамма- и бета-активности проб проводят для двухкомпонентного анализа — радия и урана в неравновесных рудах или урана и тория в рудах равновесных; при этом исходят из различия вкладов отдельных компонентов в измеряемые активности.  
 
Гамма-спектрометрический метод основан на регистрации гамма-излучения проб в различных участках спектра, в которых преобладает излучение определяемых элементов; применяется главным образом для одновременного определения урана, радия, тория и калия в пробах. На избирательной регистрации излучений, связанных с последовательным распадом короткоживущих изотопов, основан способ временной селекции воспринимаемых излучений. Один из вариантов способа используется для определения в пробах изотопов радия (по измерениям RaC и ThC) путём регистрации запаздывающих бета-альфа совпадений. Селективные определения RaC и ThC, дополненные измерениями общей бета- и альфа-активности проб, позволяют определять в них содержание урана, радия, тория и калия.  
 
При радиометрическом анализе помимо чисто инструментальных определений широко используют химическую подготовку проб; из пробы химическими методами выделяют интересующие радионуклиды, которые затем определяют радиометрическими приёмами. Радиохимический способ широко применяется для определения радия. Раствор с выделенным радием запаивается в барботер; после накопления в нём эманации (радона) её концентрацию определяют по измерению альфа-активности. При радиохимическом определении других радионуклидов (или их соотношений) для идентификации изотопов в приготовленных препаратах используются приёмы альфа-спектрометрии. 
 
Для выяснения характера распределения радионуклидов на поверхности радиоактивного образца применяют радиографический метод. На полированную поверхность образца накладывают фотоплёнку, которая под воздействием ионизирующих частиц (преимущественно альфа-частиц) засвечивается. По плотности почернения фотоэмульсии (после проявления) судят о концентрации и распределении радионуклидов в образце.  
 
Все указанные варианты радиометрического анализа основаны на относительном способе измерений, при котором содержание определяемого элемента в пробе сравнивается с его известным содержанием в препарате, принятым за эталонный.

 

 

 

К радиохимическим  методам относится метод изотопного разбавления. К анализируемому образцу  прибавляют радиоактивный изотоп определяемого  элемента и после установления химического  равновесия выделяют каким-либо способом определенную часть данного элемента. Измеряют радиоактивность этой выделенной части и по её значению рассчитывают содержание элемента в пробе

 

 

РАДИОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ (а. radiochemical analysis; н. radiochemische Analyse; ф. analyse radiochimique; а. analisis radio-quimiсо) — метод  выделения радионуклидов в радиохимически чистом состоянии из сложных по составу образцов с последующим измерением бета-, альфа- и гамма-излучения с помощью соответствующей радиометрической аппаратуры (интегральных счётчиков, спектрометров и др.). Основан на принципах и методах аналитической химии (осаждения, экстракции, хроматографии, дистилляции, электролитического осаждения и т.д.), но имеет свои специфические особенности, связанные с выделением следовых количеств вещества и применением экспрессных методик при определении радионуклидов с периодом полураспада до 20 мин. Используется при выделении и исследовании свойств радиоактивных элементов и изотопов; определении содержания и установлении закономерностей поведения искусственных и естественных радионуклидов в окружающей среде; в радиогеологии игеохимии, а также при нейтронно-активационном определении следовых количеств элементов в сверхчистых материалах, минералах, рудах и концентратах, микроэлементов в атмосфере, природных водах, почвах, растениях и биологических объектах. Применён впервые в 1898 французским учёными П. Кюри и М. Склодовской-Кюри для химического выделения радия и полония из отходов урановой смоляной руды. Широкое распространение радиохимический анализ получил в 30-х гг. при изучении искусственной радиоактивности, особенно после открытия деления ядер урана.  
 
Радиохимический анализ позволяет регистрировать акты распада отдельных атомов, определять до 10^-12-10^-15 г элемента в 1 г анализируемого вещества, до 10^-3-10^-5% платины, палладия, серебра, ирридия в медном и никелевомконцентратах, до 10^-7-10^-5 г урана, 10^-14-10^-8 г радия и 10^-8-10^-5 г золота и редкоземельных элементов в природных водах. Для выделения микроколичеств вещества в радиохимическом анализе применяют метод носителей, заключающийся в добавлении к анализируемому образцу макроколичества (порядка мг) стабильных изотопов исследуемых радионуклидов (изотопных носителей) или других элементов (неизотопных носителей), которые ведут себя в химическом отношении подобно определяемым радионуклидам (например, бария или свинца при определении урана,тория, радия или железа при определении редкоземельных элементов). Точность анализа зависит от правильного подбора носителей, их количества (с одной стороны, оно должно быть достаточным для более полного выделения радионуклида после проведения всех операций радиохимической очистки, с другой — минимальным для уменьшения эффектов самопоглощения и саморассеяния излучения при измерении радиоактивности), скорости изотопного обмена между радионуклидом и носителем и т.д. Радиохимические методы многочисленны и зависят от конкретного химического и радионуклидного состава, состояния вещества, периода полураспада определяемого радионуклида.  
 
Радиохимический анализ включает в себя отбор проб и предварительную обработку образцов, концентрирование при большой массе пробы, выполнение различных операций выделения радиохимически чистых радионуклидов и измерение их радиоактивности. Погрешность анализа зависит от концентрации определяемого элемента, точности определения химического выхода носителя, чувствительности радиометрической аппаратуры и погрешности измерения радиоактивности. Чаще всего она не превышает 5-20%. В радиогеологии и геохимии радиохимический анализ используют для разделения и определения изотопного состава в горных породах и донных осадках, тяжёлых естественных радиоэлементов, определения содержания в горных породах, минералах и рудах 20-40 химических элементов (редкоземельных, платиновых, редких, рассеянных и др.).

 

Физические методы анализа характеризуются высокой производительностью, низкими пределами обнаружения элементов, объективностью результатов анализа, высоким уровнем автоматизации. Физические методы анализа используют при анализе горных пород и минералов. Например, атомно-эмиссионным методом определяют вольфрам вгранитах и сланцах, сурьму, олово и свинец в горных породах и фосфатах; атомно-абсорбционным методом — магний икремний в силикатах; рентгенофлуоресцентным — ванадий в ильмените, магнезите, глинозёме; масс-спектрометрическим — марганец в лунном реголите; нейтронно-активационным — железо, цинк, сурьму, серебро,кобальт, селен и скандий в нефти; методом изотопного разбавления — кобальт в силикатных породах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рентгеновские методы анализа

Ю.А. Золотов, Журнал Аналитической  Химии, 1999, т. 54, № 1, с. 5.

Рентгеноэмиссионный микроанализ  –  важное средство изучения

минералов,  горных пород,  металлов,  сплавов и многих других твердых

объектов,  прежде всего многофазных.  Метод позволяет проводить анализ  «в

точке» (диаметр – до 500 нм и глубина  вплоть до 1–2 микронов) или на участке

поверхности за счет сканирования. Пределы  обнаружения в этом случае обычно

невелики,  точность анализа оставляет  желать лучшего,  но как прием

качественного и полуколичественного  исследования включений и других

неоднородностей электронный зонд давно завоевал общее признание.

Несколько фирм производили и производят соответствующие приборы,  в том

числе приборы-комбайны,  обеспечивающие анализ и другими методами  –

ЭСХА,  оже-электронной спектроскопией,  масс-спектрометрией вторичных

ионов. Аппаратура эта обычно сложная  и дорогая.

Рентгенофлуоресцентный метод  (РФА) –  массовый,  повсеместно

применяемый,  отличающийся важными  достоинствами.  Это анализ без

разрушения;  многоэлементность  в сочетании с экспрессностью,  что

обеспечивает высокую производительность;  довольно высокая точность;

возможность создания небольших и не очень дорогих приборов,  в том числе

упрощенных анализаторов,  например для быстрого определения драгоценных

металлов в изделиях.  Однако применяют также универсальные  и непростые

спектрометры,  особенно для научно-исследовательских работ.  Основная

рубрикация  рентгенофлуоресцентных приборов,  однако,  иная:  их делят на

энергодисперсионные и с дисперсией по длинам волн.

Рентгенофлуоресцентный  метод решает задачи определения  основных

компонентов в геологических объектах, цементах, сплавах, и в последнее время

– в объектах окружающей среды. Можно определять почти все элементы, кроме

элементов начала периодической системы. Пределы  обнаружения не слишком

низкие  (обычно до 10

–3

–10

–4

%),  но  зато погрешность вполне допустима  даже

при определении основных компонентов.  Решено немало теоретических

проблем метода,  например в области учета различных  мешающих влияний. В

бывшем  СССР развитие РФА было вначале связано  с Ростовским,  затем

Иркутским университетами; теперь есть и другие школы – в Санкт-Петербурге,

Москве  и других городах России.