khimie.ru

Метод меченых атомов широко используется в аналитической практике. Метод радиоактивных индикаторов позволяет судить о поведении элементов в различных химических и биологических процессах, в том числе при их разделении и концентрировании в ходе анализа. Метод базируется на установленном Д. Хевеши, Ф. Панетом и К. Фаянсом факте, что радиоактивные элементы ведут себя точно так, как эти элементы в нерадиоактивном состоянии. Говоря современным научным языком, изотопные эффекты в большинстве химических и биологических процессов в первом приближении отсутствуют.

Георг Хевеши — венгерский физикохимик, радиохимик родился в Будапеште, окончил в 1908 г. Будапештский университет, затем учился в Германии, в Берлинском и Райбургском университетах. Впоследствии работал в Цюрихском университете, в Высшей технической школе в Карлсруэ с Ф. Габером в Манчестерском университете с Э. Резерфордом, в Радиевом институте в Вене с Ф. Панетом. До 1920 г. работал в Будапештском университете, в 1918 г. стал там профессором  Впоследствии работал в Копенгагенском (1920-1926), Фрайбургском (1926-1940), и Стокгольмском (с 1943 г.) университетах.

Метод радиоактивных индикаторов был предложен Д. Хевеши и Ф. Панетом еще до Первой мировой войны (1913); определяя растворимость солей свинца, они использовали радиоактивный изотоп этого элемента. В 1932 г Д. Хевеши разработал метод изотопного разбавления и применил его для определения свинца в горных породах. Годом раньше Д. Хевеши обнаружил, что при облучении элементов рентгеновскими лучами возникает вторичное рентгеновское излучение — так был намечен путь к рентгенофлуоресцентному анализу. В 1936 г. Д.Хевеши (вместе с Х. Леви) разработал метод нейтронно-активационного анализа. Совместно с Д. Костером Д. Хевеши открыл гафний, объяснил особое положение иттрия в ряду редкоземельных элементов и т.д. в 1944 г ученый был удостоен Нобелевской премии. Ее присудили за работу по использованию изотопов как индикаторов при изучении химических процессов.

Химики-аналитики широко использовали метод радиоактивных индикаторов, созданный Д. Хевеши, для разработки приемов разделения и концентрирования микропримесей. Метод позволял быстро и надежно контролировать степень извлечения элемента при экстракции, ионном обмене, соосаждении и в других случаях. Радиоактивные индикаторы применяли также при изучении механизма химических реакций. Исследования были обеспечены наличием большого числа долгоживущих радионуклидов, удобных для измерения их радиоактивности.

В декабре 1957 г. в Москве состоялась большая конференция по применению радиоактивных изотопов в аналитической химии. Проходила она в ГЕОХИ АН СССР, в ней участвовало 450 человек, в том числе крупные аналитики из других стран — И. М. Кольтгоф (США), Г. Ирвинг (Эрвинг) из Великобритании, Р. Пришбл из Чехословакии и другие. Это была первая после войны аналитическая конференция в СССР с участием иностранных ученых. На конференции было много докладов о применении меченых атомов при разработке и использовании методов анализа. Например, А. В. Николаев (будущий академик), А. А. Сорокина и А. С. Масленникова сообщили об использовании изотопов при разделении редкоземельных элементов. В докладе И. П. Алимарина и Г. Н. Билимовича сообщалось об использовании изотопов ⁹⁵Nb, ⁹⁵Zr, ⁸²Та при разработке методов отделения тантала от титана, циркония от ниобия, определяли выделенные элементы методом изотопного разбавления.

Сродни методу радиоактивных индикаторов так называемый радиоуглеродный метод, который важен для датировки разного рода объектов Напомним, что космические лучи, попадая в земную атмосферу, созда ют потоки вторичных частиц. В результате этого происходит превращение радиоактивного азота-15 в радиоактивный углерод-14. В момент возникновения атомы ¹⁴С, имеющие очень высокую энергию, сразу же вступают в реакцию с кислородом, образуя углекислый газ. Последний усваивается растениями и от них переходит к животным. В целом в биосфере поддерживается постоянная концентрация углерода-14. Эти факты были установлены к 1946 г. группой исследователей, в которую входил и американский физик У. Ф. Либби. Он задался вопросом: что происходит оадиоактивным углеродом после смерти организма. Поскольку обмен шеств прекращается, изотоп ¹⁴С в организм более не поступает. А содержавшийся в организме изотоп начинает распадаться: в соответствии периодом полураспада его количество уменьшается вдвое за 5 600 лет. Значит, по относительному содержанию углерода-14 в ископаемых останках можно судить об их возрасте. Идея проста, но для создания точного и удобного метода датирования потребовались большие усилия. Метод радиоуглеродной геохронологии позволяет определять возраст археологических объектов в пределах 200-50 000 лет. Для изотопного анализа используют масс-спектрометр, поэтому требуется лишь несколько граммов исследуемого вещества.

Метод «меченых атомов» до сих пор не потерял значимости, он используется в медицине, биологии, экологии и других областях. Он необходим для диагностики ряда заболеваний, исследования механизма внутриклеточных биохимических процессов, изучения форм нахождения и транспортировки элементов.

Метод изотопного разбавления. Данный метод широко используют в различных методах анализа, при этом применяют как радиоактивные, так и стабильные изотопы. По-видимому, впервые изотопное разбавление использовал О.Хан, применивший ²³¹Ра для определения радиохимического выхода ²³⁴Ра. В 1932 г. Д.Хеве-ши применил ²¹⁰Рb, чтобы определить количество свинца, выделенного из минералов. В 1940 г. Риттенберг использовал изотопное разбавление при работе со сложными биопрепаратами. Однако широко использовать метод стали только после 1945 г., когда число доступных изотопов стало быстро расти. После работ Я. Ружички и И. Стары (Чехословакия, 1958), предложивших так называемое субстехиометрическое выделение, метод изотопного разбавления стал способом определения малых концентраций и малых количеств элементов. В 1972 г. была издана обобщающая монография по изотопному разбавлению, написанная Ю.Тёлдеши, Т. Брауноми М. Киршем.