khimie.ru

Радиоактивационный анализ — один из наиболее чувствительных методов определения ряда элементов. Этот метод (особенно один из его вариантов — нейтронно-активационный анализ (НАА)) сыграл значительную роль в анализе чистых веществ, геологических объектов и ряда других; он сохраняет определенны позиции и в настоящее время. Суть радиоактивационного анализа заключается в облучении анализируемого объекта нейтронами (либо γ-лучами, протонами, α-частицами) и регистрации образующейся дочерней радиоактивности. Эта радиоактивность является результатом захвата ядрами определяемых элементов нейтронов или других частиц с образованием радионуклидов тех же или других элементов. По характеру возникающей радиоактивности судят о природе элемента, а по интенсивности — о количестве определяемого элемента. Обычно работают с образцами сравнения, которые одновременно облучают в тех же условиях, хотя, в принципе возможен и абсолютный анализ. Очевидно, что метод наиболее пригоден для определения элементов, лучше всего «поглощающих» первичный поток нейтронов или других частиц. Так, методом НАА можно определять золото, сурьму, кобальт, ряд лантаноидов, при этом пределы обнаружения очень низкие (до 10^-10 %).

Поскольку обычно образуется несколько дочерних радиоактивных элементов, существенное значение имеет система регистрации — излучение разных элементов надо регистрировать раздельно. С точки зрения профессионального аналитика, активацион-ный анализ имеет ряд достоинств, прежде всего — высокую чувствительность. Кроме того, здесь относительно проста система градуирования, не нужны поправки на холостой опыт, возможен недеструктивный и дистанционный анализ, метод легко автоматизировать.

Первая работа по НАА была опубликована Дьёрдем Хевеши и Хильдой Леви в 1936 г.; эти исследователи анализировали смесь редкоземельных элементов. Через два года Г. Сиборг и Дж. Ливинхуд использовали для активационного анализа циклотрон, определив − 6∙10^-4 % галлия в железе. Работы по радиоактивационному анализу получили импульс в ходе выполнения Манхэттенского проекта, этот метод помог определять очень малые содержания примесей в ядерных материалах; работы проводились главным образом в Чикагском университете. Применение активационного анализа в 1940-1950-е гг. способствовало разработке технологии получения чистого урана, графита, циркония, бериллия и других высокочистых материалов.

В 1950-е гг. основными объектами активационного анализа были особо чистые материалы для ядерной технологии. Позднее акцент сместился в сторону анализа полупроводниковых материалов (кремний, германий, арсенид галлия, теллур, теллурид кадмия и другие вещества).

Нейтронно-активационный метод стали широко применять и для анализа геологических материалов. В это время доступными стали новые источники активации (различные ускорители, мощные радиоизотопные источники нейтронов, генераторы быстрых нейтронов. В Институте физических проблем им. П. Л. Капицы в Москве были разработаны компактные ускорители — микротроны (С.П.Капица), с их помощью определяли ряд элементов (кислород и др.), которые недоступны для НАА. В 1970-е гг. метод НАА начали использовать в анализе объектов окружающей среды медико-биологических исследованиях.

Работы по НАА проводились в США, Франции, Бельгии ряде других стран. Регулярно созывались международные конференции, организатором которых был профессор Альбер из Франции. Были развиты теоретические основы метода; найдено понимание особенностей определения следовых количеств элементов. Развитию и распространению метода способствовали многочисленные изданные в разных странах монографии, руководства и справочники. Метод стал важным аналитическим инструментом в решении многих проблем геологии, геохимии, космохимии, особенно касающихся поведения и распределения редких и рассеянных элементов. В СССР работы по этому методу с использованием ядерного реактора были начаты в 1950-е гг. по инициативе А. П. Виноградова. Исследования проводились в ГЕОХИ АН СССР в лаборатории И. П. Алимарина (Ю. В. Яковлев и др.), а также в Московском химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева (А. И. Кулак). Позднее крупный центр активационного анализа был создан в Ташкенте, точнее — в поселке Улугбек недалеко от Ташкента (Е. М. Лобанов, А. А. Кист). Метод использовали как для анализа очень малых проб, так и для определения сверхнизких концентраций элементов (до 10^-9-10^-7 %), главным образом в биологических образцах. В медицинских исследованиях НАА применяли и как метод in vivo. Начиная с 1970-х гг. метод стали активно применять и для анализа больших образцов (каротаж скважин с использованием портативных нейтронных генераторов, добыча и переработка рудного сырья и др.). В некоторых из перечисленных областей метод НАА просто не имеет конкурентов.

Работы по активационному анализу внесли вклад в развитие направления, которое впоследствии получило название «хемометрика». Это связано с тем, что уже в первых многоканальных анализаторах импульсов для регистрации дочерней радиоактивности использовали цифровую систему регистрации сигнала и хранения спектров. Поэтому после появления в 1960-е гг. первых микрокомпьютеров (серия DЕС) и полупроводниковых детекторов высокого разрешения началось интенсивное развитие методов компью терной обработки достаточно сложных гамма-спектров. Разработанные алгоритмы обработки и полученный опыт впоследствии были использованы для компьютеризации других спектрометрических методов анализа.

В 1990-е гг. применение активационных методов стало сокращаться. С одной стороны, развитие аналитической химии и аналитического приборостроения привело к появлению новых конкурентоспособных методов определения следовых количеств элементов. С другой стороны, негативные последствия развития ядерной технологии (ряд технологических аварий и особенно Чернобыльская катастрофа) привели к изменению общественного мнения о роли ядерной энергии и в определенной мере к кризису в развитии ядерной технологии и сопутствующих наук. Это выразилось в сокращении инвестиций в эту область, замедлении темпов развития атомной энергетики, «радиофобии», уменьшении числа действующих ядерных реакторов. Однако активационный анализ развивался и в этих условиях. Большое значение приобрело использование различных ускорителей (вместо реакторов). Так, гамма-активационный метод определения низких (до 10 ^-6 %) концентраций азота в силикатах позволил решить ряд геохимических задач. Один из путей дальнейшего развития активационного анализа — работа с новыми источниками облучения, которые спо­собны заметно расширить возможности метода.