MINISTERUL EDUCAŢIEI ŞI ŞTIINŢEI

FEDERAȚIA RUSĂ

UNIVERSITATEA DE STAT TAMBOV

LOR. G.R. DERZHAVINA

Institutul de Științe ale Naturii

Catedra de chimie anorganică şi fizică

Kosyanenko Igor Sergheevici

Metode radiometrice de analiză

(lucrare de curs în chimie fizică)

Consilier stiintific:

Lector superior,

Ph.D. Dyachkova T.P.

Tambov 2005

Introducere…………………………………………………………………...…..……3

1. Bazele teoretice ale metodelor radiometrice………………...……...5

1.1. Tipuri de dezintegrare radioactivă și radiații radioactive………………..5

1.2. Legea dezintegrarii radioactive……………………………………………………………6

1.3. Interacțiunea radiațiilor radioactive cu materia și contoarele de radiații………………………………………………………………………………………………………………………..7

1.4. Clasificarea surselor de radiații radioactive și a izotopilor radioactivi……………………………………………………………………………………...………..…. 9

2. Metode de determinare a conținutului de elemente chimice prin radiația izotopilor lor radioactivi naturali...………………………………….11

3. Metoda de diluare a izotopilor…………………………………...……….....13

4. Analiza radioactivarii…………………………………...……………16

5. Titrare radiometrică………………………………...……………..19

6. Metoda fotoneutronilor………………………………………...……………..21

7. Aplicarea practică a metodei depunerii……………...……………...22

Concluzie………………………………………………………...……………...27

Literatură………………………………………………………...………………28

Introducere

Metodele de analiză bazate pe radioactivitate au apărut în epoca dezvoltării fizicii nucleare, radiochimiei și tehnologiei nucleare și sunt acum utilizate cu succes în diverse analize, inclusiv în industrie și serviciul geologic.

Principalele avantaje ale metodelor analitice bazate pe măsurarea radiațiilor radioactive sunt pragul scăzut de detecție al elementului analizat și versatilitatea largă. Analiza de radioactivare are cel mai scăzut prag de detecție dintre toate celelalte metode analitice (10 -15 g). Avantajul unor metode radiometrice este analiza fără distrugerea probei, iar avantajul metodelor bazate pe măsurarea radioactivității naturale este viteza de analiză. O caracteristică valoroasă a metodei radiometrice de diluare a izotopilor constă în posibilitatea de a analiza un amestec de elemente cu proprietăți chimice și analitice similare, cum ar fi zirconiu - hafniu, niobiu - tantal etc.

Complicațiile suplimentare atunci când se lucrează cu medicamente radioactive sunt cauzate de proprietățile toxice ale radiațiilor radioactive, care nu provoacă o reacție imediată în organism și, prin urmare, complică aplicarea în timp util a măsurilor necesare. Acest lucru întărește necesitatea respectării stricte a măsurilor de siguranță atunci când lucrați cu medicamente radioactive. Dacă este necesar, lucrul cu substanțe radioactive are loc cu ajutorul așa-numitelor manipulatoare în camere speciale, iar analistul însuși rămâne într-o altă cameră, protejat în mod fiabil de efectele radiațiilor radioactive.

Izotopii radioactivi sunt utilizați în următoarele metode analitice:

metoda de depunere în prezența unui element radioactiv;

metoda de diluare a izotopilor;

titrare radiometrică;

analiza activarii;

definiții bazate pe măsurători ale radioactivității izotopilor naturali.

În practica de laborator, titrarea radiometrică este utilizată relativ rar. Aplicarea analizei de activare este asociată cu utilizarea surselor puternice de neutroni termici și, prin urmare, această metodă este încă de utilizare limitată.

clasa a 9-a

1 opțiune .

Partea 1.

1. Procesul de formare istorică și evolutivă a omului ca specie, desfășurarea activității sale de muncă, vorbire:

1) citokineza

2) gametogeneza

3) cariokineza

4)antropogeneza

2.M. M. Gerasimov a propus o metodă:

1)analiza radiometrică

2) etologic

3) reconstrucție

4) imunologic

3. O persoană este clasificată ca:

1) acorduri

2) artropode

3) celenterate

4) echinoderme

4. Prezența părului rudimentar pe corp indică:

1) adaptarea la frig

2) relația dintre oameni și mamifere

3) aprovizionarea cu sânge afectată a pielii

4) relația dintre oameni și reptile

5. Următoarele dovezi indică faptul că o persoană aparține familiei hominide:

1) prezența unei diafragme

2) adaptarea la mers vertical

3) prezența unui schelet intern

4) mare asemănare cu maimuțele în aparatul genetic

6. Dovada originii umane de la animale:

1) descompunetori

2) simbioți

3) rudimente

4) consumatorii

7. Pithecanthropus este un reprezentant al:

1) oameni moderni

2) oameni din vechime

3) oameni din vechime

8. Neanderthal se referă la:

1) celor mai vechi oameni

2) oamenilor din vechime

3) oameni moderni

4) marile maimuțe

9. Volumul creierului la oamenii moderni:

1)1100 cm3

2)1700 cmc

3)1800 cmc

4)2500 cmc

10. Unitatea tuturor raselor umane ca reprezentanți ai unei singure specii Homo sapiens demonstrează:

1) existența unui singur centru de origine al raselor

2) comunitatea caracteristicilor anatomice

3) posibilitatea căsătoriilor fertile între reprezentanți ai diferitelor rase

4) procese fiziologice comune

Partea 2.

1. Atavismele la oameni sunt:

1) coadă

2) pilozitate severă a întregului corp

3) vertebrele coccigiene

4) multi-mamelon

5) apendice - un proces al cecumului

6) pleoapa superioară și inferioară

2. Trăsături distinctive caracteristice speciei Homo sapiens:

1) picior arcuit arcuit

2) disponibilitate S– curbele în formă ale coloanei vertebrale

3) predominanța părții faciale a craniului asupra creierului

4) protuberanța bărbiei bine definită

5) păstrarea degetului mare opozabil pe mâini și picioare

6) inimă cu trei camere cu sept incomplet

Partea 3. De ce Africa este considerată locul de naștere al evoluției umane?

Lucrare de testare pe tema: „Antropologie. Locul omului în sistemul lumii organice”

clasa a 9-a

Opțiunea 2.

Partea 1. Din cele patru opțiuni oferite, alegeți un răspuns corect.

1. C. Linnaeus a plasat o persoană într-un detașament:

1) primate

2) acorduri

3) mamifere

4) prădător

2. Dovada că o persoană aparține subtipului de vertebrate este prezența:

1) scheletul intern

2) acorduri

3) diafragma

4) degetul mare, opus tuturor celorlalte

3. O persoană aparține clasei:

1) amfibieni

2) primate

3) mamifere

4) reptile

4. Un semn că o persoană aparține ordinului primatelor este prezența:

1) degetele care se termină în unghii

2) inima cu patru camere

3) degete care se termină în gheare

4) cu sânge cald

5. Strămoș comun al maimuțelor și al oamenilor:

1) dryopithecus

2) Australopithecus

3)pithecanthropus

4) Ramapithecus

6. O maimuță care a mers pe două picioare este:

1) gibon

2) gorilă

3) Australopithecus

4) urangutan

7. Sinanthropus este un reprezentant al:

1) oameni moderni

2) oameni din vechime

3) cei mai vechi oameni

4) strămoșii oamenilor asemănătoare maimuțelor

8. Volumul creierului la oamenii antici era:

1)500-600 cmc

2)650 cmc

3)750 cmc

4)1100 cmc

9. Un tip modern de persoană este:

1) synanthropus

2) dryopithecus

3) Cro-Magnon

4) Neanderthal

10. Un factor social important în evoluția strămoșilor omului modern este:

1) vorbire articulată

2) selecția naturală

3) lupta pentru existență

4) variabilitate ereditară

Partea 2. Alege trei răspunsuri corecte. Scrieți o serie de numere ca răspuns.

1. Organele umane vestigiale sunt:

1) apendice - o prelungire a cecumului

2) urechi

3) vertebrele coccigiene - resturi ale scheletului cozii

4) pleoapele superioare și inferioare

5) resturi de păr pe tot corpul

6) multi-mamelon

2.Teorii rasiste:

1) a servit drept justificare pentru cuceririle coloniale și comerțul cu sclavi

2) corespund datelor științei moderne

3) servesc drept justificare pentru exploatarea omului de către om

4) sunt idei umaniste progresiste

5) servesc drept bază pentru egalitatea și fraternitatea popoarelor

6) contrazic complet datele științei moderne

Partea 3. Când a încetat selecția naturală să fie factorul principal în evoluția umană?

Metodele de analiză radiometrică se bazează pe măsurarea radiațiilor emise de elementele radioactive. Pentru înregistrarea radiațiilor se folosesc instalații speciale folosind contoare Geiger-Muller. Când un receptor de radiații radioactive funcționează, în el apare un curent electric sub formă de impulsuri de scurtă durată, care sunt amplificate de echipamente radio speciale, egalate ca valoare și trimise la un dispozitiv de numărare de înregistrare.

Izotopii radioactivi sunt utilizați în următoarele metode de analiză: metoda de precipitare în prezența unui element radioactiv; metoda de diluare a izotopilor; titrare radiometrică; analiza activarii; definiții bazate pe măsurători ale radioactivității izotopilor naturali etc.

Metoda de diluare a izotopilor se bazează pe identitatea reacțiilor chimice ale izotopilor unui element dat. Pentru realizarea acesteia, la amestecul analizat se adaugă o anumită cantitate din analit m 0, care conține în compoziția sa un izotop radioactiv cu radioactivitate cunoscută I 0. Apoi, o parte a analitului în stare pură este izolată prin orice metodă disponibilă. (de exemplu, precipitare, extracție, electroliză) și masa m se măsoară 1 și I 1 radioactivitatea porțiunii izolate a substanței. Conținutul total al elementului dorit din obiectul analizat se găsește din egalitatea raporturilor dintre radioactivitatea probei izolate și radioactivitatea substanței introduse și masa substanței izolate la suma maselor substanței introduse. și cea găsită în amestecul analizat:

Metoda de diluare a izotopilor are un avantaj față de alte metode radiometrice în cazurile în care izolarea completă a substanței de testat din amestecul analizat este dificilă sau imposibilă.

Analiza radioactivarii. Principiul acestei metode este de a converti izotopii stabili ai unui element în cei radioactivi, a căror măsurare a radioactivității servește ca criteriu pentru conținutul acestui element în obiectul analizat. Pentru a face acest lucru, probele analizate sunt iradiate, de exemplu, într-un reactor nuclear. Activitatea este măsurată cu ajutorul dispozitivelor speciale de numărare. Timpul de înjumătățire și energia de radiație sunt specifice radioizotopilor individuali, adică, folosind analiza de radioactivare, puritatea substanțelor rezultate poate fi monitorizată.

Măsurând radioactivitatea și cunoscând timpul de iradiere, intensitatea fluxului de particule iradiante și datele fizice nucleare corespunzătoare ale elementului aflat în curs de determinare, este posibil să se calculeze greutatea acestuia. Concomitent cu substanța de testat, sunt iradiate probe standard care conțin cantități precis cunoscute din elementele care se determină. Prin compararea activităților analitului și a probelor standard în aceleași condiții, este posibil să se calculeze conținutul elementului de determinat.

Metoda de radioactivare are multe avantaje față de alte metode de analiză. Metoda este foarte sensibilă. Principalul său dezavantaj este că nu toate elementele pot fi determinate prin această metodă. Elementul radioactiv format după iradiere trebuie să aibă un timp de înjumătățire relativ lung, suficient pentru a permite timp pentru separarea chimică și măsurarea activității elementului izolat. Folosind metoda de analiză prin radioactivare, este posibil să se determine urme de diferite elemente din apa de mare; metale din pământuri rare în minereuri; aur, platină, paladiu și iridiu în argint și nichel; nichel, cobalt, cupru, arsenic, teluriu în antimoniu etc.

Metoda fotoneutronilor se bazează pe emisia de neutroni atunci când fotonii de înaltă energie (quanta γ) acţionează asupra nucleelor ​​atomilor elementelor chimice. Numărul de neutroni detectați de detectoarele de neutroni este proporțional cu conținutul elementului analizat. Această energie fotonică trebuie să depășească energia de legare a nucleonilor din nucleu, care pentru majoritatea elementelor este 8 Me. B (numai pentru beriliu și deuteriu este egal cu 1,666 Me. V, respectiv 2,226 Me. V; atunci când se folosește izotopul 124 Sb ca sursă de cuante γ, cu Eγ = 1,7 și 2,1 Me. V, se poate determina beriliul pe fundalul tuturor celorlalte elemente).

Radiometria folosește și metode bazate pe absorbția neutronilor, a razelor γ, a particulelor β și a cuantelor de radiație caracteristică de raze X de la izotopii radioactivi. Într-o metodă de analiză bazată pe reflexia electronilor sau a pozitronilor, se măsoară intensitatea fluxului reflectat. Energia particulelor reflectate de elementele ușoare este de multe ori mai mică decât energia particulelor reflectate de elementele grele, ceea ce face posibilă determinarea conținutului de elemente grele în aliajele lor cu elemente ușoare și în minereuri.

Instalatie pentru inregistrarea radiatiilor radioactive a) Contoare Geiger-Muller b) aspectul instalatiei de numarare c) schema instalatiei de numarare: 1 - contor de gaz, 2 - redresor de inalta tensiune, 3 - amplificator, 4 - dispozitiv de recalculare, 5 - electromecanic tejghea

Metodele radiometrice de analiză au o serie de avantaje față de metodele chimice. În primul rând, trebuie remarcat sensibilitatea lor ridicată, care este semnificativ mai mare decât sensibilitatea metodelor chimice, fizice și fizico-chimice de analiză.

Utilizarea radioactivității în chimia analitică este foarte diversă. Măsurătorile radioactivității sunt utilizate pe scară largă și în scopuri de cercetare: pentru a studia mecanismele reacțiilor chimice, a determina solubilitatea compușilor slab solubili, a studia procesele de separare și pentru a rezolva multe alte probleme, inclusiv determinarea celor mai importante constante fizico-chimice (constantele de stabilitate ale coordonării). compuși, constante ale proceselor de schimb ionic etc.) .d.).

Metodele de analiză radiometrică se bazează pe măsurarea radiațiilor emise de elementele radioactive. Pentru înregistrarea radiațiilor se folosesc instalații speciale folosind contoare Geiger-Muller (Fig. 73). Când un receptor de radiații radioactive funcționează, în el apare un curent electric sub formă de impulsuri de scurtă durată, care sunt amplificate de echipamente radio speciale, egalate ca valoare și trimise la un dispozitiv de numărare de înregistrare.

Metodele radiometrice de analiză au o serie de avantaje față de metodele chimice. În primul rând, trebuie remarcat sensibilitatea lor ridicată, care este semnificativ mai mare decât sensibilitatea chimică și a altor metode fizice și fizico-chimice de analiză.

Sensibilitatea acestor metode este caracterizată, de exemplu, de următoarele date:

Aceste metode analitice sunt utilizate pentru a cuantifica oligoelemente ale diferitelor elemente din metale și nemetale de înaltă puritate.

Trebuie remarcat, totuși, că acuratețea metodelor radiometrice este scăzută și este (relativă). Metodele chimice de analiză sunt mai precise. Dar acolo unde metodele convenționale gravimetrice și volumetrice de analiză produc erori mari, cum ar fi, de exemplu, la determinarea impurităților neglijabile, metodele radiometrice sunt de neînlocuit.

Se disting următoarele metode radiometrice:

1. Metoda de diluare a izotopilor. Metoda de diluare a izotopilor, așa cum indică numele, se bazează pe diluarea unui compus radiomarcat cu o componentă inactivă a amestecului. Pentru a face acest lucru, se adaugă la amestecul analizat o anumită cantitate dintr-un compus marcat cu unul dintre radioizotopi și a cărui compoziție se potrivește cu componentul care se determină.

În acest caz, activitatea specifică a compusului marcat cu un izotop radioactiv va scădea. Dacă o parte din analit este izolată, activitatea specifică finală poate fi determinată. Cunoscând activitățile specifice inițiale și finale, este ușor de calculat conținutul analitului.

Avantajul acestei metode de analiză este că nu este nevoie de izolarea cantitativă a analitului, cu condiția ca izotopii să fie complet amestecați. Este suficient să izolați doar o parte din el în formă chimică pură.

Orez. 73. Instalaţie pentru înregistrarea radiaţiilor radioactive: a - contoare Geiger-Muller; b - aspectul instalaţiei de numărare; c - schema instalatiei de numarare; 1 - contor de gaz; 2 - redresor de înaltă tensiune; 3 - amplificator; 4 - dispozitiv de conversie; 5 - contor electromecanic.

Dacă o anumită cantitate dintr-o substanță corespunzătoare în compoziție compusului care se determină are masă și radioactivitate A, atunci activitatea sa specifică 1g este egală cu:

Când se adaugă o cantitate exactă dintr-o astfel de substanță la o anumită porțiune a compusului inactiv care este analizat, activitatea specifică a amestecului va fi egală cu:

Rezolvând sistemul de ecuații prezentat mai sus, obținem:

dar de atunci

unde este volumul unei soluții radioactive cu o concentrație cunoscută; C este volumul soluției de testat; - concentratia solutiei analizate.

Dacă , formula (1) ia forma:

Metoda de diluare a izotopilor are un avantaj față de alte metode radiometrice în cazurile în care izolarea completă a substanței de testat din amestecul analizat este dificilă sau imposibilă.

2. Analiza radioactivarii. Principiul acestei metode este de a converti izotopii stabili ai unui element în cei radioactivi, a căror măsurare a radioactivității servește ca criteriu pentru conținutul acestui element în obiectul analizat. Pentru a face acest lucru, probele analizate sunt iradiate, de exemplu, într-un reactor nuclear.

Activitatea este măsurată cu ajutorul dispozitivelor speciale de numărare.

Timpul de înjumătățire și energia de radiație sunt specifice radioizotopilor individuali, adică, folosind analiza de radioactivare, puritatea substanțelor rezultate poate fi monitorizată.

Măsurând radioactivitatea și cunoscând timpul de iradiere, intensitatea fluxului de particule iradiante și datele fizice nucleare corespunzătoare ale elementului aflat în curs de determinare, este posibil să se calculeze greutatea acestuia.

Concomitent cu substanța de testat, sunt iradiate probe standard care conțin cantități precis cunoscute din elementele care se determină. Prin compararea activităților analitului și a probelor standard în aceleași condiții, este posibil să se calculeze conținutul elementului de determinat.

Metoda de radioactivare are multe avantaje față de alte metode de analiză. Metoda este foarte sensibilă. Principalul său dezavantaj este că nu toate elementele pot fi determinate prin această metodă. Elementul radioactiv format după iradiere trebuie să aibă un timp de înjumătățire relativ lung, suficient pentru a permite timp pentru separarea chimică și măsurarea activității elementului izolat.

Folosind metoda de analiză prin radioactivare, este posibil să se determine urme de diferite elemente din apa de mare; metale din pământuri rare în minereuri; aur, platină, paladiu și iridiu în argint și nichel; nichel, cobalt, cupru, arsenic, teluriu în antimoniu etc.

Metodele radiometrice de analiză includ și: radiocromatografia, absorbția de neutroni, titrarea radiometrică etc.