MINISTRSTVO ZA IZOBRAŽEVANJE IN ZNANOST

RUSKA FEDERACIJA

DRŽAVNA UNIVERZA TAMBOV

NJIM. G.R. DERŽAVINA

Inštitut za naravoslovje

Katedra za anorgansko in fizikalno kemijo

Kosjanenko Igor Sergejevič

Radiometrične metode analize

(tečajno delo iz fizikalne kemije)

Znanstveni svetnik:

Starejši predavatelj,

dr. Djačkova T.P.

Tambov 2005

Uvod…………………………………………………………………...…..……3

1. Teoretične osnove radiometričnih metod………………...……...5

1.1. Vrste radioaktivnega razpada in radioaktivno sevanje………………..5

1.2. Zakon radioaktivnega razpada………………………………………………………..……6

1.3. Interakcija radioaktivnega sevanja s snovjo in števci sevanja………………………………………………………………………………………...7

1.4. Klasifikacija virov radioaktivnega sevanja in radioaktivnih izotopov……………………………………………………………………………………………..…. 9

2. Metode za določanje vsebnosti kemičnih elementov s sevanjem njihovih naravnih radioaktivnih izotopov...………………………………….11

3. Metoda redčenja izotopov…………………………………...……….....13

4. Radioaktivacijska analiza…………………………………...……………16

5. Radiometrična titracija………………………………...……………..19

6. Fotonevtronska metoda………………………………………...……………..21

7. Praktična uporaba metode nanašanja……………...……………...22

Zaključek………………………………………………………...……………...27

Literatura………………………………………………………...………………28

Uvod

Analitske metode, ki temeljijo na radioaktivnosti, so nastale v obdobju razvoja jedrske fizike, radiokemije in jedrske tehnologije in se danes uspešno uporabljajo v različnih analizah, tudi v industriji in geološki službi.

Glavni prednosti analiznih metod, ki temeljijo na merjenju radioaktivnega sevanja, sta nizek prag zaznavnosti analiziranega elementa in široka vsestranskost. Radioaktivacijska analiza ima absolutno najnižji detekcijski prag med vsemi ostalimi analiznimi metodami (10 -15 g). Prednost nekaterih radiometričnih metod je analiza brez uničenja vzorca, prednost metod, ki temeljijo na merjenju naravne radioaktivnosti, pa je hitrost analize. Dragocena lastnost radiometrične metode redčenja izotopov je možnost analize mešanice elementov s podobnimi kemijskimi in analitskimi lastnostmi, kot so cirkonij - hafnij, niobij - tantal itd.

Dodatne zaplete pri delu z radioaktivnimi zdravili povzročajo toksične lastnosti radioaktivnega sevanja, ki v telesu ne povzročijo takojšnje reakcije in s tem otežijo pravočasno izvedbo potrebnih ukrepov. To krepi potrebo po strogem upoštevanju varnostnih ukrepov pri delu z radioaktivnimi zdravili. V nujnih primerih se delo z radioaktivnimi snovmi izvaja s pomočjo tako imenovanih manipulatorjev v posebnih komorah, sam analitik pa ostane v drugi sobi, zanesljivo zaščiten pred učinki radioaktivnega sevanja.

Radioaktivni izotopi se uporabljajo v naslednjih analiznih metodah:

metoda nanašanja v prisotnosti radioaktivnega elementa;

metoda redčenja izotopov;

radiometrična titracija;

aktivacijska analiza;

definicije, ki temeljijo na meritvah radioaktivnosti naravno prisotnih izotopov.

V laboratorijski praksi se radiometrična titracija uporablja relativno redko. Uporaba aktivacijske analize vključuje uporabo močnih virov toplotnih nevtronov, zato je ta metoda še vedno omejeno uporabna.

9. razred

1 možnost .

1. del.

1. Proces zgodovinskega in evolucijskega oblikovanja človeka kot vrste, razvoj njegove delovne dejavnosti, govora:

1) citokineza

2) gametogeneza

3) kariokineza

4)antropogeneza

2.M. M. Gerasimov je predlagal metodo:

1)radiometrična analiza

2) etološki

3) rekonstrukcija

4) imunološki

3. Oseba je razvrščena kot:

1) hordati

2) členonožci

3) koelenterati

4) iglokožci

4. Prisotnost rudimentarnih las na telesu kaže na:

1) prilagoditev na mraz

2) odnos med človekom in sesalci

3) oslabljena prekrvavitev kože

4) odnos med človekom in plazilci

5. Naslednje kaže, da oseba pripada družini hominidov:

1) prisotnost diafragme

2) prilagoditev na pokončno hojo

3) prisotnost notranjega skeleta

4) velika podobnost z opicami v genetskem aparatu

6. Dokaz o človeškem izvoru živali:

1) razkrojevalci

2) simbionti

3) zametki

4) potrošniki

7. Pithecanthropus je predstavnik:

1) sodobni ljudje

2) starodavni ljudje

3) starodavni ljudje

8. Neandertalec se nanaša na:

1) najstarejšim ljudem

2) starim ljudem

3) sodobni ljudje

4) velike opice

9. Volumen možganov pri sodobnih ljudeh:

1) 1100 cm3

2) 1700 cm3

3) 1800 cm3

4) 2500 cm3

10. Enotnost vseh človeških ras kot predstavnikov ene vrste Homo sapiens dokazuje:

1) obstoj enega samega središča izvora ras

2) skupnost anatomskih značilnosti

3) možnost plodnih porok med predstavniki različnih ras

4) skupni fiziološki procesi

2. del.

1. Atavizmi pri ljudeh so:

1) tailedness

2) močna poraščenost celega telesa

3) kokcigealna vretenca

4) več nastavkov

5) dodatek - proces cekuma

6) zgornja in spodnja veka

2. Posebnosti, značilne za vrsto Homo sapiens:

1) obokana vzmetna noga

2) dostopnost S– oblikovane krivulje hrbtenice

3) prevlada obraznega dela lobanje nad možgani

4) dobro definirana štrlina brade

5) ohranitev nasprotnega palca na rokah in nogah

6) trikomorno srce z nepopolnim septumom

3. del Zakaj Afrika velja za rojstni kraj človeške evolucije?

Testno delo na temo: “Antropologija. Mesto človeka v sistemu organskega sveta«

9. razred

Možnost 2.

1. del. Izmed štirih danih možnosti izberite enega pravilnega odgovora.

1. C. Linnaeus je postavil osebo v odred:

1) primati

2) hordati

3) sesalci

4) plenilski

2. Dokaz, da oseba pripada podtipu vretenčarjev, je prisotnost:

1) notranji skelet

2) akordi

3) diafragma

4) palec, v nasprotju z vsemi ostalimi

3. Oseba spada v razred:

1) dvoživke

2) primati

3) sesalci

4) plazilci

4. Znak, da oseba pripada redu primatov, je prisotnost:

1)prsti, ki se končajo z nohti

2) štirikomorno srce

3)prsti, ki se končajo s kremplji

4) toplokrvni

5. Skupni prednik opic in ljudi:

1) dryopithecus

2) avstralopitek

3) pithecanthropus

4) ramapitek

6. Opica, ki je hodila po dveh nogah je:

1) gibon

2) gorila

3) avstralopitek

4) orangutan

7. Sinantropus je predstavnik:

1) sodobni ljudje

2) starodavni ljudje

3) najstarejši ljudje

4) opica podobni predniki ljudi

8. Volumen možganov starodavnih ljudi je bil:

1) 500-600 cm3

2) 650 cm3

3) 750 cm3

4) 1100 cm3

9. Sodoben tip človeka je:

1) sinantropus

2) dryopithecus

3) Kromanjonec

4) Neandertalec

10. Družbeni dejavnik, ki je pomemben v evoluciji prednikov sodobnega človeka, je:

1) artikulirani govor

2) naravna selekcija

3) boj za obstoj

4) dedna variabilnost

2. del. Izberite tri pravilne odgovore. Zapišite niz številk kot odgovor.

1. Vestigialni človeški organi so:

1) dodatek - proces cekuma

2) ušesa

3) kokcigealna vretenca - ostanki okostja repa

4) zgornja in spodnja veka

5) ostanki las po telesu

6) več nastavkov

2. Rasistične teorije:

1) služil kot opravičilo za kolonialna osvajanja in trgovino s sužnji

2) ustrezajo podatkom sodobne znanosti

3) služijo kot opravičilo za izkoriščanje človeka s strani človeka

4) so ​​napredne humanistične ideje

5) služijo kot osnova za enakost in bratstvo narodov

6) popolnoma v nasprotju s podatki sodobne znanosti

3. del Kdaj je naravna selekcija prenehala biti vodilni dejavnik v človeški evoluciji?

Metode radiometrične analize temeljijo na merjenju sevanja, ki ga oddajajo radioaktivni elementi. Za beleženje sevanja se uporabljajo posebne naprave s števci Geiger-Muller. Ko sprejemnik radioaktivnega sevanja deluje, v njem nastane električni tok v obliki kratkotrajnih impulzov, ki jih posebna radijska oprema ojača, izenači po vrednosti in pošlje v snemalno števno napravo.

Radioaktivne izotope uporabljamo v naslednjih analiznih metodah: metoda obarjanja v prisotnosti radioaktivnega elementa; metoda redčenja izotopov; radiometrična titracija; aktivacijska analiza; definicije na podlagi meritev radioaktivnosti naravno prisotnih izotopov itd.

Metoda redčenja izotopov temelji na istovetnosti kemijskih reakcij izotopov danega elementa. Za njegovo izvedbo se analizirani mešanici doda določena količina analita m 0, ki v svoji sestavi vsebuje radioaktivni izotop z znano radioaktivnostjo I 0. Nato se del analita v čistem stanju izolira s katero koli razpoložljivo metodo. (na primer padavina, ekstrakcija, elektroliza) in masa m je izmerjena 1 in I 1 radioaktivnost izoliranega dela snovi. Skupno vsebnost želenega elementa v analiziranem predmetu ugotovimo iz enakosti razmerij med radioaktivnostjo izoliranega vzorca in radioaktivnostjo vnesene snovi ter maso izolirane snovi in ​​vsoto mas vnesene snovi in ki se nahaja v analizirani mešanici:

Metoda izotopskega redčenja ima prednost pred drugimi radiometričnimi metodami v primerih, ko je popolna izolacija preiskovane snovi iz analizirane zmesi otežena ali nemogoča.

Analiza radioaktivacije. Načelo te metode je pretvorba stabilnih izotopov elementa v radioaktivne, katerih meritev radioaktivnosti služi kot merilo za vsebnost tega elementa v analiziranem predmetu. Da bi to naredili, analizirane vzorce obsevamo na primer v jedrskem reaktorju. Aktivnost se meri s posebnimi števci. Razpolovna doba in energija sevanja sta specifični za posamezne radioizotope, kar pomeni, da je z radioaktivacijsko analizo mogoče spremljati čistost nastalih snovi.

Z merjenjem radioaktivnosti in poznavanjem časa obsevanja, intenzivnosti toka obsevajočih delcev in pripadajočih jedrskofizikalnih podatkov elementa, ki ga določamo, je možno izračunati njegovo utežno količino. Hkrati s preizkušano snovjo obsevamo standardne vzorce, ki vsebujejo točno znane količine določenih elementov. S primerjavo aktivnosti analita in standardnih vzorcev pri enakih pogojih je mogoče izračunati vsebnost elementa, ki ga določamo.

Radioaktivacijska metoda ima veliko prednosti pred drugimi metodami analize. Metoda je zelo občutljiva. Njegova glavna pomanjkljivost je, da s to metodo ni mogoče določiti vseh elementov. Radioaktivni element, ki nastane po obsevanju, mora imeti relativno dolgo razpolovno dobo, ki zadostuje za kemijsko ločitev in merjenje aktivnosti izoliranega elementa. Z radioaktivacijsko metodo analize je mogoče v morski vodi določiti sledove različnih elementov; redke zemeljske kovine v rudah; zlato, platina, paladij in iridij v srebru in niklju; nikelj, kobalt, baker, arzen, telur v antimonu itd.

Fotonevtronska metoda temelji na emisiji nevtronov, ko visokoenergijski fotoni (kvanti γ) delujejo na jedra atomov kemijskih elementov. Število nevtronov, ki jih zaznajo nevtronski detektorji, je sorazmerno z vsebnostjo analiziranega elementa. Ta energija fotona mora presegati vezavno energijo nukleonov v jedru, ki je za večino elementov 8 Me. B (samo za berilij in devterij je enako 1,666 Me.V oziroma 2,226 Me.V; pri uporabi izotopa 124 Sb kot vira kvantov γ z Eγ = 1,7 in 2,1 Me.V lahko določimo berilij v ozadju vseh drugih elementov).

Radiometrija uporablja tudi metode, ki temeljijo na absorpciji nevtronov, γ-žarkov, β-delcev in kvantov karakterističnega rentgenskega sevanja iz radioaktivnih izotopov. Pri analizni metodi, ki temelji na odboju elektronov ali pozitronov, se meri jakost odbitega toka. Energija delcev, ki se odbijajo od lahkih elementov, je mnogokrat manjša od energije delcev, ki se odbijajo od težkih elementov, kar omogoča določanje vsebnosti težkih elementov v njihovih zlitinah z lahkimi elementi in v rudah.

Naprava za beleženje radioaktivnega sevanja a) Geiger-Mullerjevi števci b) izgled štetne naprave c) shema štetne naprave: 1 - plinomer, 2 - visokonapetostni usmernik, 3 - ojačevalnik, 4 - preračunska naprava, 5 - elektromehanski števec

Radiometrične metode analize imajo številne prednosti pred kemičnimi metodami. Najprej je treba opozoriti na njihovo visoko občutljivost, ki je bistveno višja od občutljivosti kemijskih, fizikalnih in fizikalno-kemijskih analiznih metod.

Uporaba radioaktivnosti v analizni kemiji je zelo raznolika. Meritve radioaktivnosti se pogosto uporabljajo tudi v raziskovalne namene: za proučevanje mehanizmov kemijskih reakcij, določanje topnosti slabo topnih spojin, proučevanje separacijskih procesov in za reševanje številnih drugih problemov, vključno z določanjem najpomembnejših fizikalno-kemijskih konstant (konstante stabilnosti koordinacije). spojine, konstante ionskih izmenjevalnih procesov itd.) .d.).

Metode radiometrične analize temeljijo na merjenju sevanja, ki ga oddajajo radioaktivni elementi. Za registracijo sevanja se uporabljajo posebne naprave s števci Geiger-Muller (slika 73). Ko sprejemnik radioaktivnega sevanja deluje, v njem nastane električni tok v obliki kratkotrajnih impulzov, ki jih posebna radijska oprema ojača, izenači po vrednosti in pošlje v snemalno števno napravo.

Radiometrične metode analize imajo številne prednosti pred kemičnimi metodami. Najprej je treba opozoriti na njihovo visoko občutljivost, ki je bistveno višja od občutljivosti kemijskih in drugih fizikalnih in fizikalno-kemijskih analiznih metod.

Za občutljivost teh metod so značilni na primer naslednji podatki:

Te analizne metode se uporabljajo za kvantitativno določanje elementov v sledovih različnih elementov v kovinah in nekovinah visoke čistosti.

Opozoriti pa je treba, da je natančnost radiometričnih metod nizka in je (relativna). Kemične metode analize so natančnejše. Kjer pa konvencionalne gravimetrične in volumetrične metode analize povzročajo velike napake, kot na primer pri določanju zanemarljivih primesi, so radiometrične metode nenadomestljive.

Razlikujemo naslednje radiometrične metode:

1. Metoda redčenja izotopov. Metoda redčenja izotopov, kot že ime pove, temelji na redčenju radioaktivno označene spojine z neaktivno komponento mešanice. V ta namen dodajte mešanici, ki jo analizirate, določeno količino spojine, označene z enim od radioizotopov in katere sestava se ujema z določeno komponento.

V tem primeru se bo specifična aktivnost spojine, označene z radioaktivnim izotopom, zmanjšala. Če je del analita izoliran, je mogoče določiti končno specifično aktivnost. Ob poznavanju začetne in končne specifične aktivnosti je enostavno izračunati vsebnost analita.

Prednost te metode analize je, da ni potrebe po kvantitativni izolaciji analita, pod pogojem, da so izotopi popolnoma pomešani. Dovolj je, da ga izoliramo le delno v kemično čisti obliki.

riž. 73. Naprava za beleženje radioaktivnega sevanja: a - Geiger-Mullerjevi števci; b - videz naprave za štetje; c - diagram naprave za štetje; 1 - plinomer; 2 - visokonapetostni usmernik; 3 - ojačevalnik; 4 - pretvorna naprava; 5 - elektromehanski števec.

Če ima določena količina snovi, ki po sestavi ustreza določeni spojini, maso in radioaktivnost A, potem je njena specifična aktivnost 1g enaka:

Pri dodajanju natančne količine takšne snovi določenemu deležu neaktivne spojine, ki jo analiziramo, bo specifična aktivnost mešanice enaka:

Z reševanjem zgornjega sistema enačb dobimo:

ampak od takrat

kjer je prostornina radioaktivne raztopine z znano koncentracijo C je prostornina preskusne raztopine; - koncentracija analizirane raztopine.

Če , ima formula (1) obliko:

Metoda izotopskega redčenja ima prednost pred drugimi radiometričnimi metodami v primerih, ko je popolna izolacija preiskovane snovi iz analizirane zmesi otežena ali nemogoča.

2. Radioaktivacijska analiza. Načelo te metode je pretvorba stabilnih izotopov elementa v radioaktivne, katerih meritev radioaktivnosti služi kot merilo za vsebnost tega elementa v analiziranem predmetu. Da bi to naredili, analizirane vzorce obsevamo na primer v jedrskem reaktorju.

Aktivnost se meri s posebnimi števci.

Razpolovna doba in energija sevanja sta specifični za posamezne radioizotope, kar pomeni, da je z radioaktivacijsko analizo mogoče spremljati čistost nastalih snovi.

Z merjenjem radioaktivnosti in poznavanjem časa obsevanja, intenzivnosti toka obsevajočih delcev in pripadajočih jedrskofizikalnih podatkov elementa, ki ga določamo, je možno izračunati njegovo utežno količino.

Hkrati s preizkušano snovjo obsevamo standardne vzorce, ki vsebujejo točno znane količine določenih elementov. S primerjavo aktivnosti analita in standardnih vzorcev pri enakih pogojih je mogoče izračunati vsebnost elementa, ki ga določamo.

Radioaktivacijska metoda ima veliko prednosti pred drugimi metodami analize. Metoda je zelo občutljiva. Njegova glavna pomanjkljivost je, da s to metodo ni mogoče določiti vseh elementov. Radioaktivni element, ki nastane po obsevanju, mora imeti relativno dolgo razpolovno dobo, ki zadostuje za kemijsko ločitev in merjenje aktivnosti izoliranega elementa.

Z radioaktivacijsko metodo analize je mogoče v morski vodi določiti sledove različnih elementov; redke zemeljske kovine v rudah; zlato, platina, paladij in iridij v srebru in niklju; nikelj, kobalt, baker, arzen, telur v antimonu itd.

Med radiometrične metode analize sodijo še: radiokromatografija, nevtronska absorpciometrija, radiometrična titracija itd.