<<
>>

4.8. Радиохимический анализ состава почв

При исследовании различных объектов (образцов горных пород, воды, почв и т.д.) часто необходима идентификация радиоактивных изотопов и определение изотопного состава образца. Для решения таких задач достаточно иметь информацию о частотах и мощностях испускаемых изотопами излучений.

Эти данные называют энергетическими спектрами радиоактивных изотопов. С помощью различных детекторов, описанных в разделе 3.3.3, можно проводить спектроскопию α-, β- и γ- излучений [2].

Спектроскопия α- излучений осуществляется методами авторадиографии. В этих методах излучения воздействуют на фотографическую эмульсию, вызывая ее почернение при проявлении. При этом скрытое фотографическое изображение преобразуется в видимое. Эффективность действия различных частиц на фотоэмульсию возрастает в следующем порядке: электроны, протоны, α- частицы. Причем чувствительность метода к α- частицам превосходит чувствительность к β- частицам в 104 раз. Поэтому при работе с α- излучателями используют малочувствительную фотографическую пленку.

Помимо активности источника на степень почернения фотоэмульсии влияет энергия излучения, время контакта радиоактивного материала с фотоэмульсией, способ ее проявления и т.д. Хорошие изображения дают изотопы с мягким β- излучением, например 3Н, 14С, 35S, 45Ca. С увеличением энергии β- частиц изображение становится более расплывчатым. Хорошие результаты дает авторадиография радиоактивных изотопов, испускающих мягкие рентгеновские лучи, таких, как 55Fe. Особенно ценен метод при работе с неоднородными образцами, так как позволяет получать данные там, где невозможно провести измерения с помощью других методов.

Наиболее широко используется γ- спектроскопия. Это объясняется высокой проникающей способностью γ- излучений. К тому же α- и β- излучения часто сопровождаются испусканием γ- квантов.

Поэтому нужную информацию об изотопе почти всегда можно получить из γ- спектроскопических исследований [17].

Аппаратура для проведения анализа состава веществ методами гамма- спектроскопии схематично изображена на рис. 57. Ионизирующее гамма- излучение исследуемого объекта воздействует на ионизационный детектор Б. В гамма- спектроскопии также применяют полупроводниковые либо сцинтилляционные детекторы. Регистрируемые детектором импульсы от γ- квантов различных частот (энергий) имеют амплитуду пропорциональную частоте кванта. Эти импульсы поступают на схему селекции импульсов по амплитуде, которая сортирует их по амплитудам и направляет в соответствующие каналы. В каждый канал попадают импульсы с амплитудой от Ui до Ui + ΔU В, соответствующие γ- квантам с энергией от Еi до Еi + ΔЕ. Число импульсов в каждом канале подсчитывается схемой счетчика. Подсчитанные за фиксированный интервал времени импульсы используются для построения графика зависимости мощности излучения (пропорциональной числу подсчитанных счетчиком импульсов) от его частоты. На рис. 57 для построения графика использована комбинация мультиплексора, который последовательно коммутирует напряжения, пропорциональные кодам счетчиков, в один канал, с самопишущим прибором (Индикатор). Промышленно выпускаются амплитудные анализаторы различных типов (АИ-128, АИ-256, АИ-1024, АИ-4096), где цифры в марке спектрометра указывают на количество каналов.

Перед снятием спектра каналы анализатора градуируют по комплекту эталонных препаратов и строят градуировочный график. При идентификации радиоактивных изотопов по результатам измерения используют график зависимости числа импульсов от номера канала. Этот график имеет ряд пиков. По градуировочному графику определяют соответствующую номеру канала энергию γ- квантов для каждого пика. Используя таблицы изотопов, идентифицируют соответствующие пикам радиоактивные изотопы. Количество определяемого вещества пропорционально площади соответствующего ему пика.

Метод γ- спектроскопии является одним из наиболее экспрессных и эффективных методов радиометрического анализа состава загрязненных почв и сельскохозяйственной продукции. Однако при малых концентрациях радиоактивных веществ его использование ограничено. В этом случае широко используют методы радиохимического анализа природных объектов. Их отличие от радиометрических методов заключается в том, что перед измерением радиоактивности проводится выделение, концентрирование, разделение изотопов и другие химические реакции.

Радиохимическому анализу почв уделяется все большее внимание, так как искусственные радионуклиды не могут появиться в окружающей среде без участия человека. Их наличие в почве всегда указывает на производственное загрязнение. Особое место занимают 239Pu и долгоживущие продукты деления урана 90Sr и 137Cs, которые включаются в биологические круговороты веществ и попадают в организм человека с продуктами питания.

Главная задача при определении содержания радионуклидов в почве заключается в полном извлечении их из больших количеств отобранной пробы. Методы извлечения отдельных радионуклидов из почв различны. Так, 239Pu является α- излучателем и его радиоактивность следует определять на практически чистых пробах, так как α- излучение легко поглощается. Поэтому металлический плутоний выделяют из растворов электрохимическими методами на дисках из нержавеющей стали, Pt или Ta. Затем измеряют интенсивность α- излучения осадка, которая пропорциональна количеству выделенного 239Pu.

Определение 90Sr ( β- излучатель) в почве основано на экстракции почвы раствором HCl [2]. При этом около 99% радионуклида переходит в раствор. Методики дальнейшего анализа разнообразны. Можно выделять 90Sr осаждением его в виде карбоната, сульфата или фосфата. Можно выпарить избыток HCl и пропустить раствор через колонку с ионообменными смолами, которые удерживают ионы Sr2+. При этом 90Sr очищается от посторонних примесей.

При определении содержания в почве 137Cs (γ- излучатель) широко используют метод γ- спектроскопии [2].

Для извлечения 137Cs сухую почву растирают и просеивают через сито. Оставшуюся в сите растительную часть пробы озоляют при 400-500оС. Почву и золу соединяют. К объединенной пробе добавляют 12М раствор HCl и тщательно перемешивают в течение 30 мин. Затем экстракт радионуклидов в HCl отфильтровывают и для повышения концентрации 137Cs (обогащения) раствор выпаривают.

Особое место в радиохимическом анализе веществ занимает активационный анализ. Это метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на образовании радионуклидов в результате протекания ядерных реакций.

При активационном анализе образцы исследуемого вещества подвергаются облучению либо заряженными частицами, либо нейтронами, либо γ- квантами. В результате стабильные изотопы превращаются в радиоактивные. В зависимости от типа облучения различают нейтронный, протонный и фотоактивационный анализ.

Выполнение качественного активационного анализа основано на идентификации полученных нуклидов по их периодам полураспада, по типу и энергии излучения или по возможным ядерным реакциям.

При количественном активационном анализе измеряют активности полученных изотопов. Активность полученных изотопов зависит от их концентрации в образце. Также она зависит от энергии бомбардирующих частиц, периодов полураспада полученных радиоактивных изотопов, от продолжительности облучения и времени, прошедшего с момента окончания облучения.

Для определения составов веществ с помощью активационного анализа применяют различные радиометрические и радиохимические методы.

<< | >>
Источник: М.Э. Гусельников, Ю.В. Бородин. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Учебное пособие. 2008

Еще по теме 4.8. Радиохимический анализ состава почв:

  1. § 5. Злоупотребление доверием (Untreue) и подобные (untreueahnliche) составы деяния
  2. 1.2 Анализ условий и факторов, способствующих формированию йодного дефицита и пути устранения его
  3. Беспозвоночные как показатели порозности. плотности и механического состава почв
  4. Отбор проб почв и пробоподготовка
  5. О БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЦИКЛАХ ИЗОТОПОВ СЕРЫ В ПОЧВАХ В. В. Буйлов, И. В. Буйлова
  6. Оценка изменений состава поглощаюшего комплекса черноземов по материалам экспедиции «Русский Чернозем»
  7. 2.2.3. Загрязнители почв и их нормирование
  8. 4.1. Классификация методов анализа состава веществ
  9. 4.2. Спектральные методы анализа состава газов
  10. 4.2.3. Люминесценция и анализ состава газов
  11. 4.3. Тепловые методы анализа состава газовых смесей
  12. 4.5. Электрохимические методы анализа состава жидкостей
  13. 4.6.2. Химические методы анализа состава жидкостей
  14. 4.7. Методы анализа состава почв