07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Метод меченых атомов
 04.09.2012

Если к раствору какого-либо нерадиоактивного элемента добавить ничтожно малое количество радиоактивного изотопа того же элемента, то внесенная метка, распределившись в растворе, будет вести себя так же, как и нерадиоактивный элемент. Поэтому по излучению радиоактивной метки можно проследить поведение интересующего нас элемента и определить его не только качественно, но и количественно.
При всяких количественных определениях с помощью внесенного радиоактивного изотопа в качестве метки необходимо определить удельную активность исходного раствора или препарата в начале и в конце опыта.
Удельная активность. Под удельной активностью понимают активность, отнесенную к 1 мл раствора или 1 мг (или 1 г) вещества. Удельную активность измеряют в тех же единицах, как и общую активность, - в единицах кюри, импульсах в 1 мин. (отнесенных к единице), например: мккюри/мл, мккюри/мг, имп/мин/мл, имп/мин/мг. При расчете удельной активности по отношению к веществу последним может быть: вес сухого растения, вес золы растения, вес удобрения и пр.
Особый интерес представляет расчет удельной активности по отношению к тому элементу, с изотопом которого проводится работа. Пусть, например, раствор КН2Р31О4 с небольшой добавкой КН2Р32О4, содержащий в 2 мл 3 мг фосфора, дает 360 имп/мин; тогда удельная активность раствора
по фосфору будет 360 : 3 = 120имп/мин/мг(фосфора). Или пусть раствор Na2C12О3 с небольшой добавкой Na2C14О3, имеющий общую активность 0,1 мккюри, содержит 106 мг соли или 12 мг углерода, удельная активность по углероду будет: 0,1 : 12=0,008 мккюри/мг (углерода)
Радиоактивные изотопы какого-нибудь элемента поступают в лабораторию обычно в ампулах, заполненных раствором соли нерадиоактивного, стабильного изотопа этого элемента с очень небольшой добавкой соли его радиоактивного изотопа. Содержание в ампуле радиоактивного изотопа составляет, таким образом, небольшую долю процента от стабильного, нерадиоактивного. Несмотря на это, активность раствора ампулы бывает обычно так велика, что счетчик не успевает регистрировать возникающие в нем импульсы, он «захлебывается», так как не выходит из мертвого периода. Поэтому для приготовления рабочего раствора берут для метки только небольшую часть раствора изотопа из ампулы и вносят в приготовленный раствор желаемой концентрации стабильного изотопа того же элемента.
Из практики можно рекомендовать другой способ приготовления меченого раствора, а именно: сначала вся ампула переносится в мерную колбу на 100, 200 или 500 мл в зависимости от активности раствора в ампуле, а уже из колбы берется пипеткой необходимое количество раствора для метки. Это предварительное разведение всей ампулы дает возможность более точно брать активный раствор не по каплям, а пипеткой и только один раз иметь дело с ампулой или пенициллиновым флаконом. Активный раствор из мерной колбы переносится в толстостенную склянку для хранения. На склянке указываются: номер контейнера, общая и удельная активность на дату, указанную в паспорте. Следует иметь в виду, что теперь удельная активность будет иная, чем указанная в паспорте.
Например, ампула изотопа фосфора Р32 по паспорту на 10.Х имела: общую активность - 5 мкюри, удельную активность 2 мкюри, объем раствора в ампуле - 2,5 мл, содержание химического фосфора в Р - 7 мг/мл.
После разведения всего раствора ампулы до 500 мл общая активность остается 5 мкюри, удельная активность на 10. X будет 5/500 = 0,01 мкюри, содержание химического фосфора 7 • 2,5/500 = 0,035 мг/мл Р.
В результате такого большого разбавления отношение радиоактивного изотопа к стабильному (нерадиоактивному) в рабочем растворе становится еще меньше. Таким образом, все изучаемые в опыте реакции происходят, можно сказать, исключительно между стабильными изотопами, радиоактивный же изотоп служит лишь своеобразной «меткой» раствора соли стабильного изотопа.
Существуют разные способы метки. Метку раствора, как было указано, производят добавкой к раствору какой-либо соли стабильного изотопа небольшого количества раствора той же соли радиоактивного изотопа. Для метки сухих препаратов, например суперфосфата или калийного удобрения K2SО4 и других, необходимо провести осаждение препарата из меченого раствора этой соли. Для сложных веществ органического происхождения, например крахмала, глюкозы, никотина и других, прибегают к биологической метке. При этом соответствующее растение выращивают на почве, удобренной меченым препаратом; после уборки из него выделяют требуемое для проведения опыта сложное органическое вещество: крахмал, глюкозу и пр.
Подсчет импульсов тока на счетной установке. Вылет ионизирующих частиц при распаде радиоактивного изотопа происходит беспорядочно, хаотично, не через равные промежутки времени. Так же беспорядочно возникают в счетчике импульсы тока, подсчитываемые электромеханическим счетчиком. Поэтому при измерении активности какого-нибудь препарата числа импульсов в единицу времени, отсчитываемые в разные периоды, не будут равны между собой, а будут колебаться, согласно закону больших чисел, в некотором пределе.
Если при измерении активности какого-нибудь препарата сделать подсчет импульсов за 1-ю, 2-ю, 3-ю, ..., 10-ю минуты, то получим ряд чисел, неравных между собой, например: 540, 555, 535, 545, 542...; эти числа группируются около какой-то средней, в нашем примере 543 имп/мин.
Эту среднюю и принимают за экспериментальное выражение активности препарата.
Средняя может быть определена двумя способами: 1) как средняя между n отсчетов числа ИМПУЛЬСОВ В 1 мин.; в указанном примере - среднее из 10 отсчетов: 540+655+535+.../10 = 543; 2) как средняя за одну единицу времени из общего числа импульсов за n единиц времени; например, за 10 мин. было учтено 5430 импульсов; следовательно, средняя равна 5430/10 = 543.
Оба способа определения средней одинаково законны и приводят к одинаковой величине средней арифметической. Второй способ более прост.
Из сказанного следует, что средняя является приближенной величиной и величина эта при повторении определения может несколько отличаться от величины средней, полученной при первом определении. Поэтому существенно установить, с какой точностью было сделано наше определение, т. е. найти ошибку к средней арифметической.
Существует несколько способов определения ошибки: 1) определение средней квадратичной ошибки, 2) определение стандартного отклонения и др. Нахождение средней квадратичной ошибки по способу наименьших квадратов связано с большими вычислениями, и потому не удобно при обработке результатов измерений большого числа образцов. В этом случае целесообразно пользоваться вторым способом, основанным на законе распределения Пуассона.
Стандартное отклонение равно корню квадратному из общего числа набранных импульсов

Метод меченых атомов

где А - активность образца; N - число импульсов.
Если число импульсов сосчитано за время t, то в единицу времени наиболее вероятная активность образца будет равна N: t импульсов, а среднее стандартное отклонение +√N:t.
В нашем примере:
Метод меченых атомов

Для получения большой точности результата надо, чтоб число N было достаточно велико. Для образцов с очень малой активностью это достигается лишь за счет увеличения времени отсчета. Например, если образец за 2 мин. дал 100 импульсов, активность его будет равна:
Метод меченых атомов

Относительная ошибка результата составляет 10%. При подсчете того же образца за время 50 мин. общее число импульсов составит 2500. В этом случае:
Метод меченых атомов

Относительная ошибка результата равна 2%.
Ниже приводится табл. 3, позволяющая определить то количество импульсов, которое следует набрать при подсчете, чтоб получить результаты с заданной точностью.
Метод меченых атомов

Фон и его измерение При включении прибора даже в отсутствие излучающего препарата счетная трубка всегда регистрирует небольшое количество импульсов, получившее название фона. Эти импульсы возбуждаются вследствие различных причин: прохождения через счетную трубку космических лучей, излучения загрязненных радиоактивными веществами предметов, самопроизвольных разрядов в счетчике.
При определении активности препарата следует учитывать наличие фона и всегда вычитать его из числа импульсов, зарегистрированных при подсчете препарата. Фон подсчитывается в условиях, аналогичных условиям измерения активности препарата: та же установка, тот же счетчик импульсов и та же подложка, помещенная на одном расстоянии от окна счетчика. Например, если препарат представляет из себя раствор, который будет подсчитываться в стеклянной чашечке в объеме 2 мл, то при определении фона вместо испытуемого раствора в чашечку следует налить 2 мл воды.
Для каждого счетчика фон постоянен, и колебания его обычно незначительны. Для торцовых счетчиков фон составляет около 15-30 имп/мин в зависимости от толщины окна; для алюминиевых счетчиков при разной длине цилиндров фон равен 30-40 имп/мин и т. п.
Определение фона производят каждый раз перед началом работ и после окончания всех измерений. Резкое увеличение фона счетчика показывает наличие загрязнений внутри свинцовой камеры. В этом случае работу по измерению следует приостановить и устранить причину повышения фона. Среднее значение фона и его ошибку определяют также по способу стандартного отклонения:
Метод меченых атомов

где Aф - среднее значение фона обычно за время, равное 1 мин.;
Nф- общее количество импульсов, подсчитанное в начале и в конце работы за время tф.
Определение активности образца с поправкой на фон. Как было отмечено выше, при измерении активности образцов счетчиком импульсов одновременно пересчетный прибор регистрирует и импульсы фона. Следовательно, истинное значение активности образца в импульсах в единицу времени (обычно в 1 мин.) равно среднему значению активности образца+фон в 1 мин. - минус среднее значение фона (тоже в импульсах в 1 мин.).
Метод меченых атомов

где индекс «об+ф» относится к подсчетам активности образца вместе с фоном, индекс «ф» - к определению фона.
Теперь следует подсчитать ошибку к найденному истинному значению активности образца (без фона), т. е. к Аоб. Очевидно, здесь следует учесть ошибку, полученную при определении активности образца+фон, и ошибку при определении фона.
Согласно теории вероятности, средняя квадратичная ошибка (или среднее стандартное отклонение) равна корню квадратному из суммы квадратов ошибок, полученных при измерении образца+фон и измерении фона.
Метод меченых атомов

(где mоб+ф и Тоф - средние стандартные отклонения при подсчете активности образца с фоном и активности фона), тогда
Метод меченых атомов

В табл. 4 приводится форма записи в рабочей тетради и пример расчета ошибки измерения.
Метод меченых атомов

Как указывалось выше, проскок ионизирующей частицы через счетчик в период его мертвого времени не сопровождается возникновением импульса, а появление ложных импульсов не вызывается проскоком ионизирующей частицы через счетчик. Отсюда, как правило, число отсчитываемых на счетной установке импульсов не совсем точно отражает число частиц, прошедших в счетчик.
К сожалению, в настоящее время нет еще достаточно простых и удобных способов введения необходимых поправок при учете активности. Необходимо поэтому при работе на счетчике принять меры, чтобы эти поправки составляли минимальную, не существенную для работы величину. Возникновение ложных импульсов следует предупреждать соответствующим подбором счетчиков, бракуя те, в которых они возникают. Особый характер ложных импульсов, описанный выше, позволяет проводить такую браковку. Поправки на мертвое время счетчика тоже можно избежать, если в работе применять препараты не очень высокой активности. С небольшой погрешностью можно принять, что при активности препарата, не превышающей 8-10 имп/сек, эти поправки составят вели чину во всяком случае меньшую, чем величина вероятной ошибки, о которой говорилось выше. Таким образом, при проведении работы на счетчиках высокого качества, а также при использовании в опытах препаратов с активностью 8-10 имп/сек (до 600 имп/мин) получаемые данные по подсчету импульсов будут с достаточной точностью определять действительное ионизирующее излучение.