Активационный и рентгенофлуоресцентный анализ

07.02.2013

Активационный анализ применяют для определения элементного состава любых материалов, в том числе природных сельскохозяйственных объектов (продукция растениеводства и животноводства, почвы, растения, воды и др.). Для АПК в настоящее время такая информация необходима в связи с напряженной экологической ситуацией во многих аграрных регионах и большой вероятностью загрязнения производимой там продукции тяжелыми металлами и другими элементами-ксенобиотиками.
Метод основан на облучении анализируемого вещества потоком заряженных частиц, в результате чего стабильные изотопы образца превращаются в радиоактивные, излучения которых (наведенная радиация) детектируются и идентифицируются. Наиболее часто используют нейтронно-активационный анализ (НАА), при котором анализируемый образец подвергают облучению потоком нейтронов. Таким образом, анализ включает два этапе: облучение пробы и анализ излучений образующихся радионуклидов. Например, облучение стабильных изотопов кобальта, содержащихся в образце, потоком нейтронов

Активационный и рентгенофлуоресцентный анализ

Образующийся радионуклид 60Со характеризуется β- и у-излучениями. По последней компоненте (энергии у-излучения 1,17 и 1,33 МэВ) и его активности, используя у-спектрометр и эталон, нетрудно идентифицировать химический элемент и определить его количество.
Следовательно, для реализации метода необходимы источник излучения и система анализа радиоизотопов в образце. Применение детекторов у-излучения с высокой разрешающей способностью позволяет определять одновременно многие элементы. В числе определяемых элементов - как важнейшие для растений, животных и человека микроэлементы (Со, Zn, Mn, Mo, Сu, Se), так и опаснейшие поллютанты (Рb, Hg, Cd, As). Впервые этот метод был применен венгерскими химиками Г. Хевеши и Г. Леви (1936); в сельском хозяйстве - Дж. А. Кэмпбеллом и В. М. Бьюиком.
Несомненными преимуществами активационного анализа являются высокая разрешающая способность (предел обнаружения, в зависимости от определяемого элемента - 10в-6 - 10в-14 г; для 50 элементов - менее 10в-19), небольшое количество анализируемою материала (анализ отдельных элементов возможен при количестве пробы 10в-10 - 10в-11 г, хотя это иногда и является не преимуществом, а недостатком), высокая производительность (возможность проведения тысяч анализов за смену), определение одновременно нескольких элементов и отсутствие подготовки пробы (озоление образца с последующим растворением в подходящем растворителе; во время этой процедуры возможно его загрязнение, что приводит к искажению результатов), отсутствие расхода вещества пробы и изменения ее химического состав.
Недостатками активационного анализа являются его специфичность (не все химические элементы достаточно активируются, так как различия эффективных сечений отдельных элементов в ядерных реакциях с нейтронами достигают сотен тысяч раз и более), относительно малая доступность источников активирующих частиц (ядерных реакторов, генераторов нейтронов и др.) и необходимость надежной защиты персонала.
По принципу и задачам к активационному анализу близок рентгенофлуоресцентный метод анализа (РФА) элементного состава. РФА основан на облучении анализируемой пробы рентгеновским излучением, которое возбуждает электроны па различных электронных уровнях атомов и регистрации энергий характеристического рентгеновского (флуоресцентного) излучения, испускаемого при возвращении электронов на свои орбиты. Прибор для РФА состоит из рентгеновской трубки, кристалла-анализатора или дифракционной решетки, предназначенных для разложения вторичного рентгеновского излучения в спектр и детектора. Качественный РФА основан на линейной зависимости квадратного корня частоты характеристического рентгеновского излучения от атомного номера элемента (закон Г. Мозли); количественный - на связи между интенсивностью этого излучения и числом излучающих атомов.
Преимуществами рентгенофлуоресцентного метода являются отсутствие полной подготовки образца, возможность полиэлементного анализа и высокая производительность метода. К недостаткам следует отнести необходимость тщательной гомогенизации (размола) пробы, проблематичное определение легких элементов (легче магния), небольшую чувствительность (пределы обнаружения - 10В-3 - 10В-4%).
В настоящее время в некоторых приборах-аналогах приборов для реализации РФА в качестве источника излучения используют не рентгеновскую трубку, а у-активный радионуклид, например 60Со.
1. Применение ионизирующих излучений в АПК многогранно. Условно в этом отношении можно выделить четыре направления: использование воздействия ионизирующих излучений на живые организмы (радиобиология), использование химического действия радиации, Автоматизация производственных процессов и использование в оценке свойств природных объектов.
2. В зависимости от целей и задач в сельском хозяйстве используют разные виды ионизирующих излучений: α-, β-, у-, рентгеновское и нейтронное излучение.
3. Биологическое действие излучений зависит, прежде всего, от вида и дозы излучения. Малые дозы вызывают радиационное стимулирование, средние - радиационное ингибирование, высокие - гибель организмов.
4. ВАПК используются все виды воздействий: радиационное стимулирование - для повышения урожаев культурных растений и привеса животных; радиационное ингибирование - для предотвращения прорастания клубне- и корнеплодов, лука и чеснока при хранении, в борьбе с насекомыми-вредителями, для улучшения качества посадочного материала, для определения качества семян, для создания новых форм культурных растении и животных, для увеличения срока хранения скоропортящейся продукции растениеводства; высокие дозы - для уничтожения патогенной микрофлоры (стерилизации) продуктов питания.
5. Перспективные направления использования излучений в АПК - получение кормов из отходов, содержащих целлюлозу, и улучшение сырья и технологий для получения продуктов питания.
6. Гарантия безопасности работников АПК при реализации радиационных технологий и населения при потреблении продукции таких технологий является одним из главных условий использования излучений в АПК.
7. Устройства с использованием ионизирующих излучений широко применяются в сельском хозяйстве. Среди них измеряющие, контролирующие и регулирующие приборы.
8. Методы определения плотности и влажности почв с использованием излучений выгодно отличаются от традиционных методов простотой, быстротой, надежностью и возможностью осуществления мониторинга. Для этой цели применяют приборы, измеряющие прямое и рассеянное у-излучение, и нейтронные влагомеры.
9. Ионизирующие излучения с успехом используют в приборах для определения элементного состава природных объектов. Принцип работы таких приборов активационный (в частности, нейтронно-активационный) и рентгенофлуоресцентный анализ.