Радиоактивность и химический анализ

Радиоактивность и химический анализ

Чувствительность весового анализа невели­ка — всего около 0,01%. Что это значит? Если в 1 г меди определили 0,01 % примеси железа, это значит, что в данном образце меди содер­жится 10¹⁸ атомов железа. Такое громадное число даже и назвать трудно. Иначе говоря, в кусочке меди приблизительно на 10 000 ее атомов приходится один атом железа. А как при таких подсчетах выглядят другие методы анализа? Чувствительность определения железа спектрофотометрическим методом можно до­вести до 1•10^-6%. Если такое количество мы сможем определить в 1 г меди, то это будет озна­чать, что в нем содержится лишь 10¹⁴ атомов железа и один его атом приходится на 100 000 000 атомов меди.

Есть ли еще более чувствительные методы анализа, которые определяли бы даже отдель­ные атомы? Оказывается, такие методы сущест­вуют и основаны они на явлении радиоактив­ного распада.

Изотопы всех элементов, расположенных в периодической системе за висмутом, подвер­жены радиоактивному распаду. Одна из наибо­лее важных характеристик этих изотопов — их период полураспада, т. е. время, за которое количество данного элемента уменьша­ется вдвое (см. ст. «Великий закон»). Зная эту ха­рактеристику, можно точно идентифицировать, т. е. опознать, любой радиоактивный изотоп и установить, какому элементу он принадлежит.

Вскоре после открытия явления радиоак­тивности выяснилось, что альфа-частицы, ис­пускаемые некоторыми радиоактивными эле­ментами, имеют постоянную величину так на­зываемого свободного пробега в воздухе. Если мы имеем, например, торий, уран и радий, то альфа-частицы первого пролетают в воздухе самое маленькое расстояние, а альфа-частицы последнего — самое большое. Причем путь их можно наблюдать в специальном приборе — камере Вильсона. Таким образом, помещая изу­чаемое вещество в камеру Вильсона и наблю­дая следы, оставленные альфа-частицами, мож­но не только качественно, но и количественно подсчитать распавшиеся единичные атомы.

Методы анализа, основанные на том или ином способе измерения радиоактивности, полу­чили название радиометрических. И хотя их чувствительность необычайно высока, все же использовать многие из них для целей аналити­ческого определения химических элементов час­то очень трудно. Во-первых, работа с камерой Вильсона очень трудоемка. А во-вторых (и это главное), ведь не все элементы радиоактивны, и тем более альфа-излучатели. Если же элемент и радиоактивен, но является бета- или гамма-излучателем, его идентифицирование в камере Вильсона крайне затруднено.

Но все же химики-аналитики нашли способ «приручить» радиоактивность для своих нужд. Они разработали метод активационного анализа. Почти все химические эле-менты имеют природные изотопы. Причем большинство из них не являются радиоактив­ными — это стабильные изотопы. Если в яд­ро какого-либо стабильного изотопа ввести всего лишь один нейтрон, большинство образо­вавшихся новых ядер становится радиоактив­ными, т. е. они будут самопроизвольно распа­даться с испусканием альфа-, бета- или гамма-лучей. Именно на регистрации такого ядерного излучения и основан активационный анализ. Методика проведения активационного анали­за относительно проста: подготовленный обра­зец помещают на определенное время в ядерный реактор, а затем измеряют его активность. Оп­ределяя затем характер излучения и его интен­сивность, можно установить природу и коли­чество содержащейся в исследуемом образце примеси. Чувствительность активационного анализа необычайно высока. Он позволяет об­наружить поистине непредставимо малые коли­чества вещества. Так, например, с его помощью можно обнаружить около 1•10^-10 % мышьяка или, например, около 1•10^-13% элемента индия. В чистой платине, облученной в ядерном котле, удается обнаружить 1•10^-9% иридия. Чтобы более ясно представить себе эти цифры, отме­тим, что количество индия 1•10^-13% соответ­ствует одному атому примеси индия на миллион миллиардов (1 000 000 000 000 000) атомов ос­новного вещества, в котором этот индий нахо­дится.