Радиометрический анализ. Радиометрические методы Радиометрические методы анализа теоретические основы
Эти методы основаны на различии в интенсивности излучения, поглощения или отражения рентгеновского и радиоактивного излучений компонентами анализируемого вещества. Определение состава и концентрации производится по спектрам собственного излучения вещества, по поглощению радиоактивного излучения, по спектрам вторичного излучения, возникающего при взаимодействии нейтронов, г - и в -излучений с веществом. Радиоактивные методы широко применяются для экспертного анализа многокомпонентных сред, для анализа бинарных жидкостей, для определения концентраций тяжелых элементов в растворах, а также для измерения влажности продуктов, грунтов, торфов, строительных материалов, для измерения примесей в сверхчистых веществах.
В настоящее время существуют следующие методы регистрации ионизирующих излучений: ионизационный; сцинтиляционный; люминесцентный; фотографический; химический.
Ионизационный метод
Ионизационный метод основан на измерении ионизации в газе, заполняющем регистрационный прибор. Ионизация газа вызывается электронами, освобождающимися под действием фотонного излучения.
В ионизационной бесстеночной камере объемом V образуется q пар ионов на единицу объема, и если они все достигнут измерительных электродов, на которые подана разность потенциалов, то возникает ток насыщения (i):
где е - заряд иона.
Мощность экспозиционной дозы измеряют с помощью ионизационной камеры, ионизационный объем которой окружен твердой стенкой.
Соотношение между мощностью экспозиционной дозы и током насыщения в камере высчитывают следующим образом:
где р - мощность экспозиционной дозы, сГр/с;
а - коэффициент, определяемый по заряду, образующемуся в 1 см 3 камеры при р=1сГр/с;
и - массовый коэффициент поглощения фотонов в воздухе и стенках камеры; - средняя энергия ионообразования, необходимая для образования пары ионов в воздухе (=33,85эВ).
Чувствительность ионизационной камеры по мощности экспозиционной дозы определяют соотношением i/р.
Существенным недостатком ионизационных камер является их низкая чувствительность. Для повышения чувствительности камеры увеличивают ее объем, подбирают специальные материалы стенок и т.д. наиболее чувствительным детектором в дозиметрии фотонового излучения является газоразрядный счетчик. Число разрядов в счетчике N а за единицу времени и на единицу площади его поверхности составляет.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. Г.Р. ДЕРЖАВИНА
Институт естествознания
Кафедра неорганической и физической химии
Косьяненко Игорь Сергеевич
Радиометрические методы анализа
(Курсовая работа по физической химии)
Научный руководитель:
старший преподаватель,
к.х.н. Дьячкова Т.П.
Тамбов 2005
Введение …………………………………………………………………...…..……3
1. Теоретические основы радиометрических методов ………………...……...5
1.1. Типы радиоактивного распада и радиоактивного излучения………...……..5
1.2. Закон радиоактивного распада…………………………………………..……6
1.3. Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом и счетчики излучения……………………………………………………………………………...….7
1.4. Классификация источников радиоактивного излучения и радиоактивных изотопов…………………………………………………………………...……..….9
2. Методы определения содержания химических элементов по излучению их естественных радиоактивных изотопов ...………………………………….11
3. Метод изотопного разбавления …………………………………...……….....13
4. Радиоактивационный анализ …………………………………...……………16
5. Радиометрическое титрование ………………………………...……………..19
6. Фотонейтронный метод ………………………………………...……………..21
7. Практическое применение метода осаждения ……………...……………...22
Заключение ………………………………………………………...……………...27
Литература ………………………………………………………...………………28
Введение
Методы анализа, основанные на радиоактивности, возникли в эпоху развития ядерной физики, радиохимии, атомной техники и с успехом применяются в настоящее время при проведении разнообразных анализов, в том числе в промышленности и геологической службе.
Основными достоинствами аналитических методов, основанных на измерении радиоактивного излучения, являются низкий порог обнаружения анализируемого элемента и широкая универсальность. Радиоактивационный анализ имеет абсолютно низший порог обнаружения среди всех других аналитических методов (10 -15 г). Достоинством некоторых радиометрических методик является анализ без разрушения образца, а методов, основанных на измерении естественной радиоактивности, – быстрота анализа. Ценная особенность радиометрического метода изотопного разведения заключена в возможности анализа смеси близких по химико-аналитическим свойствам элементов, таких, как цирконий – гафний, ниобий – тантал и др.
Дополнительные осложнения в работе с радиоактивными препаратами обусловлены токсичными свойствами радиоактивного излучения, которые не вызывают немедленной реакции организма и тем самым осложняют своевременное применение необходимых мер. Это усиливает необходимость строгого соблюдения техники безопасности при работе с радиоактивными препаратами. В необходимых случаях работа с радиоактивными веществами происходит с помощью так называемых манипуляторов в специальных камерах, а сам аналитик остается в другом помещении, надежно защищенном от действия радиоактивного излучения.
Радиоактивные изотопы применяются в следующих методах анализа:
метод осаждения в присутствии радиоактивного элемента;
метод изотопного разбавления;
радиометрическое титрование;
активационный анализ;
определения, основанные на измерении радиоактивности изотопов, встречающихся в природе.
В лабораторной практике радиометрическое титрование применяют сравнительно редко. Применение активационного анализа связано с использованием мощных источников тепловых нейтронов, и поэтому этот метод имеет пока ограниченное распространение.
Радиометрический анализ, метод анализа химического состава веществ, основанный на использовании радиоактивных изотопов и ядерных излучений. В Р. а . для качественного и количественного определения состава веществ используют радиометрические приборы. Различают несколько способов Р. а . Прямое радиометрическое определение основано на осаждении определяемого иона в виде нерастворимого осадка избытком реагента известной концентрации, содержащего радиоактивный изотоп с известной удельной активностью. После осаждения устанавливают радиоактивность осадка или избытка реагента.
Радиометрическое титрование основано на том, что определяемый в растворе ион образует с реагентом малорастворимое или легкоэкстрагируемое соединение. Индикатором при титровании служит изменение, по мере введения реагента, радиоактивности раствора (в 1-м случае) и раствора или экстракта (во 2-м случае). Точка эквивалентности определяется по излому кривой титрования, выражающей зависимость между объёмом введённого реагента и радиоактивностью титруемого раствора (или осадка). Радиоактивный изотоп может быть введён в реагент или определяемое вещество, а также в реагент и определяемое вещество.
Метод изотопного разбавления основан на тождественности химических реакций изотопов данного элемента. Для его осуществления к анализируемой смеси добавляют некоторое количество определяемого вещества m0, содержащего в своём составе радиоактивный изотоп с известной радиоактивностью I0. Затем выделяют любым доступным способом (например, осаждением, экстракцией, электролизом) часть определяемого вещества в чистом состоянии и измеряют массу m1 и I1 радиоактивность выделенной порции вещества. Общее содержание искомого элемента в анализируемом объекте находят из равенства отношений радиоактивности выделенной пробы к радиоактивности введённого вещества и массы выделенного вещества к сумме масс введённого вещества и находящегося в анализируемой смеси: , откуда.
При активационном анализе исследуемое вещество облучают (активируют) ядерными частицами или жёсткими g-лучами, а затем определяют активность образующихся радиоактивных изотопов, которая пропорциональна числу атомов определяемого элемента, содержанию активируемого изотопа, интенсивности потока ядерных частиц или фотонов и сечению ядерной реакции образования радиоактивного изотопа.
Фотонейтронный метод основан на испускании нейтронов при действии фотонов высокой энергии (g-квантов) на ядра атомов химических элементов. Количество нейтронов, определяемое нейтронными детекторами, пропорционально содержанию анализируемого элемента. Эта энергия фотонов должна превышать энергию связи нуклонов в ядре, которая для большинства элементов составляет ~ 8 Мэв (лишь для бериллия и дейтерия она равна соответственно 1,666 Мэв и 2,226 Мэв; при использовании в качестве источника g-квантов изотопа 124Sb, с Eg = 1,7 и 2,1 Мэв, можно определять бериллий на фоне всех др. элементов).
В Р. а . применяются также методы, основанные на поглощении нейтронов, g-лучей, b-частиц и квантов характеристического рентгеновского излучения радиоактивных изотопов. В методе анализа, основанном на отражении электронов или позитронов, измеряется интенсивность отражённого потока. Энергия частиц, отражённых от лёгких элементов, во много раз меньше энергии частиц, отражённых от тяжёлых элементов, что позволяет определять содержание тяжёлых элементов в их сплавах с лёгкими элементами и в рудах.
25. ОСОБЕННОСТИ РАДИОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА .
Радиохимический анализ - раздел аналитической химии, совокупность методов определения качественного состава и количественного содержания радиоактивных изотопов в продуктах ядерных превращений. Радиоактивные изотопы могут при этом возникать за счёт ядерных реакций как в природных объектах, так и в специально облученных материалах. В отличие от радиометрического анализа, имеющего целью определение содержания радиоактивных элементов только с помощью физических приборов, целью Р. а. является нахождение содержания радиоактивных изотопов в исследуемых объектах с применением химических методов отделения и очистки.
Идентификация радиоактивных изотопов и количественное их определение осуществляются путём измерения γ- или α-активности облученных мишеней или веществ природного происхождения на γ- и α-спектрометрах. Радиометрическая аппаратура позволяет анализировать сложные по составу смеси радиоактивных изотопов без разрушения исходного вещества. При анализе объектов, содержащих большое число радиоактивных изотопов, или объектов, в которых относительные концентрации различных радиоактивных изотопов варьируют в широком диапазоне, а также в тех случаях, когда распад исследуемого радиоактивного изотопа сопровождается испусканием только β-частиц или рентгеновским излучением, исходное вещество растворяют в воде или кислоте. К раствору добавляют изотопные или неизотопные носители и проводят различные химические операции разделения смеси на исследуемые элементы и последующей их очистки (с этой целью наиболее часто используют методы осаждения, экстракции, хроматографии, электролиза, дистилляции и др.). Затем с помощью радиометрических счётчиков и спектрометров ядерных частиц идентифицируют и определяют абсолютные активности радиоактивных изотопов, выделенных в радиохимически и химически чистом состояниях. Поражающее действие радиоактивных излучений требует соблюдения особой техники безопасности.
Современный Р. а. получил широкое практическое применение при решении многих аналитических вопросов, возникающих при производстве ядерного топлива, при открытии и изучении свойств новых радиоактивных элементов и изотопов в активационном анализе, в исследовании продуктов различных ядерных реакций. Р. а. используется для обнаружения на поверхности Земли радиоактивных продуктов ядерных взрывов, для изучения индуцированной космическим излучением радиоактивности метеоритов и поверхностных слоев Луны и в ряде др. случаев.
26. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ, метод исследования и анализа в-в, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения. Спектрофотометрический метод анализа основан на спектрально-избирательном поглощении монохроматического потока световой энергии при прохождении его через исследуемый раствор. Метод позволяет определять концентрации отдельных компонентов смесей окрашенных веществ, имеющих максимум поглощения при различных длинах волн, он более чувствителен и точен, чем фотоэлектроколориметрический метод. Известно, что фотоколориметрический метод анализа применим только для анализа окрашенных растворов, бесцветные растворы в видимой области спектра обладают незначительным коэффициентом поглощения. Однако многие бесцветные и слабо окрашенные соединения (особенно органические) обладают Характерными полосами поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, что используют для их количественного определения. Спектрофотометрический метод анализа применим для измерения светопоглощения в различных областях видимого спектра, в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, что значительно расширяет аналитические возможности метода.
27. ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ - группа методов объемного анализа, в которых конечная точка титрования определяется по изменению оптической плотности раствора в ходе хим. р-ии м/д титрантом и титруемым в-вом. Спектрофотометрическое титрование позволяет быстро, точно и просто выполнять анализ. Относит. ошиб. опред. -<0,1 %. Можно титровать с достаточной точностью разбавленные растворы (10−5 моль). При фотометрии используют все многообразие аналитических реакций: кислотно-основные, осаждения, комплексообразования и пр.
Различают 2 варианта фотометрического титрования: титрование без индикатора и с одноцветным индикатором, титрование с 2-хцветным индикатором. Если хотя бы один из компонентов реакции окрашен, то титрование в видимой части спектра можно проводить без индикатора. В этом случае кривые титрования прямолинейны и за конечную точку принимается точка излома. Если ни один компонент реакции не окрашен, то применяют цветной индикатор, изменяющий окраску вблизи точки эквивалентности. При этом кривые титрования нелинейны, и за конечную точку принимают точку перегиба. Фототурбидиметрическое титрование. Этот метод применяют тогда, когда определяемое вещество образует взвесь с титрантом.
Прибавление каждой новой порции титранта (осадителя) ведет к образованию некоторого количества осадка. При этом мутность раствора увеличивается, что ведет к увеличению поглощения света раствором до достижения точки эквивалентности. При дальнейшем прибавлении титранта образование взвеси прекращается, мутность уменьшается вследствие разбавления, и поглощение света раствором соответственно уменьшается. Максимальная мутность и максимальное поглощение световых лучей соответствуют точке эквивалентности.
28. ФЛУОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД анализа основан на возбуждении электронных спектров испускания молекул определяемого вещества при внешнем УФ-облучении и измерении интенсивности их фотолюминесценции. Для возникновения явления люминесценции молекулы вещества необходимо перевести из основного состояния в возбужденное с длительностью его существования, достаточной для осуществления излучательного электронного перехода из возбужденного состояния в основное. Это возможно для молекул с относительно устойчивым возбужденным состоянием. Флуориметрический метод определения микропримесей состоит из подготовки анализируемого вещества к анализу и оценки интенсивности его излучения. Высокая чувствительность метода требует применения реактивов с квалификацией особой чистоты или химически чистый. Во многих случаях реактивы подвергаются дополнительной очистке методами перекристаллизации, перегонки, экстракции, хроматографии. Чувствительность отдельных флуориметрических методов (например с морином) соизмерима с чувствительностью спектральных методов и значительно выше спектрофотометрических. Флуориметрические методы в большинстве случаев характеризуются более высокой избирательностью, чем спектрофотометриче-ские. Применяется для очистки вод, нефти и тд.
29. ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (ИКС) - раздел спектроскопии, охватывающий длинноволновую область спектра (>730 нм за красной границей видимого света). Инфракрасные спектры возникают в результате колебательного (отчасти вращательного) движения молекул, а именно - в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния молекул. ИК излучение поглощают многие газы, за исключением таких как О2, N2, H2, Cl2 и одноатомных газов. Поглощение происходит на длине волны, характерной для каждого определенного газа, для СО, например, таковой является длина волны 4,7 мкм.
По инфракрасным спектрам поглощения можно установить строение молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно короткими молекулами: антибиотиков, ферментов, алкалоидов, полимеров, комплексных соединений и др. Колебательные спектры молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно длинными молекулами (белки, жиры, углеводы, ДНК, РНК и др.) находятся в терагерцовом диапазоне, поэтому строение этих молекул можно установить с помощью радиочастотных спектрометров терагерцового диапазона. По числу и положению пиков в ИК спектрах поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ), а по интенсивности полос поглощения - о количестве вещества (количественный анализ). Основные приборы - различного типа инфракрасные спектрометры. С помощью ИК спектроскопии быстро и надёжно идентифицируются разнообразные функциональные группы: карбонильная, гидроксильная, карбоксильная, амидная, амино, циано и др.; а также различные непредельные фрагменты: двойные и тройные углерод-углеродные связи, ароматические или гетероароматические системы. Методами ИК-спектроскопии изучают внутри- и межмолекулярные взаимодействия, например, образование водородных связей. В химии древесины и химии природных соединений с помощью ИК-спектроскопии исследуют структуры углеводов, лигнинов, аминокислот, терпенов, стероидов и многих других веществ. ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (ИК спектроскопия), раздел мол. оптич. спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагн. излучения в ИК области, т.е. в диапазоне длин волн от 10-6 до 10-3 м. В координатах интенсивность поглощенного излучения - длина волны (или волновое число) ИК спектр представляет собой сложную кривую с большим числом максимумов и минимумов. Полосы поглощения появляются в результате переходов между колебат. уровнями осн. электронного состояния изучаемой системы (см. Колебательные спектры). Спектральные характеристики (положения максимумов полос, их полуширина, интенсивность) индивидуальной молекулы зависят от масс составляющих ее атомов, геом. строения, особенностей межатомных сил, распределения заряда и др. Поэтому ИК спектры отличаются большой индивидуальностью, что и определяет их ценность при идентификации и изучении строения соединений. Для регистрации спектров используют классич. спектрофотометры и фурье-спектрометры. Осн. части классич. спектрофотометра - источник непрерывного теплового излучения, монохроматор, неселективный приемник излучения. Кювета с в-вом (в любом агрегатном состоянии) помещается перед входной (иногда за выходной) щелью. В качестве диспергирующего устройства монохроматора применяют призмы из разл. материалов (LiF, NaCl, KCl, CsF и др.) и дифракц. решетки. Последовательное выведение излучения разл. длин волн на выходную щель и приемник излучения (сканирование) осуществляется поворотом призмы или решетки. Источники излучения - накаливаемые электрич. током стержни из разл. материалов. Приемники: чувствительные термопары, металлич. и полупроводниковые термосопротивления (болометры) и газовые термопреобразователи, нагрев стенки сосуда к-рых приводит к нагреву газа и изменению его давления, к-рое фиксируется. Выходной сигнал имеет вид обычной спектральной кривой. Достоинства приборов классич. схемы: простота конструкции, относит. дешевизна. Недостатки: невозможность регистрации слабых сигналов из-за малого отношения сигнал: шум, что сильно затрудняет работу в далекой ИК области; сравнительно невысокая разрешающая способность (до 0,1 см-1), длительная (в течение минут) регистрация спектров. В фурье-спектрометрах отсутствуют входная и выходная щели, а осн. элемент - интерферометр. Поток излучения от источника делится на два луча, к-рые проходят через образец и интерферируют. Разность хода лучей варьируется подвижным зеркалом, отражающим один из пучков. Первоначальный сигнал зависит от энергии источника излучения и от поглощения образца и имеет вид суммы большого числа гармонич. составляющих. Для получения спектра в обычной форме производится соответствующее фурье-преобразование с помощью встроенной ЭВМ. Достоинства фурье-спектрометра: высокое отношение сигнал: шум, возможность работы в широком диапазоне длин волн без смены диспергирующего элемента, быстрая (за секунды и доли секунд) регистрация спектра, высокая разрешающая способность (до 0,001 см-1). Недостатки: сложность изготовления и высокая стоимость. Все спектрофотометры снабжаются ЭВМ, к-рые производят первичную обработку спектров: накопление сигналов, отделение их от шумов, вычитание фона и спектра сравнения (спектра р-рителя), изменение масштаба записи, вычисление эксперим. спектральных параметров, сравнение спектров с заданными, дифференцирование спектров и др. Кюветы для ИК спектрофотометров изготовляют из прозрачных в ИК области материалов. В качестве р-рителей используют обычно ССl4, СНСl3, тетрахлорэтилен, вазелиновое масло. Твердые образцы часто измельчают, смешивают с порошком КВr и прессуют таблетки. Для работы с агрессивными жидкостями и газами применяют спец. защитные напыления (Ge, Si) на окна кювет. Мешающее влияние воздуха устраняют вакуумированием прибора или продувкой его азотом. В случае слабо поглощающих в-в (разреженные газы и др.) применяют многоходовые кюветы, в к-рых длина оптич. пути достигает сотен метров благодаря многократным отражениям от системы параллельных зеркал. Большое распространение получил метод матричной изоляции, при к-ром исследуемый газ смешивают с аргоном, а затем смесь замораживают. В результате полуширина полос поглощения резко уменьшается и спектр получается более контрастным. Применение спец. микроскопич. техники позволяет работать с объектами очень малых размеров (доли мм). Для регистрации спектров пов-сти твердых тел применяют метод нарушенного полного внутр. отражения. Он основан на поглощении поверхностным слоем в-ва энергии электромагн. излучения, выходящего из призмы полного внутр. отражения, к-рая находится в оптич. контакте с изучаемой пов-стью. Инфракрасную спектроскопию широко применяют для анализа смесей и идентификация чистых в-в. Количеств. анализ основан на законе Бугера-Ламберта-Бера (см. Абсорбционная спектроскопия), т. е. на зависимости интенсивности полос поглощения от концентрации в-ва в пробе. При этом о кол-ве в-ва судят не по отд. полосам поглощения, а по спектральным кривым в целом в широком диапазоне длин волн. Если число компонентов невелико (4-5), то удается математически выделить их спектры даже при значит. перекрывании последних. Погрешность количеств. анализа, как правило, составляет доли процента. Идентификация чистых в-в производится обычно с помощью информационно-поисковых систем путем автоматич. сравнения анализируемого спектра со спектрами, хранящимися в памяти ЭВМ. Характерные области поглощения ИК излучения наиб. часто встречающихся функц. групп хим. соед. приведены в табл. на форзаце в конце тома. Для идентификации новых в-в (молекулы к-рых могут содержать до 100 атомов) применяют системы искусств. интеллекта. В этих системах на основе спектроструктурных корреляций генерируются мол. структуры, затем строятся их теоретич. спектры, к-рые сравниваются с эксперим. данными. Исследование строения молекул и др. объектов методами инфракрасной спектроскопии подразумевает получение сведений о параметрах мол. моделей и математически сводится к решению т. наз. обратных спектральных задач. Решение таких задач осуществляется последовательным приближением искомых параметров, рассчитанных с помощью спец. теории спектральных кривых к экспериментальным. Параметрами мол. моделей служат массы составляющих систему атомов, длины связей, валентные и торсионные углы, характеристики потенциальной пов-сти (силовые постоянные и др.), дипольные моменты связей и их производные по длинам связей и др. Инфракрасная спектроскопия позволяет идентифицировать пространственные и конформационные изомеры, изучать внутри- и межмолекулярные взаимод., характер хим. связей, распределение зарядов в молекулах, фазовые превращения, кинетику хим. р-ций, регистрировать короткоживущие (время жизни до 10-6 с) частицы, уточнять отдельные геом. параметры, получать данные для вычисления термодинамич. ф-ций и др. Необходимый этап таких исследований - интерпретация спектров, т.е. установление формы нормальных колебаний, распределения колебат. энергии по степеням свободы, выделение значимых параметров, определяющих положение полос в спектрах и их интенсивности. Расчеты спектров молекул, содержащих до 100 атомов, в т.ч. полимеров, выполняются с помощью ЭВМ. При этом необходимо знать характеристики мол. моделей (силовые постоянные, электрооптич. параметры и др.), к-рые находят решением соответствующих обратных спектральных задач или квантовохим. расчетами. И в том, и в другом случае обычно удается получать данные для молекул, содержащих атомы лишь первых четырех периодов периодич. системы. Поэтому инфракрасная спектроскопия как метод изучения строения молекул получил наиб. распространение в орг. и элементоорг. химии. В отд. случаях для газов в ИК области удается наблюдать вращат. структуру колебат. полос. Это позволяет рассчитывать дипольные моменты и геом. параметры молекул, уточнять силовые постоянные и т.д.
Радиометрические методы анализа основаны на измерении излучений, испускаемых радиоактивными элементами. Для регистрации излучений применяют специальные установки с использованием счетчиков Гейгера-Мюллера. При действии приемник радиоактивных излучений в нем возникает электрический ток в виде кратковременных импульсов, которые специальной радиотехнической аппаратурой усиливаются, выравниваются по величине и поступают на регистрирующее счетное устройство.
Радиоактивные изотопы применяются в следующих методах анализа: метод осаждения в присутствии радиоактивного элемента; метод изотопного разбавления; радиометрическое титрование; активационный анализ; определения, основанные на измерении радиоактивности изотопов, встречающихся в природе и т. д.
Метод изотопного разбавления основан на тождественности химических реакций изотопов данного элемента. Для его осуществления к анализируемой смеси добавляют некоторое количество определяемого вещества m 0, содержащего в своём составе радиоактивный изотоп с известной радиоактивностью I 0. Затем выделяют любым доступным способом (например, осаждением, экстракцией, электролизом) часть определяемого вещества в чистом состоянии и измеряют массу m 1 и I 1 радиоактивность выделенной порции вещества. Общее содержание искомого элемента в анализируемом объекте находят из равенства отношений радиоактивности выделенной пробы к радиоактивности введённого вещества и массы выделенного вещества к сумме масс введённого вещества и находящегося в анализируемой смеси:
Метод изотопного разбавления имеет преимущество перед другими радиометрическими методами в тех случаях, когда полное выделение исследуемого вещества из анализируемой смеси затруднительно или невозможно.
Радиоактивационный анализ. Принцип этого метода заключается в переводе стабильных изотопов элемента в радиоактивные, измерение радиоактивности которых служит критерием содержания данного элемента в анализируемом объекте. Для этого анализируемые образцы подвергают облучению, например, в атомном реакторе. Активность измеряют при помощи специальных счетных устройств. Период полураспада и энергия излучения являются специфичными для индивидуальных радиоизотопов, т. е. применяя радиоактивационный анализ, можно контролировать чистоту получаемых веществ.
Измерив радиоактивность и зная время облучения, интенсивность потока облучающих частиц, соответствующие ядерно-физические данные определяемого элемента, можно вычислить его весовое количество. Одновременно с исследуемым веществом облучают стандартные образцы, содержащие точно известные количества определяемых элементов. Сравнивая в одинаковых условиях активности определяемого вещества и стандартных образцов, можно вычислить содержание определяемого элемента.
Радиоактивационный метод отличается многими преимуществами по сравнению с другими методами анализа. Метод обладает высокой чувствительностью. Основным недостатком его является то, что не все элементы можно определять этим методом. Образующийся после облучения радиоактивный элемент должен иметь сравнительно большой период полураспада, достаточный для того, чтобы можно было успеть провести химическое разделение и измерение активности выделенного элемента. Применяя радиоактивационный метод анализа, можно определять микроколичества различных элементов в морской воде; редкоземельных металлов в рудах; золото, платину, палладий и иридий в серебре и никеле; никель, кобальт, медь, мышьяк, теллур в сурьме и т. д.
Фотонейтронный метод основан на испускании нейтронов при действии фотонов высокой энергии (γквантов) на ядра атомов химических элементов. Количество нейтронов, определяемое нейтронными детекторами, пропорционально содержанию анализируемого элемента. Эта энергия фотонов должна превышать энергию связи нуклонов в ядре, которая для большинства элементов составляет 8 Мэ. В (лишь для бериллия и дейтерия она равна соответственно 1, 666 Мэ. В и 2, 226 Мэ. В; при использовании в качестве источника γ-квантов изотопа 124 Sb, с Eγ = 1, 7 и 2, 1 Мэ. В, можно определять бериллий на фоне всех др. элементов).
В радиометрии применяются также методы, основанные на поглощении нейтронов, γ-лучей, β-частиц и квантов характеристического рентгеновского излучения радиоактивных изотопов. В методе анализа, основанном на отражении электронов или позитронов, измеряется интенсивность отражённого потока. Энергия частиц, отражённых от лёгких элементов, во много раз меньше энергии частиц, отражённых от тяжёлых элементов, что позволяет определять содержание тяжёлых элементов в их сплавах с лёгкими элементами и в рудах.
Установка для регистрации радиоактивных излучений а)счетчики Гейгера-Мюллера б)внешний вид счетной установки в)схема счетной установки: 1 -газовый счетчик, 2 -высоковольтный выпрямитель, 3 -усилитель, 4 -пересчетное устройство, 5 -электромеханический счетчик
Радиометрические методы анализа отличаются рядом преимуществ по сравнению с химическими методами. Прежде всего следует отметить их высокую чувствительность, которая значительно выше чувствительности химических, физических и физикохимических методов анализа.
Применение радиоактивности в аналитической химии весьма многообразно. Измерение радиоактивности широко применяют также в научно-исследовательских целях: для исследования механизмов химических реакций, определения растворимости малорастворимых соединений, исследования процессов разделения и для решения многих других задач, включая определение важнейших физико-химических констант (констант устойчивости координационных соединений, констант ионообменных процессов и т. д.).
9 класс
1 вариант .
Часть 1.
1.Процесс историко-эволюционного становления человека как вида, развитие его трудовой деятельности, речи:
1)цитокинез
2)гаметогенез
3)кариокинез
4)антропогенез
2.М. М. Герасимов предложил метод:
1)радиометрического анализа
2)этологический
3)реконструкции
4)иммунологический
3.Человека относят к типу:
1)хордовых
2)членистоногих
3)кишечнополостных
4)иглокожих
4.Присутствие на теле рудиментарного волосяного покрова свидетельствует о:
1)приспособленности к холоду
2)родстве человека с млекопитающими
3)нарушении кровоснабжения кожи
4)родстве человека с рептилиями
5.О принадлежности человека к семейству гоминид свидетельствует:
1)наличие диафрагмы
2)приспособленности к прямохождению
3)наличие внутреннего скелета
4)большое сходство с человекообразными обезьянами в генетическом аппарате
6.Доказательство происхождения человека от животных:
1)редуценты
2)симбионты
3)рудименты
4)консументы
7.Питекантроп является представителем:
1)людей современного типа
2)древних людей
3)древнейшие люди
8.Неандерталец относится к:
1)древнейшим людям
2)древним людям
3)современным людям
4)человекообразным обезьянам
9.Объем головного мозга у современных людей:
1)1100 см3
2)1700 см3
3)1800 см3
4)2500 см3
10.Единство всех человеческих рас как представителей одного вида Человек разумный доказывает:
1)существование единого центра происхождения рас
2)общность анатомических признаков
3)возможность плодовитых браков между представителями разных рас
4)общность физиологических процессов
Часть 2.
1.Атавизмами у человека являются:
1)хвостатость
2)сильная волосатость всего тела
3)копчиковые позвонки
4)многососковость
5)аппендикс – отросток слепой кишки
6)верхнее и нижнее веко
2.Отличительные признаки, характерные для вида Человек разумный:
1)сводчатая пружинящая стопа
2)наличие S – образных изгибов позвоночника
3)преобладание лицевого отдела черепа над мозговым
4)хорошо выраженный подбородочный выступ
5)сохранение противопоставления большого пальца на руках и ногах
6)трехкамерное сердце с неполной перегородкой
Часть 3. Почему Африку считают родиной эволюции человека?
Проверочная работа по теме: «Антропология. Место человека в системе органического мира»
9 класс
2 вариант.
Часть 1. Из четырех предложенных вариантов выберите один верный ответ.
1.К.Линней поместил человека в отряд:
1)приматов
2)хордовых
3)млекопитающих
4)хищных
2.Свидетельством того, что человек относится к подтипу позвоночных, является наличие у него:
1)внутреннего скелета
2)хорды
3)диафрагмы
4)большого пальца, противопоставленного всем остальным
3.Человек относится к классу:
1)земноводных
2)приматов
3)млекопитающих
4)рептилий
4.Признаком того, что человек относится к отряду приматов, является наличие у него:
1)пальцев, заканчивающихся ногтями
2)четырехкамерного сердца
3)пальцев, заканчивающихся когтями
4)теплокровности
5.Общий предок человекооьразных обезьян и человека:
1)дриопитек
2)австралопитек
3)питекантроп
4)рамапитек
6.Обезьяной, ходившей на двух ногах, является:
1)гиббон
2)горилла
3)австралопитек
4)орангутан
7.Синантроп является представителем:
1)людей современного типа
2)древних людей
3)древнейших людей
4)обезьяноподобных предков человека
8.Объем головного мозга у древнейших людей составлял:
1)500-600 см3
2)650 см3
3)750 см3
4)1100 см3
9.Человеком современного типа является:
1)синантроп
2)дриопитек
3)кроманьонец
4)неандерталец
10.Социальным фактором, имеющим важное значение в эволюции предков современного человека, является:
1)членораздельная речь
2)естественный отбор
3)борьба за существование
4)наследственная изменчивость
Часть 2. Выберите три правильных ответа. В ответ запишите ряд цифр.
1.Рудиментарными органами человека являются:
1)аппендикс – отросток слепой кишки
2)ушные раковины
3)копчиковые позвонки – остатки скелета хвоста
4)верхнее и нижнее веко
5)остатки волосяного покрова по всему телу
6)многососковость
2.Расисткие теории:
1)служили оправданием колониальных захватов и работорговли
2)соответствуют данным современной науки
3)служат оправданием эксплуатации человека человеком
4)являются прогрессивными гуманистическими идеями
5)служат основой равенства и братства народов
6)полностью противоречат данным современной науки
Часть 3. Когда естественный отбор перестал быть ведущим фактором в эволюции человека?
