Análisis de activación de neutrones instrumentales

Tras la aparición de detectores semiconductores con alta resolución energética, muchos picos de energía de rayos γ se pueden separar y comenzaron a aparecer los análisis (puros) instrumentales de activación de neutrones. Después de la irradiación, el espectro de energía de los rayos γ se midió directamente sin tratamiento radioquímico. Calcular el contenido en función de los picos de energía característicos.

Durante el análisis de activación de neutrones, generalmente se debe realizar el siguiente trabajo.

(1) Trabajo de preparación

A partir del elemento a medir, consultar información relevante, considerar qué tipo de energía de reacción nuclear se producirá por la irradiación de neutrones, y cuál será γ. Se midieron los picos de energía de los rayos, así como los posibles picos de interferencia y los tiempos de enfriamiento estimados.

(2) Preparación de muestras y muestras estándar

1. Muestras sólidas

Las muestras de suelo y de roca (o minerales) recolectadas en el campo son naturalmente aire. -secar, triturar, moler, tamizar (malla 100 ~ 200), mezclar uniformemente, secar y almacenar. Pesar de 50 mg a 1 gramo de muestra y envolverla en papel de aluminio de alta pureza (número).

Preparar muestras estándar en función de los tipos de elementos a medir y las características de las reacciones nucleares. Normalmente se utilizan metales o compuestos con elementos espectralmente puros o analíticamente puros. De acuerdo con el rango de contenido (valor estimado) del elemento a medir, pese una cierta cantidad de sustancias químicas, disuelva, diluya y mezcle para formar una solución estándar. Deje caer una cierta cantidad (como 40 μL) de la solución estándar en un papel de filtro apilado de seis capas con un diámetro de 6 a 10 mm, colóquelo en un desecador, séquelo de forma natural y envuélvalo en papel de aluminio de alta pureza consistente. con la muestra.

Generalmente, las muestras estándar de rocas sólidas se elaboran a partir de rocas con la misma matriz para eliminar la influencia de la matriz. En China se utilizan comúnmente USGSPCC-1 (peridotita), BCR-1 (basalto), AGV-1 (andesita), G-2 (granito) y las muestras de rocas geológicas estándar chinas GSR3 (basalto) y GSR1 (granito).

2. Muestra de agua

El agua es el eslabón de circulación de la materia en el medio ambiente y se ve profundamente afectada por factores naturales y humanos.

Cabe señalar que el contenido de elementos en el agua es muy pequeño y los iones metálicos de la muestra de agua son adsorbidos por recipientes de vidrio o polietileno con diferentes valores de pH durante el proceso de almacenamiento, lo que resulta en una reducción de la concentración. Generalmente se cree que cuando el pH = 1,5, el agua almacenada en botellas de polietileno durante un mes no tiene ningún efecto evidente.

Debido a que las concentraciones de muchos elementos en el agua son extremadamente bajas, la sensibilidad analítica se mejora mediante la preconcentración. Generalmente se utilizan el intercambio iónico, la extracción con disolventes, la electrodeposición, la evaporación a baja temperatura, la adsorción con carbón activado, la precipitación ** y la liofilización. Los métodos comúnmente utilizados incluyen liofilización, evaporación a baja temperatura (tomar 100 ml de agua, concentrar a 1 ml a 60 ~ 70 °C) y adsorción con carbón activado (tomar 200 ml de agua, ajustar el pH a 6,5, usar 30 mg de carbón activado, agitar durante 15 minutos y luego filtrar).

El embalaje de la muestra y la preparación estándar de la muestra son los mismos que los anteriores.

3. Muestras de aerosoles atmosféricos

Existen ocho métodos para recolectar muestras de aerosol, como el método de sedimentación por gravedad natural. Los métodos comúnmente utilizados incluyen el método de filtro de membrana y el método de muestreo de impacto.

1) Filtro de membrana con sistema de extracción de aire. Las membranas orgánicas o filtros de poros nucleares (Nuclepore) tienen una alta eficiencia de recolección de partículas pequeñas. El papel de filtro Whatman 41 tiene una eficiencia de recolección del 85% al ​​90% para partículas submicrónicas. Con un caudal de 32 l/min, la membrana filtrante Zefluor tiene una eficiencia de recolección del 99 % para partículas de 0,3 μm. Las membranas microporosas y las membranas de fibra de vidrio son adecuadas para muestreo de alto flujo.

2) Muestreo de impacto. Impacto principalmente seco, adecuado para recoger partículas de aerosol de diferentes tamaños.

4. Muestra de material de referencia estándar

Un material de referencia estándar es una sustancia homogénea con propiedades estables cuyas propiedades químicas o físicas han sido medidas con precisión. Se utiliza principalmente como valor de referencia estándar para medir la composición o las propiedades de una sustancia, o para evaluar métodos de medición o para calibrar instrumentos.

Los materiales de referencia de primer nivel de China aprobados y emitidos por la Administración Estatal de Supervisión Técnica en 1991 incluyen: 529 tipos en los campos de geología, metalurgia, medio ambiente, materiales nucleares, física, química física y otros campos. Hay 264 referencias secundarias.

Existe material de referencia estándar 11160 emitido por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.

El análisis de activación de neutrones utiliza principalmente materiales de referencia nacionales o materiales de referencia internacionales.

Si la precisión del elemento a medir no es muy alta, también se pueden utilizar reactivos estándar para una preparación precisa del material.

(3) Irradiación y enfriamiento del reactor

Colocar las muestras preparadas y las muestras estándar en el mismo recipiente y enviarlas al reactor para su irradiación. Existen diferentes tipos de reactores (reactores de agua pesada, reactores de agua ligera, reactores de piscina, etc.). ). La tasa de fluencia de neutrones del reactor de agua pesada del Instituto Chino de Energía Atómica es de aproximadamente 6×1013N·cm-2s-1. Según la vida media del nucleido a medir, el tiempo de irradiación es generalmente de 10 a 15 horas. Saque las muestras irradiadas y las muestras estándar del reactor y colóquelas durante un período de tiempo (llamado tiempo de enfriamiento) según sea necesario para descomponer una gran cantidad de nucleidos de vida corta, lo que puede reducir la dosis. Al mismo tiempo, el tiempo de enfriamiento se determina basándose en la vida media y la interferencia del nucleido a medir. En la Tabla 11-1-3 se muestra el valor de referencia de elementos a analizar y tiempo de enfriamiento en muestras de suelo.

Tabla 11-1-3 Irradiación, tiempo de enfriamiento y elementos medidos de las muestras

(4) Medición del espectro de energía de rayos γ

Muestras geológicas y muestras ambientales Los ingredientes son muy complejos. Después de irradiar el reactor, se producen varios nucleidos. Las mediciones deben utilizar un espectrómetro gamma multicanal con un detector semiconductor de alta resolución energética.

La Figura 11-1-2 muestra el espectro parcial de rayos γ de la muestra de mineral de hierro aurífero después de enfriarla por irradiación durante 5 días en el reactor. Es obvio que el pico de energía de los rayos gamma de 198Au es 412 keV (consulte la Tabla 11-1).

Utilizando el análisis instrumental de activación de neutrones para determinar elementos ligeros de tierras raras en rocas básicas, rocas intermedias, rocas ácidas o rocas alcalinas, el error estándar relativo es (2% ~ 5%). Los elementos pesados ​​de tierras raras son positivos y negativos (5% ~ 7%). Para las rocas ultramáficas, el contenido de elementos de tierras raras es muy bajo (< 1 μ g), pero hay grandes cantidades de Fe, Cr, Ni, Co y Sc, que constituyen una interferencia grave. Los componentes radioquímicos se utilizan habitualmente para la separación y los resultados de las mediciones son buenos.

En el proceso de reacciones nucleares y desintegración nuclear causada por la irradiación de neutrones, hay tres grupos de rayos X característicos: (1) El elemento principal captura neutrones y sufre una conversión interna, lo que hace que el elemento principal emita rayos X característicos (2) ) La captura de electrones orbitales hace que el subelemento produzca rayos X característicos; (3) La conversión interna después de la desintegración β hace que el subelemento produzca rayos X característicos; Por lo tanto, las mediciones características de rayos X son una parte importante del análisis instrumental de activación de neutrones. Es especialmente útil cuando la interferencia de picos de rayos gamma superpuestos es grave. Por ejemplo, el niobio (Nb) tiene un solo isótopo estable, 93Nb (100%). Se producen dos alótropos después de la irradiación con neutrones térmicos: 94 Nbm (T1/2 = 6,6 min) y 94 Nb (2 × 104a), el rayo γ de este último es 8765438+. El niobio y el circonio (Zr) suelen coexistir, pero el pico característico de rayos X (16,614 keV) del niobio con un contenido de 1 μg es muy significativo y el circonio no produce rayos X, lo que resulta muy beneficioso para determinar el contenido de Nótese bien.

Figura 11-1-2 Espectro de energía de rayos γ de una muestra de mineral de hierro con contenido de oro

Figura 11-1-3 Nb+2 rayos γ y rayos X (1μgNb *10mgZr)

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