Активационный анализ

Активацио́нный ана́лиз (радиоактивационный анализ), ядерно-физический метод определения качественного и количественного элементного и изотопного состава вещества. Основан на измерении активности радионуклидов, образующихся в анализируемом образце в результате ядерных реакций (активации) изотопов определяемых элементов с ядерными частицами или высокоэнергетичным γ-излучением. Предложен в 1936 г. Г. Хевеши и Х. Леви.

Идентификация образующихся радионуклидов производится по типу излучения, его энергии, интенсивности, периоду полураспада радионуклидов. Для этого обычно используют гамма-спектрометры и высокоразрешающие полупроводниковые детекторы, реже сцинтилляционные детекторы. Количественный анализ основан на том, что активность образовавшегося радионуклида пропорциональна количеству определяемого элемента в широком диапазоне концентраций. Применяют относительный метод расчёта концентраций с использованием образцов сравнения и безэталонный, или компараторный, метод (например, т. н. «k0»-метод). Высокая проникающая способность радиоактивного излучения позволяет проводить анализ без разрушения образца; недеструктивный (инструментальный) вариант активационного анализа с использованием полупроводниковых детекторов, специальной электроники, программного обеспечения и автоматизации – наиболее распространённый и эффективный вариант активационного анализа. Радиохимический (с химическим разделением радионуклидов) вариант активационного анализа используют в тех случаях, когда инструментальное определение примесей невозможно из-за мешающего влияния радионуклидов основы.

Наиболее распространённый вариант активационного анализа – нейтронно-активационный анализ (НАА). Для активации используют тепловые и эпитепловые нейтроны ядерного реактора или радиоизотопного источника нейтронов (например, Cf²⁵² ), а также быстрые нейтроны генератора нейтронов. Высокая плотность потока тепловых нейтронов в ядерном реакторе, высокие сечения активации большинства элементов на тепловых нейтронах, а также высокая проникающая способность нейтронов позволяют одновременно определять валовое содержание следовых количеств (до 10^–12 г/г) около 70 элементов в образцах различной массы: от долей миллиграммов до нескольких килограммов. Реакторный НАА сыграл большую роль в развитии аналитической химии следовых концентраций; с его использованием разработаны технологии получения сверхчистых материалов для электроники, специальных конструкционных материалов для атомной энергетики, исследован элементный состав ряда веществ (лунного грунта, метеоритов и др.). НАА на быстрых нейтронах эффективен для определения кислорода (предел обнаружения до 10^–5 %), экспрессного инструментального определения других элементов (10^–3 –10^–5 %). Для обнаружения отравляющих и взрывчатых веществ разработаны варианты дистанционного НАА.

В активационном анализе на заряженных частицах применяют высокоэнергетичные протоны, дейтроны, α-частицы и др. Используют главным образом для высокочувствительного (до 10^–9 г/г) определения лёгких элементов (B, C, O и N). Из-за ограниченного пробега заряженных частиц в веществе метод предназначен для локального анализа. В гамма-активационном анализе пробу активируют тормозным γ-излучением ускорителя электронов. Определяют валовое содержание микропримесей в образцах массой до нескольких граммов. Метод эффективен для высокочувствительного (10^–8 г/г) определения лёгких элементов (N, C, O), определения средних и тяжёлых элементов (до 10^–7 г/г). Разработаны промышленные аналитические автоматизированные γ-активационные комплексы, например для золотодобывающей отрасли.

Активационный анализ применяют для контроля микропримесного состава особо чистых и специальных материалов, геологических образцов, объектов окружающей среды, а также в медицине, криминалистике, археологии, биологических исследованиях и др.