ИЗОТО́ПНОГО РАЗБАВЛЕ́НИЯ МЕ́ТОД

ИЗОТО́ПНОГО РАЗБАВЛЕ́НИЯ МЕ́ТОД, ме­тод ко­ли­че­ст­вен­но­го хи­мич. ана­ли­за, ос­но­ван­ный на ис­поль­зо­ва­нии ста­биль­ных и ра­дио­ак­тив­ных изо­то­пов хи­мич. эле­мен­тов. Кон­цен­тра­цию оп­ре­де­ляе­мо­го хи­мич. эле­мен­та (или об­ра­зуе­мых им со­еди­не­ний) на­хо­дят поль­зу­ясь эта­ло­ном (изо­топ­ным ин­ди­ка­то­ром, трас­сё­ром), в ка­че­ст­ве ко­то­ро­го вы­сту­па­ет ана­ли­зи­руе­мый эле­мент с ис­кус­ст­вен­но сме­щён­ным изо­топ­ным со­ста­вом. Впер­вые И. р. м. – с ис­поль­зо­ва­ни­ем ра­дио­ак­тив­ных изо­топов – пред­ло­жен в 1932 не­за­ви­си­мо Г. Хе­ве­ши и российским ра­дио­хи­ми­ком И. Е. Ста­ри­ком.

При про­ве­де­нии ана­ли­за с ис­поль­зо­ва­ни­ем ра­дио­изо­то­пов к рас­тво­ру с не­из­вест­ной мас­со­вой кон­цен­тра­ци­ей оп­ре­де­ляе­мо­го хи­мич. эле­мен­та $m_x$ до­бав­ля­ют из­вест­ное ко­ли­че­ст­во эта­лон­но­го рас­тво­ра с кон­цен­тра­ци­ей $m_0$ то­го же хи­мич. эле­мен­та. Пред­ва­ри­тель­но в эта­лон­ный рас­твор вво­дят очень ма­лое (по срав­не­нию с $m_0$) ко­ли­че­ст­во ра­дио­изо­то­па ис­сле­дуе­мо­го эле­мен­та и оп­ре­де­ля­ют удель­ную ак­тив­ность ра­дио­изо­то­па (чис­ло рас­па­дов в еди­ни­цу вре­ме­ни $a_0$, от­несён­ное к кон­цен­тра­ции $m_0$ ): $A_0 = a_0 /m_0$. Для дос­ти­же­ния рав­но­мер­но­го рас­пре­де­ле­ния ра­дио­изо­то­па тща­тель­но пе­ре­ме­ши­ва­ют смесь эта­лон­но­го и ана­ли­зи­руе­мо­го рас­тво­ров; удель­ная ак­тив­ность ра­дио­изо­то­па в по­лу­чен­ной сме­си: $A_c = a_0/(m_0 + m_x$). От­би­ра­ют из сме­си про­из­воль­ное ко­ли­че­ст­во рас­тво­ра с со­дер­жа­ни­ем оп­ре­де­ляе­мо­го эле­мен­та $m_y$ и на­хо­дят удель­ную ак­тив­ность ра­дио­изо­то­па: $A_y = a_y/m_y$. По­лу­чен­ное зна­че­ние $A_y$ рав­но зна­че­нию $A_c$ для сме­си: $a_y/m_y = a_0 /(m_0 + m_x)$. От­сю­да $A_y = A_0 /(1 + m_x/m_0)$ и $m_x = m_0(A_0/A_y-1)$. Т. о., оп­ре­де­ле­ние кон­цен­тра­ции ис­сле­дуе­мо­го эле­мен­та сво­дит­ся к из­ме­ре­нию удель­ной ак­тив­но­сти двух рас­тво­ров – эта­лон­но­го и его сме­си с ана­ли­зи­руе­мым.

В др. ва­ри­ан­те И. р. м. – с ис­поль­зо­ва­ни­ем ста­биль­ных изо­то­пов – при оп­ре­де­ле­нии кон­цен­тра­ции хи­мич. эле­мен­та в ка­че­ст­ве эта­ло­на при­ме­ня­ют та­кой же эле­мент, но с ис­кус­ст­вен­но мак­си­маль­но сме­щён­ны­ми со­от­но­ше­ния­ми кон­цен­тра­ций его ста­биль­ных изо­то­пов (та­кие пре­па­ра­ты про­из­во­дят пром. спо­со­бом). С по­мо­щью масс-спек­тро­мет­ра из­ме­ря­ют изо­топ­ный со­став эта­ло­на и на­хо­дят атом­ную до­лю к.-л. из изо­то­пов $b_i$. Оп­ре­де­ля­ют изо­топ­ный со­став эле­мен­та, кон­цен­тра­цию ко­то­ро­го нуж­но оце­нить, и на­хо­дят атом­ную до­лю вы­бран­но­го изо­то­па $a_i$. Из­вест­ное ко­ли­че­ст­во эта­ло­на $β$ сме­ши­ва­ют с не­из­вест­ным ко­ли­че­ст­вом $X$ оп­ре­де­ляе­мо­го эле­мен­та. Де­ла­ют изо­топ­ный ана­лиз эле­мен­та в сме­си и на­хо­дят в ней атом­ную до­лю вы­бран­но­го изо­то­па $c_i$. Чис­ло ато­мов изо­то­па в сме­си рав­но $b_iβ + а_iХ$ и од­но­вре­мен­но $c_i(X + β )$. Урав­не­ние $b_iβ + а_iX = c_i(X + β)$ по­зво­ля­ет вы­чис­лить кон­цен­тра­цию оп­ре­де­ляе­мо­го эле­мен­та: $X = β(b_i-c_i)/(c_i-а_i)$.

И. р. м. при­ме­ним для ана­ли­за лю­бо­го из эле­мен­тов, со­стоя­щих из двух или бо­лее изо­то­пов. Ис­поль­зу­ет­ся для оп­ре­де­ле­ния ма­лых ко­ли­честв ве­ществ (напр., при изу­че­нии рас­тво­ри­мо­сти пло­хо рас­тво­ри­мых ве­ществ, оп­ре­де­ле­нии эле­мен­тов-при­ме­сей в по­лу­про­вод­ни­ко­вых ма­те­риа­лах), для ис­сле­до­ва­ния ра­дио­ак­тив­ных ве­ществ, слож­ных сме­сей ор­га­нич. со­еди­не­ний (напр., ами­но­кис­лот, ле­кар­ст­вен­ных средств) и пр.

Один из ва­ри­ан­тов И. р. м. – ней­трон­но-ак­ти­ва­ци­он­ный – ис­поль­зу­ют в изо­топ­ной гео­ло­гии для оп­ре­де­ле­ния ра­дио­ген­ных изо­то­пов $\ce{^{40}Ar}$ (из $\ce{^{40}K}$, $\ce{^{136–131}Xe}$ и $\ce{^{86–83}Kr}$ (про­дук­ты спон­тан­но­го де­ле­ния $\ce{^{238}U}$), кон­цен­тра­ция ко­то­рых не­об­хо­ди­ма для рас­чё­та изо­топ­но­го гео­ло­гиче­ско­го воз­рас­та ми­не­ра­лов. Ис­сле­дуе­мый ми­не­рал об­лу­ча­ют бы­ст­ры­ми (в слу­чае ка­лий-ар­го­но­во­го ме­то­да) или те­п­ло­вы­ми (в слу­чае уран-ксе­но­но­во­го ме­то­да) ней­тро­на­ми, под дей­ст­ви­ем ко­то­рых в струк­ту­ре ми­не­ра­ла ге­не­ри­ру­ют­ся изо­то­пы-трас­сё­ры: из $\ce{^{39}K}$ – от­но­си­тель­но дол­го­жи­ву­щий $\ce{^{39}Ar}$, из $\ce{^{235}U}$ – ста­биль­ные изо­то­пы $\ce{Xe}$ и $\ce{Kr}$, но в иных, чем при спон­тан­ном де­ле­нии $\ce{^{238}U}$, со­отно­ше­ни­ях. При­ме­не­ние это­го ме­то­да не тре­бу­ет зна­ния кон­цен­тра­ций изо­то­пов, дос­та­точ­но знания изо­топ­ных со­от­но­ше­ний, что зна­чи­тель­но умень­ша­ет по­греш­ность ана­ли­за.

Все ва­ри­ан­ты И. р. м. со­че­та­ют очень вы­со­кую чув­ст­ви­тель­ность (до $10^{–12}$ г для твёр­до­го ве­ще­ст­ва, $10^{–15}$ г для га­зов) с низ­кой по­греш­но­стью ана­ли­за (до­ли %) и по­зво­ля­ют про­во­дить ис­сле­до­ва­ние без ко­ли­че­ст­вен­но­го вы­де­ле­ния ана­ли­зи­руе­мо­го объ­ек­та из сме­си.