Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Решение каких задач входит в сферу прикладной радиохимии?
• 2. Перечислите основные радионуклиды, получаемые в реакторах; на ускорителях.
• 3. На каком принципе работают лабораторные генераторы нейтронов?
• 4. На каких принципах основано действие радиоактивных часов?
• 5. Что такое изохрона и для каких целей она используется?
• 6. Как осуществляется радиоуглеродное датирование?
• 7. Перечислите основные особенности качественного и количественного активационного анализа.
• 8. Назовите стадии нейтронного активационного анализа.
• 9. Какую роль играет метод радиоактивных индикаторов в методе меченых атомов?
• 10. Как осуществляется горячий синтез меченых молекул?
• 11. Перечислите основные направления использования радионуклидов в аналитической химии.
• 12. Какую роль в радиометрическом анализе играет метод изотопного разбавления?
• 13. Перечислите основные направления использования радионуклидов для решения задач физической химии.

Задачи.

1. В образце руды обнаружено одинаковое содержание ²³⁸U и стабильного свинца. Чему равен возраст руды?

Ответ. 4,5 • 10⁹ лет.

2. В образце метеорита обнаружено, что количество ⁴⁰Аг в 3 раза превышает количество ⁴⁰К. Определите возраст метеорита.

Ответ. 2,6 -10⁹ лет.

3. В урановой руде отношение числа ядер ²³⁸U к числу ядер ^20GPb ц = 2,8. Оценить возраст руды, считая, что весь свинец ²⁰⁶РЬ является конечным продуктом распада уранового ряда. Период полураспада ядер ²³⁸U равен 4,5 • 10⁹ лет.

Ответ, t = 1,98 • 10⁹ лет.

4. Определить возраст образца, в котором содержание ^ИС составляет 25% от современного.

Ответ. 11 460 лет.

5. Образец свежеспиленного дерева имеет активность 14 расп/мин на 1 г природного углерода. Активность исследуемого образца имеет активность 4 имп/мин на 1 г. Определить его возраст.

Ответ. 10 360 лет.

6. Определить возраст древних деревянных предметов, если известно, что удельная активность изотопа ^{, 4}С у них составляет 3/5 удельной активности этого изотопа в только что срубленных деревьях. Период полураспада ядер ^ИС равен 5570 лет.

Ответ. 4105 лет.

7. Определить предел обнаружения мышьяка в образце, если используется источник медленных нейтронов с плотностью потока 10¹² иейтрДсм² • с), а минимальная активность, которую можно надежно измерить, равна 100 имп/мин. Природный мышьяк состоит из единственного нуклида ^7r>As, для которого сечение захвата медленных нейтронов составляет 4,2 барм ⁷⁶As, образующийся из ⁷⁵As по реакции (п, у), имеет период полураспада 1,15 сут. Коэффициент регистрации равен 0,08. Длительность облучения 24 ч, а промежу;

ток времени между окончанием облучения и измерением активности составляет 30 мин.

Ответ. rn_mjn = 1,4−10 ⁹ г.

8. Требуется оцепить возможность определения примесей натрия и кальция в неактивируемой основе путем нейтронного активационного анализа, если ориентировочное содержание примеси каждого элемент в облучаемом образце составляет 10 ⁷ г. Облучение предполагается проводить на ядерном реакторе с плотностью потока 10¹² нсйтр/(см²-с) в течение 30 сут. Коэффициент регистрации излучения 0,1, a /_min = 50 имп/мин.

Ответ. J_Na = 5 • 10³ имп/мин, J_Ca = 5 имп/мин. При заданных условиях кальций почти нс активируется; поток нейтронов следует увеличить не менее чем па порядок.

9. В кровь человека ввели небольшое количество раствора, содержащего радиоизотоп ²⁴Na активностью Л = 2,0 • 10^Н расп/с. Активность 1 см³ крови, взятой через t = 5,0 ч, оказалась А = = 16 распДмин • см³). Период полураспада данного радиоизотопа 15 ч. Найти объем крови человека.

Ответ. 9,4 л.

10. Имеется 100 мл 0,1 моль/л раствора С₂Н-1 в этаноле и 50 мл 0,05 моль/л раствора Nal в этаноле. Nal содержит в качестве радиоактивной метки ^13|1 общей активностью 0,1 МБк. Рассчитать объемную удельную активность С₂Н₅^{, 31}1 и Na^13lI при равнораспределении.

Ответ. а_{с Н1}= 0,53 кБк/мл, a_NaI = 0,13 Бк/мл; а_{с HI} = a_Nal = = 8000 кБк/моль.

11. Измеряется активность ^2ilTh на радиометрической установке с коэффициентом регистрации (р = 0,1. Среднее значение фона составляет 20 имп/мин. Найти предел обнаружения ²³⁴Th, приняв, что можно надежно регистрировать число испульсов над фоном, численно равное фону.

Ответ. 4 10 ¹⁵ г.

12. Рассчитать предел обнаружения рубидия по излучению его радиоактивного изотопа ⁸⁷Rb (Т_½ = 6,15 — Ю¹⁰ лет, массовая доля изотопа в природной смеси 17,8%), полагая, что с помощью имеющегося детектора можно надежно измерять скорость счета 10 имп/мин при коэффициенте регистрации <�р = 0,2.

Ответ. 1,2−10 ³ г.

13. Рассчитать массу калия в образце, если измеренная активность равна 150 имп/мин (без фона). Массовая доля радиоактивного калия ⁴⁰К в природной смеси изотопов составляет 0,012%, Т_{/2 ⁴⁰К = 1,39−10⁹ лет, коэффициент регистрации p-излучения ⁴⁰К = 0,1.

Ответ. 0,87 г.

14. Для определения содержания урана в руде провели измерение у-активности препарата массой 2,4 г, приготовленного из этой руды. ЗначениеJ = 1800 имп/мин (без фона). Затем в аналогичных условиях измерили у-активпость образцового препарата, приготовленного из руды такого же типа, но с известным содержанием урана (4,8%). Активность образцового препарата/_обр = 2600 имп/мин в течение 3,9 мин. Диаметры обоих препаратов одинаковы. Рассчитать содержание урана в исследуемой руде.

Ответ. 5,4%.

15. Оценить предел обнаружения ³²Р и предел обнаружения элемента фосфора по заданной удельной активности. Коэффициент регистрации равен 0,1, а регистрируемая активность, которую можно надежно измерить, равна 20 имп/мин над фоном. Удельная активность вещества (в расчете на элемент) 2 МБк/г.

Ответ. 1,7 мкг.

16. Для контроля гравиметрического определения иодид-ионов в виде Agl в присутствии хлоридов взят раствор, содержащий Nal и NaCl, меченный изотопом ³⁶С1 с удельной активностью 1 266 000 имп/(мин ммоль). Активность осадка массой 0,2352 г. составила 6870 имп/мин. Определить содержание хлорида, захваченного осадком Agl.

Ответ. 0,1%, что составляет систематическую погрешность анализа, обусловленную увлечением хлорид-ионов в осадок, лежит в пределах погрешности рассматриваемого метода.

17. Методом изотопного разбавления определяли содержание в растворе иодида натрия в присутствии бромида. В ходе анализа из колбы, содержащей 100 мл исследуемого раствора, в стаканчики 1 и 2 были отобраны 2 порции по 10 мл. В стаканчик 3 для определения J₀ внесли 10 мл раствора Nal с концентрацией 0,03 моль/л. Затем в каждый стаканчик прилили по 1 мл раствора Na¹³¹I, в котором концентрация Nal составляла 5,9 мг/мл. Для осаждения иодидионов в аммиачной среде в стаканчики 2 и 3 внесли по 3 мл раствора AgN0₃ с концентрацией 0,03 моль/л, а в стаканчик 1—2 мл такого же раствора. Активности осадков (без фона), измеренные в стандартных условиях, оказались равны 2200 имп/мин (стаканчик 1), 3280 имп/мин (стаканчик 2) и 4200 имп/мин (стаканчик 3). Рассчитать содержание иодид-ионов в исследуемом растворе.

Ответ. Среднее содержание иодид-иона во всей анализируемой пробе 500 мг.

18. Для определения цинка в присутствии сульфата Fe (III) к анализируемой пробе добавлен раствор, содержащий ⁶⁵ZnCl₂ без носителя с активностью 22 100 имп/мин. После полного осаждения гидроксида Fe (III), захватившего часть ионов Zn²⁺, регистрируемая активность раствора стала 4800 имп/мин. Оставшийся в растворе цинк осадили в виде сульфида и после прокаливания осадка получили оксид цинка, содержание цинка в котором равно 0,0254 г, а активность 4800 имп/мин. Рассчитать массу цинка в анализируемой пробе.

Ответ. 0,117 г.

19. Определение малых количеств цезия проводили методом изотопного разбавления. Для приготовления радиоактивного раствора к 100 мл раствора CsCl, содержащего 150 мкг/мл цезия (в расчете на элемент), добавили ОД мл радиоактивного раствора ^l37CsCl без носителя. К двум равным объемам анализируемого раствора прибавили соответственно 1 и 2 мл полученного радиоактивного раствора с известным содержанием носителя. После создания значения pH 12 при помощи буферного раствора уравняли объемы обеих проб и экстрагировали цезий одинаковыми объемами раствора тетрафенилбората натрия в нитробензоле (реагент взят в недостатке). После перемешивания растворов и разделения фаз активность в органической фазе для 1-й и 2-й проб найдена равной соответственно: J, = 2750 и J, = 3860 имп/мин. Рассчитать массу цезия в анализируемой пробе (комплексное соединение цезия в этих условиях экстрагируется количественно).

Ответ. 203 мкг Cs.

20. К раствору с неизвестным содержанием алюминия добавили раствор 0,38 мг фосфат-ионов, меченных изотопом ³²Р. Общая внесенная в раствор активность составила 11 200 имп/мин. Найти содержание алюминия в анализируемом растворе, учитывая, что между POJионом и ионом АР протекает реакция: АР + РО³ =.

= aipo₄.

Ответ. L = 1 • 10 ⁵ моль/л.

21. Для определения растворимости РЫ₂ при 25 °C использовали образец, меченный ¹³¹1. Активность 2 мл раствора оказалась 5080 имп/мин (без фона), а измеренная в аналогичных условиях активность 2 мл раствора Na^13,I, использованного для синтеза Pb^13lI₂, 2300 имп/мин. Содержание иода в растворе Na^13ll равно 1,9−10 ⁴ г/мл. Найти растворимость РМ.,.

Ответ. 7,6−10 ⁴ г/мл.

22. Рассчитать продолжительность центрифугирования водного раствора, отобранного из сосуда для определения растворимости, если при центрифугировании необходимо отделить все частицы размером d> 2,5−10 ⁵ см. Частота вращения центрифуги п = 3000 об/мин, плотность частиц 1,2 г/см³, расстояния .г, и х., — соответственно 10 и 20 см. Центрифугирование проводят при 20 °C, вязкость воды при этой температуре равна 1,005 • 10 ³ Па • с, форма частиц в растворе — шарообразная.

Ответ. 7 час. Следует использовать центрифугу с более высокой частотой вращения.