Analisi radiochimica per attivazione

I metodi radiochimici sono basati su misure di radioattività che permettono di rilevare quantità di sostanza estremamente basse, non rilevabili dai comuni metodi analitici. Nell’analisi radiochimica vengono utilizzati gli isotopi radioattivi che possono essere aggiunti alla sostanza in esame sotto forma di reattivi (reattivi marcati) o essere direttamente prodotti in situ mediante attivazione (radioattività indotta).

L’analisi per attivazione non è propriamente una tecnica basata sull’uso di traccianti radioattivi, ma essa rappresenta una diretta applicazione della chimica nucleare a problemi analitici.

L’analisi per attivazione è un mezzo per determinare la concentrazione di un dato elemento in un campione attraverso la misura di un dato elemento in un campione tramite le caratteristiche radiazioni emesse dall’isotopo radioattivo ottenuto dall’elemento analizzato con un specifica reazione nucleare. In questo modo l’isotopo stabile dell’elemento da determinare viene trasformato in isotopo radioattivo, la cui attività può essere misurata con accuratezza cosa che ne permette il dosaggio. Così ad esempio dovendo dosare lo iodio, in assenza di altri elementi interferenti, si sottopone il campione a bombardamento neutronico (attivazione) che trasforma l’isotopo 12753I  (isotopo stabile) nell’isotopo 12853I (isotopo radioattivo). Quest’ultimo emette radiazioni β stabilizzandosi nell’isotopo dello Xeno 12854Xe secondo le seguenti reazioni:

12753I + 10n → 12853I → 12854Xe + 0-1e

Dalla misurazione della radioattività del campione così attivato è possibile la determinazione dello iodio. Tale metodo consente la determinazione dello iodio anche in minime quantità.

Quasi tutti gli elementi sono analizzabili mediante attivazione: dai circa 280 nuclidi stabili che costituiscono gli elementi naturali si possono ottenere, solo mediante reazioni (n, γ) o (d,p) i corrispondenti isotopi aventi un numero di massa superiore di una unità e di questi circa 230 decadono emettendo particelle β . Utilizzando poi le reazioni nucleari (n,p)  e (γ,n) si possono ottenere circa altri 300 nuclidi radioattivi a cui vanno aggiunti quelli prodotti mediante ulteriori reazioni nucleari (α,n ) ,  (3He, n), (γ,p) ecc.

Il metodo di attivazione più comune è quello basato sul bombardamento con neutroni termici, che sono ottenibili, ad esempio, da un reattore nucleare e che sono assorbiti da un gran numero di nuclei. Nella figura

nuclidi a massima sensibilità d'attivazione neutronica

Sono riportati gli elementi che hanno una sensibilità massima di attivazione neutronica di 10-7 g per un flusso di 1012 neutroni cm-2 s-1

La forma più semplice dell’analisi per attivazione è quella non distruttiva: per determinare l’elemento presente in tracce nel campione come ad esempio il mercurio in una partita di pesce si sottopone quest’ultimo all’ irraggiamento di neutroni i quali reagiscono con l’elemento ricercato secondo il processo di cattura (n,γ) formando l’isotopo radioattivo 190Hg. Le radiazioni emesse da quest’ultimo sono poi analizzate con uno spettrometro a scintillazione in modo da escludere radiazioni emesse da altri radionuclidi eventualmente formatisi durante il bombardamento. Dalla misura dell’attività di 190Hg si risale direttamente alla percentuale dell’elemento ricercato nel campione.

In altri casi, per la complessità del campione, si forma una miscela di radionuclidi le cui radiazioni non è possibile, o conveniente, risolvere spettroscopicamente. In tal caso il campione è trattato chimicamente (analisi distruttiva) per separare i vari radionuclidi la cui attività è poi misurata separatamente.

L’analisi per attivazione, a parte l’estrema sensibilità, è specifica, rapida, non risente di impurezze dei reagenti. Essa è perciò largamente usata in geochimica, cosmochimica, chimica bromatologica e tossicologica, analisi delle acque, del pulviscolo, nell’analisi ambientale e nell’industria per l’analisi dei materiali per semiconduttori e di quelli per applicazioni nucleari e, in generale, quando sia necessaria una misura precisa di componenti presenti in traccia. Per talune applicazioni archeologiche, nell’analisi di opere d’arte, monete, gioielli, reperti di valore storico, il carattere non distruttivo fa dell’analisi per attivazione un metodo analitico insostituibile.

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Author: Chimicamo

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