Hidrológiai Közlöny 1978 (58. évfolyam)

9. szám - Szabó András–Tóth Árpád: Aktivációs analízis a vízkémiai vizsgálatokban

422 Hidrológiai Közlöny 1978. 10. sz. Dr. Kovács Gy.: A rétegvizek energiakészlete Aktivációs analízis a vízkémiai vizsgálatokban SZABÓ ANDRÁS*—TÓTH ÁRPÁD*» Bevezetés Felszíni vizeink vízminőségének védelme az ipar, a mezőgazdaság, a közlekedés jelentős mérvű szennyező hatása következtében rendkívül fontos feladat. Az eredményes és komplex környezetvédelmi munka fontos állomása az ellenőrző vízanalitikai laboratóriumok felállítása. A laboratóriumokban felszíni és felszín alatti vizek, öntözővizek és szennyvizek vizsgálatára kerül sor, számos esetben egyes elemek — pl. Cu, Ni, Cd, Hg, Na — koncentrációjának meghatározása is feladat. Elemek analízisére az eddigiek során a vízanalitikában főleg lángfotometriás, polarográfiás és spektrofotometriás eljárásokat használtak. A mikroelemek szerepének tanulmányozása világszerte jelentősen megnövelte az igényt viszonylag nagy számú mintában több elem analízisére. A különféle analitikai módszerek (az előbb említetteken kívül pl. atomabszorpció, ionszelektív elektródok, tömegspektroszkópia) utóbbi években végbement fejlődése és a közöttük kialakult versengés az aktivációs analitikai módszerek nagymérvű fejlődését eredményezte. A kémiai szakfolyóiratokban egyre több olyan cikkel találkozhatunk, amelyben a szerző aktivációs analitikai méréstechnikával kapott eredményekről számol be. Ügy véljük, célszerű egy olyan tanulmány közreadása a HIDROLOGIAI KÖZLÖNY hasábjain, • amely —- elsősorban a vízanalitikai vizsgálatokat végző szakember szempontjából — összefoglalja az aktivációs analízis alapjait, azaz ismerteti a fizikai jelenség lényegét, a méréstechnikát s az eredmények kiértékelését, valamint az utóbbi évek néhány fontosabb kutatási, alkalmazási eredményét. Az első aktivációs analízist 1936-ban Hevesy György végezte, azóta a módszer szóles körben elterjedt, s a nagy neutronfluxusú atomreaktorok megjelenésével a nyomelemek meghatározása terén az egyik legnagyobb érzékenységű analitikai eljárássá fejlődött. A vízanalitikán kívül napjainkban az aktivációs analízist a tudományos kutatás s a technológia számos területén, így pl. az orvostudományban, élelmiszerkémiában, geológiai, szilárdtestfizikai kutatásokban, technológiai folyamatok ellenőrzésére és szabályozására, sőt a kriminalisztikában is alkalmazzák. A következőkben röviden áttekintjük az aktivációs analízis (továbbiakban AA) elvét, a sugárforrásokat, a mérőberendezéseket, az eredmények kiértékelését, az AA összehasonlítását más analitikai eljárásokkal, s végül ismertetünk néhány közleményt, amelyben a szerzők AAsel végzett vízkémiai vizsgálatokról számolnak be. Röviden beszámolunk a dubnai Egyesített Atomkutató Intézet Neutronfizikai Laboratóriumában folyó neutronaktivációs munkánkról is. Az aktivációs analízis "elve Az AA módszerével az anyagok elemi összetétele határozható meg. A módszer lényege az, hogy az analizálandó mintát nukleáris részecskékkel (legtöbbször neutronokkal) sugározzák be, s így magreakciók révén a vizsgálandó elemek radioaktív izotópjait állítják elő. A besugárzott minták radioaktív sugárzásának mérésével kvalitatív és kvantitatív meghatározások végezhetők. Az aktiválás leggyakrabban neutronokkal történik. A neutronaktivációs analízis (továbbiak* Megyei Élelmiszerellenőrző ós Vegyvizsgáló Intézet, Győr. Jelenleg: Egyesített Atomkutató Intézet, Neutronfizikai Laboratórium,'Dubna, Szovjetunió. ** Eszakdunántúli Vízügyi Igazgatóság, Győr. ban NA A) szempontjából az (n, y) típusú magreakció a legfontosabb. A t ideig besugárzott minta aktivitását a következő képlettel számíthatjuk: ^=1^.0.0(1-6-"), ahol: N a target magok száma, 0 fluxus, Ő hatáskeresztmetszet, A bomlási állandó. A besugárzást 3—5 felezési időnél tovább folytatni nem érdemes, hisz az S= 1 — er u telítési faktor közel egységnyivé válik. Besugárzás után az aktivitás a radioktív bomlás törvényszerűségeinek megfelelően a hűtés s a mérési idő alatt exponenciálisan csökken. Megemlítjük, hogy az utóbbi időben fokozott figyelmet fordítanak a prompt sugárzás mérésén alapuló módszerek fejlesztésére. A prompt sugárzás mérése során a mérési idő egybeesik a besugárzási idővel, s mivel a prompt sugárzás független a termékmag nukleáris tulajdonságaitól, így kiküszöbölhető a klasszikus AA néhány hátránya. A termékmag nukleáris tulajdonságai az A A szempontjából akkor kedvezőtlenek, ha: 1. a felezési idő túl hosszú 2. a felezési idő túl rövid 3. nincs y sugárzás Ki kell azonban hangsúlyozni, hogy bár azonos besugrázó fluxus esetén a prompt s a késleltetett y sugárzás mérésén alapuló ÄA közül a prompt módszer a nagyobb érzékenységű, a prompt eljárás legtöbb esetben nem versenyképes a radioaktivációs módszerrel. Ennek oka az, hogy prompt mérés esetén a neutronnyalábot kollimátorokon keresztül a reaktor biológiai védelmén kívül hozzuk, s így 10

4—10® nagyságrendű fluxuscsökkenés lép fel. Tükrös neutronvezető csövek alkalmazásával a termikus neutronok esetében a fluxuscsökkenés jelentősen mérsékelhető, s ez várhatóan majd megnyitja az utat a prompt módszerek szélesebb körben történő alkalmazása terén. A neutronvezető csövek alkalmazásának másik nagy előnye a y háttér jelentős mérvű csökkenése. Az analitikai feladat általában a következő: pl. egy adott vízmintában adott számú elemet kell meghatározni adott relatív pontossággal egy adott érzékenységi tartományban. A feladat megoldásához mindenekelőtt meg kell ismerkedni a kérdéses elemek izotópjainak nukleáris adataival (hatáskeresztmetszet, bomlási mód stb.), s ezek alapján ki kell választani az AA céljára a legmegfelelőbb magreakciót. A besugárzó-, mérő- és értékelőrendszer főbb paramétereinek (fluxus, detektálási hatásfok stb.) ismeretében számítással általában közelítőleg meghatározható az AA módszer