Способ определения содержания дейтерия в воде Советский патент 1988 года по МПК G01N23/221 

11 ;v

Способ отнесшей к яд( р(го-(Ьчтичос ким методам К(Т11троля (:огт,ЧЕ(л пешееi- ва и может илйти примеиппио при оирр делепии деГттерия, например в природ

ных водах. Изучение закономорнострй распределения дейтерия п прир()Д( родах в комплексе r идpoгeo IorIIчecк ix исследований позволяет решать ряд проблем, свячанных с условиями формирования под:эемных РОД, что н итоге дает информацию об условиях формироп ния и сохранения нефтяных и глзопых залежей, о фронте 11рог-11,1слопьгх вод, закачиваемых в продуктипный нефтяной пласт, о пригодности глубинньгх горизонтов для захоронения про лпгтонньгх сточных вод, о ресурсах подземных вод и др.

Целью изобретения является поньппе- ние чувствительности анализа.

Способ основан на том, что изотопный состав водорода в пробе воды и синтезированной на ее основе гидроокиси одинаков, так как изотопн,1Й обмен между дейтерием воды и водородом. связанным с кислородом (например в группе гидроксила OFI ) , происходит мгновенно и наблюдается равнораспре- делени е изотопов Водорода по фазам и химическим соединениям. По этой причине содержание дейтерия в пробе воды прямо пропорционально его содержанию в гидроокиси.

Надежная реализация этого условия требует применения окиси, не содержащей примеси водорода (адсорбированной водь: или гидроксильных групп), и проведения полного гашения. Дпя этого необходимо брать свежеприготовлен- ную окись и вести пробоподготовку в избытке воды.

Пробеги тяжелых ионов в веществе малы и составляют единицы - десятки мг/см (в Са(ОН)2 пробег 14 МэВ ио- нов С равен - 2,9 мг/см ), поэтому величина навески исследуемой пробы гидроокиси может быть не более 0,1 г а следовательно, и требуемая величина объема пробы воды может быть не боль- ше I мл.

Повьппение чувствительности определения дейтерия достигается как за счет увеличения выхода аналитического радионуклида, образующегося по пря мой ядерной реакции, а не по вторичной, как в прототипе, так и за счет высокой избирательности активационно- го анализа на тяжелых ионах, позволя

o

5

5

Ij

0

д

0

5

3/.2

Ю1цег() oi p.iHH icHUPM чнгргии ноноя до I MTli/HyKJiHH иск. гюччть лктпвапию эле- мрнтот г 7. 8. Примриитр.мьно к указанному интерналу энергий ионов с 10-20 MtB меиглющее влияние могут ока- зыв.чть jiHiiiii ттитий и Г;ор, В результате лктип,и1ии которых ()()рлзуется радионуклид I- (t, 110 мин). При облучении пробм вод1,| необходимо использо- нать герметичн то кювету с достаточно тoлcт,lми стенклим, При прохождении стенки ионы могут потерять значительную часть энергии, что приведет к снижению чупстпите; ыюсти анализа, а при недостаточно больших энергиях ускоряемых ионов и к полной потере энергии ионоп в стенке, т.е. тгроведе- ние анализ л будет исиояможио. Поэтому перевод no;.u.i из жидкого состояния в твердую пробу гидроокиси не только возможен, но и необходим.

Способ определения содержания дейтерия в поде реализован на примере анализа проб , обработан№ гх окисью , с использованием активации ионлми углерода-12 по ядерной реакции Н( C,nrN.

П р и м е р. Для проведения анализа испол1 луют пучок ионов углерода-12 с энергией 1 МэВ и током 0,1-4 мкА. Время облучения составило 10-60 мин. Исследуемые образцы (4 штуки) с размерами 0 15x2 мм устанавливают на вращающемся мишенедержателе в вакуумной камере ионопровода циклотрона. Измерение наведенной активности радионуклида азот-13 проводят с помощью спектрометра впадений с ЭГС2-16 с кристаллами (Tl) 0 150x100 мм. Время выдержки для первого образца составило 5 мин. Время измерения задано статистической погрешностью, т.е. на- борос необходимой статистики (около отсчетов).

Для оценки чувствительности и точности способа из химически чистой гидроокиси кальция (ГОСТ 9262-66) прессуют таблетки размером 0 15x2 мм и облучают их на вращающемся мишене- держателе вместе с двумя эталонами. Эталоны готовят обработкой эталонных проб воды (дистиллированная вода с добавками тяжелой воды - 99,7% DjO) окисью кальция марки ЧДА (ГОСТ 8677- 66), предварительно прокаленной в печи при температуре 1100°С. Образовавшуюся гидроокись кальция отфильтровы:i1

B.iioT, омсупшрают и прессуют тлбпетки рл.тмером ф 15x2 мм.

В табл. I приведены результаты определения содержания дейтерия в различных пробах, Содержаю1е дейтерия в иcxoд {ыx пробах воды ряссчитыплстся по формулам

D ,,Е1D

PI-.A .

f bt.A л,.

97

Лз,

г° г .

31 )

А,

где А f°

активность азота-13, приведенная на конец облу {ения , в исследуемой пробе; содержание дейтерия (ат.%) в эталонных растворах воды; 31 активность аэота-13 для эталонов.

Содержание дейтерия в эталонах (воды) составило f, 5,263 ат.%5 f 11,11 ат., что соответствует добавке 1 и 2 мл соответственно к 19 и 18 мм H,jO.

В данном случае облучают два эталона для исключения случайной ошибки, которая может возникнуть при остановк мишеиедержателя в процессе облучения.

Введение добаночного эталона на длительности анализа практически не сказывается, так как измерение активности эталона не требует больших затрат времени и производится после мерения активности исследуемых проб. В расчетную формулу не входят значения потоков ионов по той причине, что при облучении образцов с одинаковыми размерами на вращающемся мишенедержа

9863

9800

3,А61

0,0150 0,0149 5,263

0

5

0

5

0

35

i.

тг ле гттоки на каждом из обралпои одинаковы. Об этом свидетельствует и эксперимент с облучением 4 эталонов - записимостг:. активности азота-13 на конец облучения от содержания дейтерия для одной серии строго линейная ( табл. 2).

Чувствительность предлагаемого способа высока и составляет ат.% дейтерия. Способ позволяет производить облучение сразу нескольких проб на вращающемся мтппенедержателе, что, в спою очередь, обеспечивает высокую (для активациониого анализа) точность определения. Предлагаемьп способ достаточно прост и обладает высокой избирательностью, поскольку отсутствуют иитерферен1и1И от других элементов в указанном интервале энергий ионов уг- лерода-12. Это позволяет использовать его для определения дейтерия в природных водах.

Формула изобретения

Способ определения содержания дейтерия в воде, включающий облучение исследуемой пробы потоком иониэирукидего излучения и измерение наведенной активности аналитического радионуклида, отличающийся тем, что, с целью повьппения чувствительности анализа, для приготовления исследуемой пробы образец воды обрабатывают окисью щелочно-земельного металла, фильтруют и высушивают образовавшуюся гидроокись, а облучение ее проводят потоком тяжелых ионов.

Таблица

9800

3,А61 10

7,305-10

11,11

Содержание дейтерия , ат. Z

Активиость азота- 13, совп/сек

Коэффициент пропорциональности, Ю

Среднее значение

5,263 11,111 3,0001,524

9АО,2А 1983,43 530,42271,03

5,602 5,6565,623

5,61910,0278

Составитель А. Сильнов Редактор М. Кузнецова Техред М.Ходанич Корректор А. Ильин

Заказ 3389Тираж 847Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делан изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таблица 2

Изобретение относится к ядерно- физическим методам контроля состава вещества и может быть использовано для определения дейтерия в Природных водах, биологических объектах (после их сжигания до углекислого газа и воды) и др. Целью изобретения является повьппение чувствительности анализа. Для зтого исследуемую пробу воды обрабатывают окисью щелочно-земельного металла, отфильтровывают образовавшуюся гидроокись, высушивают ее и после этого облучают полученный образец потоком тяжелых ионов. Высокая чувствительность опреде:1ения дейтерия