4. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Phương pháp phân tích kích hoạt nơtron (NAA)
Phương pháp này cho độ chính xác cao, có giới hạn phát hiện cỡ ppm, một vài trường hợp cỡ ppb. Việc ứng dụng phương pháp kích hoạt nơtron để xác định các nguyên tố vết trong đất rất quan trọng, đặc biệt là các nguyên tố đất hiếm. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp là bắn phá nơtron vào các mẫu nghiên cứu mà kết quả là các hạt nhân phóng xạ được tạo thành theo các kiểu phản ứng sau:
(n,γ); (n,p); (n,α); (n,2n); (n,f)
Như vậy, ví dụ một phản ứng hạt nhân viết dưới dạng tổng quát (n,γ) được biểu diễn như sau: AX n
z 1 0 (A X z1 )* (A X z1 ) Trong đó:
- X là hạt nhân của nguyên tố cần phân tích.
- X* là hạt nhân của đồng vị phóng xạ tạo thành sau phản ứng. - n là nơtron nguồn.
Do phản ứng (n,γ) có tiết diện bắt nơtron tương đối lớn và n có khả năng xuyên sâu mạnh (vì không mang điện tích ) nên thường được áp dụng để phân tích cho đa số các nguyên tố. Khi bị kích hoạt bằng nơtron, số hạt nhân
18
phóng xạ tạo thành và tốc độ phân rã của chúng (gọi là hoạt độ) tỷ lệ với số hạt nhân bền ban đầu.
Có hai phương pháp phân tích kích hoạt nơtron là kích hoạt dụng cụ (INAA) và kích hoạt xử lí mẫu (RNAA).
1. Phương pháp phân tích kích hoạt nơ tron dụng cụ INAA (Instrumental-Neutron-Activation-Analysis).
Nguyên tắc của phương pháp INAA là mẫu phân tích không bị phá hủy (không xử lý hóa) và chỉ có thể áp dụng thuận lợi khi tỷ số hoạt độ giữa nền và nguyên tố quan tâm thấp hoặc bằng không, cũng như không có sự trùng hợp hoặc sai khác rất ít giữa các giá trị chu kỳ bán hủy (T1/2), năng lượng bức xạ (Eγ ) của nguyên tố cần phân tích với thành phần nền.
2. Phương pháp phân tích kích hoạt nơtron phóng xạ RNAA (Radiochemical-Neutron-Activation-Analysis)
Nhiều nguyên tố nằm trong những vật liệu có thành phần phức tạp, khi chiếu xạ chúng bị gây nhiễu bởi các nguyên tố khác có trong vật liệu mẫu, điều này đưa đến việc xác định sẽ khó khăn hoặc không chính xác. Do vậy để giải quyết bài toán này người ta kết hợp các phương pháp tách làm giàu vào trong phân tích kích hoạt để đưa đồng vị nghiên cứu về dạng cô lập, một mặt để tránh sự cản trở và mặt khác để làm giàu hàm lượng của nó. Nhờ vậy mà nâng cao độ nhạy và độ chính xác của phương pháp. Các phương pháp tách làm giàu có thể được tiến hành trước hoặc sau khi chiếu xạ mẫu, nghĩa là tách trước hoặc tách sau [11].
Như vậy để phân tích các nguyên tố bằng RNAA ngoài các bước như INAA ta phải thêm công đoạn xử lí mẫu
19
Các nguyên tố thường được tách dưới dạng oxalat hoặc florua, sau khi chúng được tách khỏi một loạt các nguyên tố khác bằng phương pháp chiết, sắc kí trao đổi ion hoặc sắc kí chiết. Một trong các phương pháp tách tổng hoặc các nguyên tố đất hiếm riêng biệt hữu hiệu nhất là phương pháp sắc kí trao đổi ion. G.A Wandless đã đưa ra sơ đồ tách bằng sự kết hợp giữa hai phương pháp kết tủa và sắc kí trao đổi ion trong nhóm đất hiếm riêng biệt trong mẫu meteorit có hàm lượng đất hiếm thấp. Những năm gần đây, việc dùng hỗn hợp axit-rượu của nhóm rượu aliphatic để tách hóa chất được nghiên cứu mạnh mẽ, khả năng hấp thụ các nguyên tố đất hiếm tăng dần với sự tăng nồng độ của rượu và được rửa trôi khỏi cột khi giảm nồng độ rượu theo trình tự giảm dần số nguyên tử trong dãy nguyên tố đất hiếm.
20
Bảng 1.2. Những số liệu cần thiết để phân tích các nghuyên tố đất hiếm bằng phương pháp kích hoạt nơtron [4]
Nguyên tố Đồng vị phóng xạ Chu kì bán rã Năng lượng (KeV) Khả năng ảnh hưởng La La-140 40.2 giờ 315.1568
Ce Ce-141 32.5 ngày 145.5 Yb-175
Nd Nd-147 11.1 ngày 531 Sm Sm-153 46.8 giờ 103 Nb/U Eu Eu-152 12.7 năm 122.1408 Ba Gd Gd-153 18 giờ 385 Tb Tb-160 72.1 ngày 299.964 Pa/Th Dy Dy-165 139 phút 94.5 Yb Yb-175 4.21 ngày 282.396
Lu Lu-177 160.4 ngày 208 Nb/U