活化分析

测定同位素组成的方法

活化分析（activation analysis）是指用一定能量和流强的中子（包括热中子、超热中子、快中子、冷中子）、带电粒子（质子、氘子、 3He、 4He、重离子等）或者高能γ光子轰击试样，使待测原子受激活化，然后测定由核反应生成的放射性核素衰变时放出的缓发辐射，或者直接测定核反应时放出的瞬发辐射，从而实现核素及元素定性和定量分析的方法。

原理

用一定能量和流强的中子、带电粒子或γ射线同样品中所含核素发生核反应，使之成为放射性核素（这个过程称为活化），测量此放射性核素的衰变特性（如半衰期、射线的能量和射线的强度等）来确定待分析样品中所含核素的种类及其含量。如用热中子活化分析砷，所用的核反应为：

n+75As→76As*+γ

或记为75As(n,γ)76As。由于76As既放出β射线，又发射γ射线，半衰期为26.32小时，因此利用核辐射测量仪器探测76As的放射性，便可鉴别有没有砷，以及有多少砷。

沿革

1934年J.查德威克和M.戈德哈伯实现了第一次光子活化分析。1936年G.赫维西和H.莱维，进行了世界上首次中子活化分析。他们用200—300毫克的Ra–Be中子源（中子产额为3×106中子/秒），借助164Dy(n, γ)165Dy核反应（活化反应截面为3,900±300靶，生成核165Dy的半衰期为139.2分），测定了氧化钇（Y2O3）中的镝（Dy），定量分析的结果为10－3克/克。1938年G.西博格和J.利文格德用加速器产生的氘束测定了纯铁中的镓，进行了第一次的带电粒子活化分析。1942年建成了可提供比同位素中子源高得多的中子通量的反应堆，1948年又研制成了NaI（Tl）闪烁探测器，这两大发明将中子活化分析推到了一个新的阶段。1951年，雷第考脱等人首次实现了反应堆的热中子活化分析，从而使活化分析成为当时灵敏度最高的分析方法。20世纪60年代后，由于能量分辨率比NaI（Tl）好几十倍的半导体探测器的出现，以及计算机的应用，活化分析取得了迅猛的发展。70年代以来，由于辐照设备和各种探测技术的不断完善，活化分析已经广泛应用于材料科学、海洋学、环境科学、生物学、医学、地球化学、宇宙化学、考古学和其他领域。中国自1958年第一座实验性重水反应堆建成后，立即开展了活化分析的研究及应用。

特点

活化分析依赖于核反应、核性质和核谱学，因此不同于其他依赖于核外电子跃迁的分析方法（如原子吸收法、等离子体发射谱法、电化学法等）。主要优点是：①灵敏度高。活化分析对元素周期表中大多数元素的分析灵敏度在10－6—10－13克/克之间。因此，利用活化分析测试样品时，取样量可少至毫克量级甚至微克量级，这对于某些稀少珍贵样品的分析具有重要应用价值。②准确度高和精密度好。准确度表征测定值与真值的偏离程度，精密度表征测定值之间的离散程度。实践证明，活化分析在多数情况下是准确度最好的分析方法之一，因此在分析比对活动中，常被用作仲裁分析方法。③非破坏性分析。由于高分辨率半导体探测器的应用，使活化分析在许多情况下可实现非破坏性分析，这不仅避免了其他分析方法需要溶解样品而带来的困难，而且活化分析用过的样品，等其放射性衰变到一定程度后，还可供其他研究使用。④多元素分析。活化分析可在一份试样中，同时测定30—40种元素，甚至高达50种以上。⑤无试剂空白。在其他痕量分析方法中，往往需要将样品作各种形式的化学处理，由于所用试剂中混有微量杂质，这是形成分析误差的重要原因。活化分析一般在反应堆照射前不作任何化学处理，因此无试剂沾污之虞。⑥无须定量分离。即使照射后采用放射化学分离的活化分析，一般采用加载体、测化学回收率的方法进行，因此可避免痕量分析中困难的定量分离操作。⑦可测定同位素组成。这是活化分析的本征性质，不仅可实现元素定量分析，而且可给出同位素比值。

活化分析亦具有一些缺点：①分析灵敏度因元素而异，且变化很大。以活化分析中最常用的热中子活化分析为例，其对金、铱、锰等元素的灵敏度很高，但对铅的灵敏度很差。②由于核衰变及核辐射测量的固有的统计性，致使活化分析存在着独特的统计误差。③用于活化分析的设备比较复杂，且价格较贵。此外，还须有相应的辐射防护设施。

分类

活化分析可根据不同的方法进行分类：①按照射粒子分类。可分为热中子活化分析、超热中子活化分析、快中子活化分析、质子活化分析、重离子活化分析、光子活化分析等。②按工作方法分类。可分为仪器活化分析（又称非破坏性活化分析）和放射化学活化分析（又称破坏活化分析）。前者在分析过程中对样品不作任何处理，而后者需进行化学操作。③按活化分析性分类。可分为绝对法和相对法。前者无须使用标准，因为活化分析法从其本质讲，是一种绝对分析方法，只要已知照射粒子通量、核反应激发曲线以及生成核的绝对放射性活度，就可计算出待测元素的含量。相对法是指采用化学标准、标准参考物质或内标等方法，计算待测元素的含量。

应用

由于高分辨半导体γ射线探测器的使用，电子计算机在核分析技术上的应用，以及在此基础上建立的各种高效的γ能谱分析及数据处理系统，可以快速、自动地对复杂的γ谱形进行解析、计算和同位素识别，促进了活化分析技术的迅速发展，并可以使分析过程完全自动化。

活化分析技术已成为现代先进痕量分析技术之一，不仅在高纯材料研究中，而且广泛用于环境科学、生物医学、材料科学、地学、考古学、法学等领域。典型例子有用中子活化分析测定拿破仑头发中砷的含量及其变化，从而推断他的死因；用中子活化法研究白垩系和第三系界线（距今约6,500万年）黏土层中铱丰度的异常，从而提出恐龙绝灭的地外物质撞击模型；用中子活化法研究大气细颗粒物中的元素丰度分布特征，从而证明大气细颗粒物质可迁移数百甚至数千千米，造成大尺度的环境污染；用中子活化法测定土壤中汞的含量变化，有可能确定古代墓址；用瞬发γ射线中子活化法可测定材料表面氢的剖面分布等。

发展趋势

学科领域交叉

活化分析发展的特点之一是学科领域交叉，这主要是指生命科学、地学和环境科学，这三门学科约占活化分析工作总数的80%以上。分析方法交叉是指活化分析法和其他核分析法（如质子激发X射线荧光法、质子散射法等）及非核分析法（如气相色谱法、激光光谱法等）的交叉配合使用和相互验证。

新活化机理

为了满足固体材料改性、半导体材料和合金材料中痕量轻元素分析的要求，一些国家正在积极开展冷中子源诱发的带电粒子反应，以测定固体介质中的氦、锂、硼、氮和氧等的深度分布。

新领域的开拓

在γ射线天文学研究中，有时需将探测器发射到行星表面进行现场测定。这一工作要求探测器尽可能轻便、可靠。小型加速器和γ能谱仪联用就有可能完成这一任务。已有人进行模拟实验，利用中能氘子活化分析测定地球外物质的化学组成。

特效放射化学

使活化分析不仅能测定样品中元素的含量，而且还能深入研究元素的分布和化学状态。例如矿物学研究中，利用不同的前处理法，可测定元素在地质样品中的分布特征；在生物学研究中，可测定元素在生物组织中的化学状态。

计算机的应用

在活化分析中，应用电子计算机控制操作程序，可实现分析仪器自动化和样品的连续测定。例如配有电子计算机的锗（锂）γ能谱仪可同时测定几百个样品中的几十种元素。

全国各地天气预报查询