Analisi radiochimica per attivazione

L’analisi radiochimica 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.

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 sono 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 radiochimica per attivazione è un mezzo per determinare la concentrazione 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 un radioisotopi, la cui attività può essere misurata con accuratezza cosa che ne permette il dosaggio.

Esempio

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. Essi  sono ottenibili, ad esempio, da un reattore nucleare e che sono assorbiti da un gran numero di nuclei. Nella figura

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

Analisi non distruttiva

La forma più semplice dell’analisi radiochimica 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 che 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. Si escludono così le 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.

Analisi distruttiva

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
• analisi del pulviscolo
• 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.

Il carattere non distruttivo dell’analisi per attivazione costituisce un metodo analitico insostituibile:

• per talune applicazioni archeologiche
• nell’analisi di opere d’arte, monete, gioielli, reperti di valore storico