الكيمياء التحليلية الإشعاعية

يتميز تحلل ألفا بانبعاث جسيم ألفا، وهو نواة هيليوم ^-4 . يؤدي نمط هذا التحلل إلى انخفاض عدد البروتونات والنيوترونات في النواة الأصلية. ويتبع هذا النوع من التحلل العلاقة التالية:

${\displaystyle {}_{Z}^{A}\!X\to {}_{Z-2}^{A-4}\!Y+{}_{2}^{4}\alpha }$^{[ 3 ]}

يتميز تحلل بيتا بانبعاث نيوترينو ونيجاترون، وهو ما يعادل إلكترونًا . تحدث هذه العملية عندما تحتوي النواة على فائض من النيوترونات مقارنةً بالبروتونات، وذلك عند مقارنتها بالنظير المستقر . يحوّل هذا النوع من التحولات النيوترون إلى بروتون؛ وبالمثل، ينطلق البوزيترون عند تحويل البروتون إلى نيوترون. وتتبع هذه التحللات العلاقة التالية:

${\displaystyle {}_{Z}^{A}\!X\to {}_{Z+1}^{A}\!Y+{\bar {\nu }}+\beta ^{-}}$${\displaystyle {}_{Z}^{A}\!X\to {}_{Z-1}^{A}\!Y+\nu +\beta ^{+}}$^{[ 4 ]}

يتبع انبعاث أشعة غاما أنماط الاضمحلال التي نوقشت سابقًا، حيث يترك الاضمحلال نواة ابنة في حالة إثارة. هذه النواة قادرة على العودة إلى حالة طاقة أقل عن طريق إطلاق فوتون. ويتبع هذا الاضمحلال العلاقة التالية:

${\displaystyle {}^{A}\!X^{*}\to {}^{A}\!Y+\gamma }$^{[ 5 ]}

تجمع أجهزة الكشف عن التأين الغازي الإلكترونات المتحررة من ذرات وجزيئات الغازات نتيجة تفاعلها مع الإشعاع المنبعث من المصدر، وتسجلها. يُطبق فرق جهد بين قطبين كهربائيين داخل نظام مغلق. وبما أن ذرات الغاز تتأين بعد تفاعلها مع الإشعاع، فإنها تنجذب إلى المصعد، مما يُنتج إشارة. من المهم تغيير الجهد المطبق بحيث تقع الاستجابة ضمن نطاق تناسبي حرج.

مبدأ عمل كواشف أشباه الموصلات مشابه لكواشف تأين الغاز، باستثناء أنه بدلاً من تأين ذرات الغاز، يتم إنتاج إلكترونات وفجوات حرة تُولّد إشارة عند الأقطاب الكهربائية. وتكمن ميزة كواشف الحالة الصلبة في دقة طيف الطاقة الناتج. عادةً ما تُستخدم كواشف NaI(Tl)، وللتطبيقات الأكثر دقة، تم تطوير كواشف Ge(Li) وSi(Li). وللقياسات فائقة الحساسية، تُستخدم كواشف الجرمانيوم عالية النقاء في بيئة من النيتروجين السائل. ^{[ 6 ]}

تستخدم كواشف الوميض مصدرًا ضوئيًا متألقًا (مثل كبريتيد الزنك) يتفاعل مع الإشعاع. عندما يتحلل جسيم مشع ويصطدم بالمادة المتألقة، ينطلق فوتون. يُضاعف هذا الفوتون في أنبوب مضاعف ضوئي يحول الضوء إلى إشارة كهربائية. تُعالج هذه الإشارة بعد ذلك وتُحوّل إلى قناة. بمقارنة عدد الفوتونات بمستوى الطاقة (عادةً بالكيلو إلكترون فولت أو الميغا إلكترون فولت)، يُمكن تحديد نوع التحلل.

يصعب قياس العينات ذات التركيزات المنخفضة جدًا بدقة نظرًا لترسب الذرات المشعة بشكل غير متوقع على الأسطح. وقد يعود فقدان العينات عند مستويات ضئيلة إلى التصاقها بجدران الحاويات ومواقع سطح المرشحات بفعل الامتزاز الأيوني أو الكهروستاتيكي ، بالإضافة إلى الرقائق المعدنية والشرائح الزجاجية. ويُعدّ فقدان العينات مصدر قلق دائم، لا سيما في بداية مسار التحليل حيث قد تُفاقم الخطوات المتتابعة هذه الخسائر.

توجد حلول متنوعة معروفة للتغلب على هذه الخسائر، وتشمل إضافة حامل غير نشط أو إضافة مادة مشعة. كما أظهرت الأبحاث أن المعالجة المسبقة للأسطح الزجاجية والبلاستيكية يمكن أن تقلل من امتصاص النويدات المشعة عن طريق تشبيع المواقع. ^{[ 7 ]}

نظرًا لأن التحليل يتم عادةً باستخدام كميات صغيرة من النويدات المشعة، فإن آليات التعامل مع هذه الكميات الضئيلة تُعدّ تحديًا. تُعالج هذه المشكلة تقليديًا باستخدام أيونات حاملة . وبالتالي، تتضمن إضافة الحامل إضافة كتلة معلومة من أيون مستقر إلى محلول العينة المحتوي على النويدة المشعة. يكون الحامل من نفس العنصر ولكنه غير مشع. يتمتع الحامل والنويدة المشعة المراد تحليلها بخصائص كيميائية متطابقة. عادةً ما تُختار كمية الحامل المضافة بطريقة تقليدية لتسهيل وزنها بحيث تكون دقة الوزن الناتج في حدود 1%. بالنسبة لجسيمات ألفا، يجب تطبيق تقنيات خاصة للحصول على مصادر العينات الرقيقة المطلوبة. وقد استخدمت ماري كوري الحوامل بكثرة ، ووُظّفت في أول تجربة عملية للانشطار النووي . ^{[ 8 ]}

يُعدّ التخفيف النظائري عكس إضافة المُتتبّع. ويتضمن إضافة كمية معلومة (صغيرة) من نظير مشع إلى العينة التي تحتوي على عنصر مستقر معروف. يُطلق على هذه المادة المضافة اسم "المُتتبّع". تُضاف في بداية إجراء التحليل. بعد تسجيل القياسات النهائية، يُمكن تحديد كمية الفقد في العينة كميًا. يُغني هذا الإجراء عن الحاجة إلى أي استرداد كمي، مما يُبسّط عملية التحليل بشكل كبير.