INSTITUTO SUPERIOR Tecnológico PÚBLICO

“SIMÓN BOLÍVAR”

ÁREA ACADÉMICA DE TECNOLOGÍA DE ANÁLISIS QUÍMICO

…………………………………………………………………………

INFORME DE ANÁLISIS QUÍMICO INSTRUMENTAL

“METODOS

RADIOQUIMICOS”

MICRO GRUPO:

LEÓN SALVADOR, Mayra NAVARRO INFANTES, CECILIA ORTIZ DAVILA, Luis TREBEJO ZELAYA, Liset

DOCENTE:

ING. SALAZAR LOZANO, Lely

FECHA DE ENTREGA:26/06/12

CICLO:

V - DIURNO

BELLAVISTA -CALLAO - 2012

INTRODUCIÓN………………………………… …… Pag. 03

OBJETIVOS …………………………………..…. Pag.04

MARCO TEÓRICO………………………………….. Pag. 05

CONCLUSIONES ……………………………….. Pag. 15

RECOMENDACIONES……………………………... Pag. 16

ANEXO………….………….. ………………………… .Pag. 19

BIBLIOGRAFÍA………………………………………Pag. 21

Por medio de este informe que a continuación se estará presentando, nos menciona información relacionada acerca de un tema de suma importancia que son , los Métodos Radioquimicos.

Como sabemos los métodos radioquímimcos, cada vez están siendo más utilizados por la gran sensibilidad y rapidez por la cual se determina elementos presentes en un muestra problema a diferencia de otros métodos que demoran horas y son más costosos y los resultados no son tan precisos como las que se pueden determinar por los métodos radioquimicos. Es por ello que cada vez estos métodos cobran mucha importancia en muchas industrias, tales como la minera, la textil, la metalúrgica y la petrolera, y en otros campos como la arqueología y la criminología.

Es por eso que es muy importante tener conocimiento de este tema y sobre todo entenderlo.Esperamos que con esta información sea de más fácil acceso para poder entenderlo, para de esta manera ser profesionales competentes.

Atentamente, Grupo 3

3.1 OBJETIVO GENERAL:

Los Métodos Radio químicos

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer y describir que con los métodos radioquimicos.

Conocer las ventajas y desventajas de estos métodos

Aplicaciones de los métodos radioquimicos

Ver de qué manera interviene o es importante aplicar los métodos radioquimicos

4.1 DEFINICIóN:

Los métodos radioquimicos se basan en la medida de la radiación de alta energía que emiten los isótopos radiactivos. Con ello se consigue detectar la presencia de algunas sustancias en una muestra, así como determinar su concentración.

Debido a que este tipo de radiación es muy energética y penetrante, resulta de muy simple y fácil medida, aun cuando sea de muy pequeña magnitud, por lo que los métodos radioquimicos constituyen una de las técnicas más sensibles en la detección y análisis de sustancias

La disponibilidad tanto de isotopos radiactivos naturales como artificiales ha hecho posible el desarrollo de métodos analíticos (métodos radioquímicas) que son a la vez sensibles y específicos'. Estos procedimientos se caracterizan normalmente por una buena exactitud y una amplia aplicabilidad; además, algunos reducen o eliminan separaciones químicas que son necesarias en otros métodos analíticos.

Los métodos radioquímicas son de tres tipos según sea el origen de la radiactividad. En análisis por activación, la actividad es inducida en uno o más elementos de la muestra por irradiación con radiación o partículas adecuadas (normalmente neutrones térmicos de un reactor nuclear); se mide a continuación la radiactividad resultante. En la segunda categoría se encuentran los métodos en los que la radiactividad se introduce físicamenteen la muestra por adición de una cantidad medida de una especie radiactiva denominada marcador radioquímica. La clase más importante de métodos cuantitativos basada en este procedimiento es el método de dilución isotópica, en el que una cantidad pesada de analito marcado radiactivamente y que tiene una actividad conocida se añade a una cantidad medida de la muestra. Después de mezclar completamente para asegurar la homogeneidad, se aísla y purifica una fracción del analito; el análisis determina la actividad de esta fracción aislada. Además, los químicos orgánicos a menudo utilizan reactivos que han sido marcados con marcadores radiactivos con objeto de elucidar los mecanismos de reacción. La tercera clase de métodos implica medidas de radiactividad que tiene lugar de manera natural en una muestra. Ejemplos de este tipo de métodos son la medida de radiación en el aire de una casa o de uranio en materiales de loza y cerámica.

4.2. ISÓTOPOS RADIACTIVOS

Todos los núcleos están constituidos por un conjunto de protones y de neutrones excepto uno, que obviamente es el núcleo del hidrógeno, que consta de sólo un protón. Las propiedades químicas de un Átomo están determinadas por su número atómico Z, que es el número de protones que contiene su núcleo. La suma del número de neutrones y de protones en un núcleo es el número másico A2. Los isótopos de los elementos son Átomos que tienen el mismo número atómico pero diferente número másico. Esto es, los núcleos de los isótopos de un elemento contienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.

Los isótopos estables son aquellos que nunca se han desintegrado espontáneamente. Los isótopos radiactivos (radionucleidos), por el contrario, se experimentan desintegración espontánea, la cual da lugar finalmente a isótopos estables. La desintegración radiactiva de los isótopos se produce con la emisión de radiación electromagnética en forma de rayos X o rayos gamma (rayos y); con la formación de electrones, positrones y núcleos de helio; o por fisión, en la que un núcleo se rompe en núcleos más pequeños.

4.2.1 Productos de desintegración

Radiactiva

La Tabla 32-1 enumera los tipos más importantes de radiación producidos en la desintegración radiactiva (desde el punto de vista químico). Cuatro de estos tipos -partículas alfa, partículas beta, fotones de rayos gamma y fotones de rayos X- se pueden detectar y contar con varios de los detectores descritos en el Apartado 1213-4. Así, la mayoría de los métodos radioquímicas de análisis se basan en el recuento de los impulsos de electricidad producidos cuando estas partículas de desintegración o los fotones chocan con un detector de radiación.

4.2.2. Procesos de desintegración

Diversos tipos de procesos de desintegración radiactiva dan lugar a los productos citados en la Tabla 32-1.

TABLA 32-1. Características de los productos usuales de la desintegración radiactiva

Número

Producto Símbolo Carga másico

Partículas alfa +2 4

Partículas beta

Negatrón -1 1/1.840(-0)

Positrón +l 1/1.840(-0)

Rayos gamma 0 0

Rayos X 0 0

Neutrón n 0 1

Neutrino v 0 0

Desintegración alfa

La desintegración alfa es un proceso radiactivo que sucede normalmente en los isótopos más pesados. Los isótopos con número másico menor de 150 aproximadamente (Z - 60) raramente producen partículas alfa. La partícula alfa es un núcleo de helio que tiene una masa de 4 y una carga de +2. Un ejemplo de desintegración alfa se muestra mediante la ecuación

En este caso, el uranio-238 (238U) se convierte en torio-234 (234Th), nucleido hijo que tiene un número atómico que es dos unidades menor que el del progenitor.

Las partículas alfa de un proceso de desintegración concreto son mono energéticas o están distribuidas en un intervalo relativamente pequeño de energías discretas. Por ejemplo, el proceso de desintegración mostrado en la Ecuación 32-1 tiene lugar por dos caminos distintos. El primero, que sucede en el 77 por 100 de las desintegraciones, produce partículas alfa con una energía de 4,196 MeV3. El segundo camino (23 por 100 de las desintegraciones) produce partículas alfa que tienen una energía de 4,149 MeV; esta reacción está acompañada por la liberación de un rayo gamma de 0,047 MeV.

Las partículas alfa pierden progresivamente su energía debido a colisiones al atravesar la materia y finalmente se convierten en Átomos de helio al capturar dos electrones de su entorno. Su masa y carga relativamente elevada hace que las partículas alfa sean muy efectivas en la producción de pares de iones en la materia que

traviesa; esta propiedad facilita su detección y medida. Debido a su elevada masa y carga, las partículas alfa tienen un bajo poder de penetración en la materia. La identidad de un isótopo que sea un emisor alfa puede establecerse midiendo la distancia (o intervalo) en el cual las partículas alfa emitidas producen pares de iones en un medio concreto (a menudo aire).

Las partículas alfa son relativamente ineficaces para la producción de isótopos artificiales debido a su bajo poder de penetraciòn.

Desintegración beta

Se considera como una desintegración - cualquier reacción nuclear en la que el número atómico Z cambia pero el número másico A permanece constante. Existen tres tipos de desintegración  -: formación de un negatrón, formación de un positrón y captura electrónica. Ejemplos de los tres procesos son:

En este caso, - y v en las dos primeras ecuaciones representan un antineutrino y un neutrino, partículas que no tienen significado en química analítica. La tercera ecuación muestra un proceso de desintegración  -  denominada captura de electrón. En este caso, la captura de un electrón por el núcleo de 24Cr produce 2gV, pero este proceso deja uno de los orbitales atómicos del vanadio con un electrón menos (normalmente el 1 s, u orbital K, caso en el que el proceso se denomina captura K). Cuando un electrón de uno de los orbitales externos llena el hueco libre en el proceso de captura, se produce la emisión de rayos X. Hay que destacar que la emisión de un fotón de rayos X no es un proceso nuclear, pero sí que lo es la captura de un electrón por el núcleo.

Se crean dos tipos de partículas -  por desintegración radiactiva. Los negatrones (- -) son electrones que se forman cuando uno de los neutrones setransforma en un protón en el núcleo. Por el contrario, los positrones (-+), que tienen la masa del electrón, se forman cuando el número de protones en el núcleo disminuye en una unidad.

El positrón tiene una existencia transitoria y desaparece por reacción con un electrón para dar dos fotones de rayos gamma de 0,511 MeV.

En contraste con la emisión alfa, la desintegración beta se caracteriza por la producción de partículas con un espectro continuo de energías que van desde casi cero hasta un máximo que es característico de cada proceso de desintegración. La partícula beta no es ni mucho menos tan efectiva como la partícula alfa en la producción de pares de iones en la materia debido a su pequeña masa (alrededor de 1/7.000 la de una partícula alfa); al mismo tiempo, su poder de penetración es sustancialmente mayor. Las energías de las partículas beta se expresan frecuentemente como el espesor de una sustancia absorbente, habitualmente aluminio, necesario para parar la partícula.

Emisión de rayos gamma

Muchos procesos de emisión alfa y beta dejan un núcleo en estado excitado, que vuelve al estado fundamental en una o más etapas cuantificadas con la liberación de rayos gamma mono energéticos. Es importante señalar que los rayos gamma no se distinguen de los rayos X de igual energía excepto por su fuente. Así, los rayos gamma se producen por relajaciones nucleares, mientras que los rayos X provienen de relajaciones electrónicas. El espectro de emisión de los rayos gamma es característico para cada núcleo y, por tanto, Útil para identificar radioisótopos.

No es sorprendente que la radiación gamma sea muy penetrante. En su interacción con la materia, los rayos gamma pierden energía por tres mecanismos; el que predomine uno u otro depende de la energía del fotón de rayos gamma. Con radiación gamma de baja energía, predomina el efecto fotoeléctrico. En este caso, el fotón de rayos gamma desaparece después de la expulsión de un electrón de un orbital atómico del átomo diana (normalmente un orbital K).

La energía del fotón se consume totalmente en superar la energía de enlace del electrón y en proporcionar energíacinética al electrón expulsado. El efecto Compton aparece con rayos gamma relativamente energéticos. En este caso, también es expulsado un electrón del átomo, pero Este solo adquiere parte de la energía del fotón. El fotón, ahora con menor energía, sale del electrón y puede dar lugar a nuevos efectos Compton o interacciones fotoeléctricas. Si el fotón de radiación gamma posee energía lo suficientemente elevada (al menos 1,02 MeV), puede tener lugar una producción de pares. En este caso, el fotón es totalmente absorbido creándose un positrón y un electrón en el campo que rodea al núcleo.

Emisión de rayos X

Muchos procesos producen la pérdida de electrones de los orbitales más internos de un átomo. Los rayos X se pueden formar a partir de transiciones electrónicas en las que los electrones más externos llenan los huecos vacantes creados por el proceso nuclear. Uno de los procesos es la captura de electrón, que se ha estudiado anteriormente. Un segundo proceso que puede producir rayos X es la conversión interna, un tipo de proceso nuclear que es alternativo de la emisión de rayos gamma. En este caso, una interacción electromagnética entre el núcleo excitado y un electrón extra nuclear produce la expulsión de un electrón de un orbital cuya energíacinética es igual a la diferencia entre la energía de la transición nuclear y la energía de enlace del electrón (véase el Apartado 12A-3). La emisión de este llamado electrón de conversión interna deja un hueco en el orbital K, L u otro orbital más alto; los rayos X se emiten cuando el orbital se llena por una transición electrónica.

4.2.3 Velocidades de desintegración radiactiva

La desintegración radiactiva es un proceso totalmente aleatorio. Por tanto, aunque no se puede hacer ninguna predicción respecto al tiempo de vida de un núcleo concreto, el comportamiento de un gran conjunto de núcleos similares se puede describir mediante una ecuación de cinética de primer orden

                (32-2)

Donde N representa el número de núcleos radiactivos de un determinado tipo en la muestra a un tiempo t y es la constante de desintegración característica del radioisótopo. Reordenando esta ecuación e integrando en el intervalo entre t = 0 y t = t (durante el cual el número de núcleos radiactivos en la muestra disminuye de No a N), se obtiene

           

                    

La vida media, t1/2, de un isótopo radiactivo se define como el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los átomos radiactivos en una muestra; es decir, para que N sea iguala No/2. Sustituyendo No

2 por N en la Ecuación 32-3 se obtiene

             

          (32-5)

Las vidas medias de las especies radiactivas oscilan entre pocas fracciones de segundo a varios miles de millones de años.

La actividad A de un radionúclido se define como su velocidad de desintegración. Así, de la Ecuación 32-2, resulta

     

                         (32-6)

La actividad se expresa en unidades de s-1. El becquerel (Bq) corresponde a una desintegración por segundo. Esto es, 1 Bq = 1 s -1. Una antigua, pero todavía muy utilizada, unidad de actividad es el Curie (Ci), que fue originalmente definido como la actividad de 1 g de radio-226. Un curie es igual a 3,70 x 1010 Bq. En radioquímicaanalítica, las actividades de los analitos normalmente oscilan entre un nano Curie o menos hasta unos pocos micro curíes.

En el laboratorio, raramente se miden actividades absolutas, ya que las eficacias de los detectores no son generalmente del 100 por 100. En su lugar, se utiliza la velocidad de recuento R, donde R = cA. Sustituyendo. Esta relación en la Ecuación 32-6 se obtiene

                            (32-7)

En este caso, c es una constante denominada coeficiente de detección, que depende de la naturaleza del detector, de la eficacia del recuento de las desintegraciones y de la disposición geométrica de la muestra y el detector. La ley de desintegración dada por la Ecuación 32-4 puede escribirse como

EJEMPLO 32-1

En una determinada muestra, la velocidad de recuento fue de 453 cpm (cuentas por minuto) en un recuento inicial. La misma muestra presentó una velocidad de recuento de 285 cpm en un segundo experimento llevado a cabo 420 min más tarde. Suponiendo que todas las cuentas son el resultado de la desintegración de un único isótopo, ¿cuál es la vida media de ese isótopo?

Se puede utilizar la Ecuación 32-8 para calcular la constante de desintegración,.

Se puede utilizar la Ecuación 32-5 para calcular la vida media

4.2.4. Estadística del recuento

La radiactividad se mide mediante un detector que produce un impulso de electricidad por cada átomo que se desintegra. La información cuantitativa sobre las velocidades de desintegración se obtiene por recuento de estos impulsos durante un periodo dado. La Tabla 32-2 muestra los datos de desintegración típicos obtenidos para cuentas sucesivas de un minuto de una fuente radiactiva. Se observa una variación considerable de los resultados debido a que el proceso de desintegración es aleatorio. Así, las cuentas por minuto oscilan entre un mínimo de 132 y un máximo de 187.

TABLA 32-2.  Variaciones en las cuentas porminuto de una fuente radiactiva

Minutos

Cuentas

Minutos

Cuentas

1 180 7 168

2 187 8 1703 166 9 1734 173 10 1325 170 11 1546 164 12 167

Cuentas totales = 2.004.

Cuentas/min promedio = x = 167.

A pesar que el proceso de desintegración radiactiva es aleatorio, los datos no se distribuyen de acuerdo con la Ecuación a 1-13 (Apéndice 1), especialmente para cuentas bajas, ya que los procesos de desintegración no siguen un comportamiento gaussiano. La razón por la que los datos de desintegración no tienen una distribución normal se debe al hecho de que la radiactividad consta de una serie de sucesos discretos que no pueden variar continuamente como lo pueden hacer los errores indeterminados para los que se aplica la distribución gaussiana. Además, no son posibles los recuentos negativos. Por tanto, los datos no se pueden distribuir simétricamente alrededor de la media.

Con objeto de describir exactamente el comportamiento radiactivo, es necesario suponer una distribución de Poisson, que viene dada por la ecuación

                       (32-9)

En esta expresión, y es la frecuencia con la que sucede una cuenta dada xi y - es la media para un conjunto grande de datos de recuento'.

Los datos representados en la Figura 32-1 fueron obtenidos con la ayuda de la Ecuación 32-9. Estas curvas muestran la desviación (x i - -) de la cuenta promedio verdadera que deberá esperarse

Si se hubieran hecho 1.000 observaciones replicadas en la misma muestra. La curva A muestra la distribución de una  sustancia para la que la cuenta promedio verdadera, u para un periodo seleccionado es 5; las curvas B y C corresponden a muestras que tienen medias verdaderas de 15 y 35. Hay que señalar que las desviaciones absolutas aumentan a medida que se incrementa, u, pero las

desviaciones relativas se hacen más pequeñas. Obsérvesetambién que para los dos númerosmás pequeños de cuentas, la distribución es claramente asimétrica en torno al promedio; esta pérdida de simetría es una consecuencia de que es imposible una cuenta negativa, considerando que siempre existe una probabilidad finita de que una cuenta dada pueda exceder el promedio en varios órdenes.

Desviación estándar de los datos de recuento

La Ecuación 32-9 no contiene el término correspondiente a la desviación estándar para una distribución de Poisson y, claro está puede demostrarse que la anchura de las curvas como las de la Figura 32-1 depende sólo del número total de cuentas para un periodo dado cualquiera. Esto es

                           (32-10)

Donde M es el número de cuentas para un periodo dado cualquiera y sMes la desviación estándar para una distribución de Poisson.

La desviación estándar relativa sM I M, viene dada por

                      (32-11)

Así, aunque la desviación estándar absoluta aumenta con el número de cuentas, la desviación estándar relativa disminuye.

La velocidad de recuento R es igual a Mlt. Para obtener la desviación estándar en R, se aplica la Ecuación a1-28

Generalmente, el tiempo puede medirse con una precisión suficientemente elevada como para que UT - 0. La derivada parcial de R respecto a M es 1 /t. Así,

Extrayendo la raíz cuadrada de esta ecuación y sustituyendo en la Ecuación 32-10 se obtiene

EJEMPLO 32-2

Calcular las desviaciones estándar absoluta y relativa de la velocidad de recuento para (a) el primer dato de la Tabla 32-2 y (b) la media de todos los datos de la tabla.

(a) Aplicando la Ecuación 32-12 se obtiene

 

(b) Para el grupo entero,

Intervalos de confianza para las cuentas

El intervalo de confianza para una medida se definía como los límites alrededor de una cantidad medida para los que puede esperarse que se encuentre la media verdadera con una cierta probabilidad. Si la desviación estándar medida es una buena aproximación de la desviación estándar verdadera (s-s), el límite de confianza LC viendo dado por la Ecuación al-18:

Para las velocidades de recuento, la ecuación se transforma en

                        (32-14)

Donde z depende del nivel de confianza deseado. Algunos valores de z se dan en la Tabla a1-3.

EJEMPLO 32-3

Calcular los límites para el 95 por 100 de confianza (a) para el primer dato de la Tabla 32-2 y (b) para la media de todos los datos de la Tabla.

(a) En el Ejemplo 32-2, se obtuvo que sR = 13,4 cpm. La Tabla a1-3 (Apéndice 1) muestra que z = 1,96 para un nivel de  confianza del 95 por 100. Así, para R

95 % LC = 180 cpm ± 1,96 x 13,4 cpm

  = 180 (± 26) cpm

(b) En este caso, sR se obtuvo que era 3,73 cpm y

95 % LC para R = 167 cpm ± 1,96 x 3,73 cpm

= 167 (±7) cpm

Por tanto, hay una probabilidad de 95 sobre 100 de que la velocidad verdadera para R (para un promedio de 12 minutos de recuento) se encuentre entre 160 y 174 cuentas/min. Para el recuento de la parte (a), 95 de cada 100 veces la velocidad verdadera se hallará entre 154 y 206 cuentas/min.

La Figura 32-2 muestra la relación entre las cuentas totales y los niveles tolerables de incertidumbre calculados según la Ecuación 32-14. Hay que tener en cuenta que el eje de abscisas es logarítmico; por tanto, una disminución de diez veces en la incertidumbre relativa requiere un aumento de cien veces en el número de cuentas.

Correcciones del fondo

Las cuentas registradas en un análisis radioquímica incluyen el aporte de las cuentas de las fuentes distintas a la muestra. La actividad de fondo se puede deber a la existencia de pequeñas cantidades de isótopos de radón en la atmósfera, a los materiales utilizados en la construcción del laboratorio, a contaminación accidental dentro del laboratorio, a radiación cósmica y a la emisión de materiales radiactivos a la atmósfera de la Tierra.

Con el objeto de obtener una valoración fiable, es necesario corregir las cuentas totales en función del ruido de fondo. El período de recuento requerido para establecer la corrección del fondo, frecuentemente, difiere del de la muestra; por tanto, es más conveniente utilizar velocidades de recuento. Entonces,

Rc = Rx - Rb

(32-15)

dondeRc es la velocidad de recuento corregida y RX y Rb son las velocidades para la muestra y el fondo respectivamente. La desviación estándar de la velocidad de recuento corregida se puede obtener aplicando la Ecuación (1) de la Tabla a1-5 (Apéndice 1). Así,

Sustituyendo la Ecuación 32-12 en esta ecuación se obtiene

                               (32-16)

EJEMPLO 32-4

Una muestra produce 1.800 cuentas en un período de 10 min. Se obtuvo un ruido de fondo de 80 cuentas en 4 min. Calcular la incertidumbre absoluta en la velocidad de recuento corregida para un nivel de confianza del 95 por 100.

Sustituyendo en la Ecuación 32-16 se obtiene

Para el nivel de confianza del 95%

En este caso, las probabilidades de que la cuenta verdadera está entre 148 y 172 cpm son de 95 en 100.

4.3 Instrumentación

La radiación de fuentes radiactivas puede detectarse y medirse prácticamente de la misma manera que la radiación X (Apartados 12B-4 y 12B-5). Los detectores de gas, los contadores de centelleo y los detectores semiconductores son todos ellos sensibles a partículas alfa y beta, y a rayos gamma, ya que la absorción de estas partículas produce ionización o fotoelectrones, que pueden, a su vez, producir miles de pares de iones. Por tanto, se produce un impulso eléctrico detectable por cada partícula que alcanza el detector.

4.3.1. Medida de partículas alfa

Con objeto de disminuir la auto absorción, las muestras emisoras de partículas alfa se cuentan generalmente en forma de capas delgadas preparadas por electrodeposición o por destilación y condensación. A menudo, estas capas se sellan con unas ventanas delgadas y se cuentan en contadores proporcionales de flujo de gas sin ventanas o en cámaras de ionización. También se pueden colocar justo al lado de un detector de estado sólido, con frecuencia a vacío para el recuento. Cada vez se utilizan más los contadores de centelleo líquido (véase el próximo apartado) para el recuento de emisores de partículas alfa, dada la facilidad de preparación de la muestra y su mayor sensibilidad para la detección de partículas alfa.

Como se, menciono anteriormente, los espectros de partículas alfa tienen como característica, picos de energía discretos, que son Útiles para la identificación. Los analizadores de altura de impulsos (Apartado 12B-5) permiten registrar los espectros de partículas alfa.

4.3.2 Medida de partículas beta

Para las fuentes de partículas beta que tienen energías mayores que 0,2 MeV, se cuenta normalmente una capa uniforme de la muestra con un contador de tubo Geiger o proporcional de ventana delgada. Para emisores beta de baja energía, como carbono 14, azufre-35 y tritio, son preferibles los contadores de centelleo líquido (página 305). En este caso, la muestra se disuelve en una disolución del compuesto centelleante. Un vial que contiene la disolución se coloca entre dos tubos fotomultiplicadores situados en un contenedor protegido de la luz. La salida de los dos tubos alimenta un contador de coincidencia, un dispositivo electrónico que registra una cuenta sólo cuando los impulsos de los dos transductores llegan al mismo tiempo. El contador de coincidencia reduce el ruido de fondo de los detectores y de los amplificadores, debido a la poca probabilidad de que tal ruido afecte a los dos sistemas simultáneamente. Los contadores de centelleo líquido de radiación beta son probablemente los más utilizados en la mayoría de las determinaciones radioisotópicas, debido al amplio uso de esta técnica en los laboratorios clínicos. Los

analizadores de altura de impulsos son menos Útiles debido a que los espectros beta son normalmente continuos.

4.3.3.Medida de la radiación gamma

La radiación gamma se detecta y se mide por los métodos descritos en los Apartados 12B-4 y 12B-5 para la radiación X. La interferencia de las partículas alfa y beta se elimina fácilmente filtrando la radiación con una pieza delgada de aluminio o Mylar7.

Los espectrómetros de rayos gamma son similares a los analizadores de altura de impulsos descritos en el Apartado 12B-5. Un montaje típico se muestra en la Figura 32-3. La Figura 32-4 muestra un espectro de rayos gamma de referencia característico obtenido con un analizador de 4.000 canales. En este caso, los picos característicos de los distintos elementos están superpuestos a un espectro continuo que aparece primeramente producido por efecto Compton.

La Figura 32-5 es un esquema de un contador de centelleo tipo pozo que se utiliza para el recuento de rayos gamma. La muestra está contenida en un vial pequeño y situado en un agujero cilíndrico o pozo en el cristal centelleante del contador.

4.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Los métodos radio químicos de análisis poseen ventajas peculiares, tales como su rapidez y elevadas sensibilidad, y en ocasiones permiten obtener resultados que no se podrían lograr por otros medios

4.5 APLICACIONES.

Encuentran aplicaciones cada vez más numerosas y variadas no sólo en la investigación pura, sino también en medicina e higiene, en muchas industrias, tales como la minera, la textil, la metalúrgica y la petrolera, y en otras esferas como la arqueología y la criminología.

“La primera aplicación de la radiactividad en química analítica es tan antigua como el descubrimiento de la propia radiactividad » lo dijo el Profesor G. de Hevesy, cuyo histórico artículo sobre la materia. Pero esa técnica no cesa de perfeccionar se a medida que nuevas necesidades estimulan la elaboración de otros métodos, y que el instrumental moderno - el reactor nuclear, el acelerador de partículas y la calculadora electrónica- abre posibilidades más amplias.

4.6 ANALISIS DONDE SE APLICAN LOS METODOS RADIOQUIMICOS

4.4.1 IDENTIFICACIÓN DE CABELLOS

La identificación del cabello humano puede ser importante en criminología. F.W. Lima, H. Shibata y L.T. Atalla (Brasil) señalaron que en la investigación criminal suelen darse casos en que el indicio más importante es la presencia de cabellos en las manos de la víctima, en el instrumento homicida, o en las inmediaciones del lugar del crimen. Algunas veces este indicio consiste en un sol cabello. La identificación del cabello de una persona por medios clásicos no es siempre segura ; además, los cabellos de un mismo individuo son parecidos entre sí, pero no idénticos en lo que respecta características tales como tamaño, forma, grado de pigmentación o longitud. El mero parecido no es suficiente, pues es posible que otra persona tenga cabellos semejantes al examinado. Ahora bien, la identificación puede hacerse mucho más precisa recurriendo al análisis por radiactivación con miras a determinar los elementos inorgánicos contenidos en el pelo. Conociendo el contenido de cobre, bromo, cinc y sodio de un solo pelo, se puede identificar la persona de la que éste proviene. La probabilidad de encontrar dos personas con proporciones idénticas de esos elementos en el cabello es de 1 en 15000, aproximadamente, pero si se comparan 10 de los 30 elementos que el cabello, puede contener, entonces es posible identificar el pelo de una persona entre 15 000 millones.

4.4.2 ANÁLISIS DE MINERALES SOBRE EL TERRENO

La rapidez con que puede determinarse la composición de un mineral in situ es de gran importancia en minería. T. Florkowski, B. Dziunikowski, A. Kosiara y M. Wasilewska (Polonia), describieron la manera en que las fuentes radio isotópicas emisoras de rayos X pueden utilizarse para analizar minerales de hierro, cinc y cobre sobre el terreno, empleando sencillos aparatos portátiles. Los rayos X excitan radiaciones características en la muestra, que se analizan con equipo de recuento. Para cada determinación sólo se necesitan de 2 a 3 min. En la exactitud de los resultados influyen diversas características del mineral extraído del yacimiento, tales como la variación del grado de humedad y la distribución irregular del elemento en la muestra. De todas formas, los aparatos prototipo, sencillos y poco costosos, han resultado sumamente útil es en la explotación de yacimientos de minerales. J. R. Rhodes, T. G. Ahiere I. S. Boyce (Reino Unido) describieron otras dos aplicaciones de la fluorescencia excitada por rayos X en la minería del estaño, utilizando fuentes radio isotópicas. Una consiste en el análisis continuo de los materiales tratados, que se caracteriza ante todo por su sensibilidad, y la otra, en un análisis rápido de los estratos de mineral in situ con un analizador portátil. Los resultados proporcionados por el primer procedimiento indican que es posible alcanzar un aumento considerable de la sensibilidad en comparación con los métodos corrientes. Los métodos clásicos de fluorescencia inducida por rayos X son particularmente difíciles de aplicar al análisis de elementos de número atómico elevado; P. Martinelli y P. Blanquet (Francia) examinaron la posibilidad de determinar dichos elementos

utilizando rayos gamma emitidos por fuentes radio isotópicas, en lugar de rayos X. El principal obstáculo en la aplicación de este proceso era la insuficiencia del equipo electrónico de detección y medición, pero hace mucho tiempo que este equipo se ha perfeccionado y simplificado. Aplicado a ciertos problemas de control industrial, el método presenta notables ventajas sobre los procedimientos tradicionales, ya que permite obtener radiación es de muy elevada intensidad. Con este método se pueden clasificar automáticamente los minerales pobres de metales pesados, tales como el wolframio, oro, mercurio, plomo y bismuto.

El detector Geiger-Müller

El detector Geiger-Müller (GM) es un detector gaseoso que se utiliza frecuentemente para medir niveles de radiación. Un GM consiste básicamente en un cilindro que tiene un hilo metálico en su centro. La pared actúa como polo positivo (ánodo) y el hilo como polo negativo (ánodo). El detector está cerrado por una ventana muy fina en uno de sus extremos y contiene un gas en su interior (Argón, muy frecuentemente). El GM es sensible tanto a radiación alfa, beta como gamma. Cuandouna partícula ionizante (β, α, γ) entra en su interior, ioniza algún átomo de Argón, esto es, la partícula le arranca un electrón al átomo, el cual pasa a ser un ion (Ar+). Los iones positivos viajan hacia el cátodo. Los electrones, mucho más ligeros, en su camino hacia el ánodo alcanzan la energía suficiente para volver a ionizar otros átomos generando una avalancha de electrones que dan lugar a un pulso o señal eléctrica. El tamaño del pulso que se obtiene en estos detectores es independiente de la ionización causada por la partícula por lo que el detector solo cuenta número de partículas sin distinguir su naturaleza o su energía. La versatilidad, sencillez y relativo bajo coste asociado a estos detectores están entre sus características más apreciadas.

Las diversas partes que forman la estructura del trabajo son, fundamentalmente, las siguientes:

1.-Caracterización del Detector:

a.)Obtención de la curva característica (plateau):Para obtener esta curva característica, situamos una fuente frente al contador y medimos el número de cuentas obtenidas por unidad de tiempo para diferentes voltajes aplicados en el detector. Representamos gráficamente estos datos y a partir de dicha representación, podremos conocer el voltaje óptimo de trabajo para el detector, el cual se encuentra en la región plana (o Geiger-Müller).

b.)Cálculo del tiempo muerto:Para obtener este tiempo muerto la técnica utilizada es la de las dos fuentes. Para ello disponemos de una fuente circular dividida en dos partes iguales (dos semicírculos); Vemos el número de cuentas por minuto que obtenemos (a la misma distancia) para cada una de las mitades de la fuente por separado, y para la fuente entera

Importante es el observar que el número de cuentas obtenidas para toda la fuente es menor que la suma de las cuentas para cada una de las mitades por separado, de aquí que el concepto de tiempo muerto del detector tenga sentido.

c.)Estudio de la eficiencia: En este apartado queremos calcular la eficiencia del detector. La eficiencia total es el producto de la eficiencia geométrica y la intrínseca (ðTotal=ðGeométrica·ðIntrínseca). La geométrica la podemos calcular mediante la aproximación de fuente puntual. También podemos conocer la eficiencia total, ya que esta no es más que el cociente entre el número de sucesos que recoge el detector y la actividad actual de la fuente, y conocemos ambos datos. Con lo cual, queda determinada ya la eficiencia intrínseca en función de las otras dos variables.

El resultado obtenido para la eficiencia intrínseca para la radiación beta es la unidad, es decir, que todas las partículas que entran en nuestro contador son detectadas.

2.-Medida de la radiación de fondo:

Aunque, en principio, el blindaje de nuestro detector pudiera parecer bastante efectivo, aunque no coloquemos ninguna fuente dentro del mismo, se siguen registrando cuentas. Esto es debido a la radiación de fondo que llega, debida a diferentes fenómenos (radiación natural, rayos cósmicos...) y conocer la cuantía de ese fondo es lo que posee interés físico. En este apartado de la práctica se trata de determinar esta radiación de fondo, que habrá que corregir después a cada medida que hayamos realizado. El procedimiento a seguir es el de tomar una gran cantidad de medidas de poco tiempo de duración cada una (nosotros elegimos 30s), y anotar el número de cuentas que aparecen en cada caso. Después representaremos en un histograma el número de veces que se repite cada medida.

3.-Caracterización de los diferentes tipos de radiación:

Para este apartado, necesitaremos tres tipos de fuentes diferentes (alfa, beta y gamma); Iremos introduciendo diferentes láminas de distintos materiales y espesores másicos entre las fuentes y el detector y viendo cómo va variando la tasa de contaje en cada caso.

Los métodos radioquimicos cada vez están siendo más utilizados por las diferentes industrias existentes en todo el mundo, por las ventajas que estos poseen

Los métodos radioquimicos cumplen una importantefunción ya que estos métodos constituyen una de las técnicas más sensibles en la detección y análisis de sustancias, en ocasiones determinar elementos que otras técnicas no logran.

Los métodos radioquimicos se basan en la medida de la radiación de alta energía que emiten los isótopos radiactivos.

Los métodos radioquímicas son de tres tipos según sea el origen de la radiactividad: por activación, por irradiación y por radiación

La desintegración alfa es un proceso radiactivo que sucede normalmente en los isotopos más pesados

Una desintegración beta es cualquier reacción nuclear en la que el número atómico Z cambia pero el número másico A permanece constante.

Los rayos gamma se producen por relajaciones nucleares, mientras que los rayos X provienen de relajaciones electrónicas

La radiación de fuentes radiactivas puede detectarse y medirse prácticamente de la misma manera que la radiación X

1.- http://www.iaea.org/Publications/Magazines/Bulletin/Bull071/Spanish/07106003442_es.pdf

2.- http://fpaxp1.usc.es/~campus/doc/Geiger- Muller.pdf

3.- G.F.Knoll, Radiation detection measurement, John Wiley and Sons, New York, 1979

4.- http://www.fbqf.unt.edu.ar/institutos/ quimicaanalitica/analitica%202/programa%20teorico%20analitica%202.html

Ley de la Desintegración Radioactiva

La ley de la desintegración radiactiva predice el decrecimiento con el tiempo del número de núcleos de una sustancia radiactiva dada que van quedando sin desintegrar. Los círculos rojos de esta simulación representan 1000 núcleos atómicos de una sustancia radiactiva cuyo periodo de semidesintegración (T) es 20 segundos. El diagrama de la parte inferior de la aplicación representa la fracción de núcleos sin desintegrar (N/N0) en un tiempo dado t, de acuerdo a la ley siguiente:

N   =   N0 ·   2-t/T

o lo que es lo mismo:

N   =   N0 ·   e-lt

 

N .... número de núcleos sin desintegrarN0 ... número de núcleos que hay inicialmentet .... tiempoT .... periodo de semidesintegraciónl .... constante de desintegración

En el momento de iniciar la aplicación con el botón verde, los núcleos atómicos comienzan a desintegrarse (el color cambia del rojo al negro). Se puede parar o continuar la aplicación utilizando el botón "Pausa / Reanudar". En este caso, aparece en el diagrama un punto azul para la fracción de núcleos todavía sin desintegrar en el instante de tiempo correspondiente. (¡Nótese que a menudo estos puntos no quedan exactamente sobre la curva!). Mediante el botón "Inicio" se vuelve al estado inicial.

No se puede predecir el tiempo de desintegración de un núcleo atómico. Por ejemplo, aun cuando la probabilidad de desintegración de un núcleo en el segundo siguiente sea del 99 %, es posible (aunque improbable) que el núcleo se desintegre al cabo de millones de años.