活化分析

一種由中子、帶電粒子、γ射線等將樣品活化，對其衰變特性進行測量的分析技術。包括中子活化分析、帶電粒子活化分析和光子活化分析幾種。它比化學分析靈敏。

原理 中子、帶電粒子或γ射線同樣品中所含核素發生核反應，使之成為放射性核素(這個過程稱為活化)，測量此放射性核素的衰變特性（如半衰期、射線的能量和射線的強度等）來確定待分析樣品中所含核素的種類及其含量。

若被分析樣品中某種元素的一種穩定同位素 X同射線作用後轉化為放射性核Y（即X核被活化）,Y核可經過某種途徑發生衰變而成為另一種核素Z，即

其中σx為射線同X核發生核反應形成Y核的反應截面,λY為Y核向Z核衰變的衰變常數， EY為Y核的標識射線能量,AY為Y核的標識射線的放射性強度，活化分析就是通過測量EY、λY和AY等，判定X的存在並確定其含量。

能否用活化分析判斷X核存在並作定量測量，首先在於該核素經過某種射線照射后能否被活化，並能獲得足夠的放射性強度；其次在於其生成的Y核是否具有適合於測量的衰變特性，以便於進行放射性強度的精確測量。

樣品在輻射場中被照射後生成的放射性核 Y的放射性強度AY決定於X核的數目Nx、反應截面σx、所用射線的流強I以及照射時間t等。因此若要通過活化分析定量確定Nx,就需要對相關各量（包括AY、σx、I和t等）作絕對測量, 並根據一定的關係式定出Nx。這就是所謂絕對活化分析法。但到目前為止，由於一些核參量的準確度還不夠理想，因此在實際工作中還很少使用這種方法。通常總是利用一個已知其數目N懬的待測核素 X作為標準樣品同待分析的樣品一起在同樣條件下照射，使之活化，然後在相同幾何條件下測量這兩種樣品的放射性強度比為，然後根據計算出待分析樣品中的Nx。這種方法稱為相對比較法。相對比較法不僅不需要知道σx、I及t等各量，而且也不需要作A懮和AY的絕對測量。由於及都不難作精確的測定，所以用相對比較法確定Nx常常可以達到很高的準確度。

中子活化分析 中子根據能量的不同分為熱中子和快中子（用得最多的是 14MeV中子）。由於熱中子同核相互作用主要是吸收反應（在多數情況下就是輻射俘獲反應，見中子核反應）,反應截面比快中子大幾個數量級，通常反應堆熱中子的注量率又可以比快中子的大四五個數量級以上，因此更適用於痕量元素的分析。熱中子活化分析還具有以下特點：①靈敏度高，在約10cm·s的中子注量率下對於周期表中大部分元素含量的最低探測極限可達10～10g數量級甚至更低(如Au可達10g)；②抗污染能力強，經活化后的樣品進行處理時一般不必顧慮由於試劑或器皿引入的沾污；③選擇性好，能鑒別化學性質相近的元素甚至同位素；④對同一樣品可進行多元素分析；⑤在某些條件下可以不破壞樣品；⑥精密度高。但是對於一些輕元素如碳、氮、氧、氟等的熱中子活化分析比較困難，而快中子活化分析卻很有效（除碳外）,特別是對於微量氧的分析，具有快速、準確、不破壞樣品的特點，且具有一定的靈敏度（可達百萬分之幾十）。

帶電粒子活化分析 常用的帶電粒子有質子、氘核、氚核和α粒子等，也有用重離子的。這種方法最常用於超純材料中微量輕元素的分析，如硅、鍺、砷化鎵等半導體材料中硼、碳、氮、氧的測定，以及各種高純金屬中輕元素的測定。還可用於礦物、土壤、植物等樣品中微量元素的測定。

光子活化分析 除了具有以上兩種分析共同的優點外，還有其特有的長處：自屏蔽效應不像熱中子那麼嚴重；對輕元素有很高的靈敏度，不僅對不能作快中子或熱中子活化分析的碳、鈹和氘可以進行有效的分析，就是對分析氮、氧和氟等元素也是非常有用的；此外它還可以測定一些其他的元素如鹵族元素、鍶、鉻、銣、鉈和鉛等，特別是對諸如包含有鈉、鉀或猛等的礦物、地質樣品，有可能無干擾地進行非破壞性分析。事實上，使用電子直線加速器產生的高能軔致輻射活化源以來，光子活化分析技術已從集中在少數幾個輕元素的單一元素測定擴展到五六十種中重和重元素的非破壞性分析，在科學和工業的許多領域都獲得了廣泛的應用。

近年來，由於高分辨半導體γ射線探測器的使用，電子計算機在核分析技術上的應用，以及在此基礎上建立的各種高效的γ能譜分析及數據處理系統，可以快速、自動地對複雜的γ譜形進行解析、計算和同位素識別，促進了活化分析技術的迅速發展，並可以使分析過程完全自動化。

活化分析技術已成為現代先進痕量分析技術之一，不僅在高純材料研究中，而且在諸如生命科學、地球和宇宙化學、環境科學、冶金學、法學、考古學等領域中都得到了廣泛的應用。

①靈敏度高，對大多數元素的分析靈敏度在～克之間。②精密度好，一般為±5％，有時可以達到±1％。③準確度好。④有專屬性，各種元素生成的放射性核素具有自身專屬的半衰期和輻射能量。⑤化學分離工作相對比較簡單，且無試劑空白。⑥可進行多元素同時測定，在同一份試樣中可同時測定30～40種元素，最高可達56種元素。⑦可測定同位素組成。⑧可以進行無損分析。活化分析不足之處是所需設備複雜、價格貴；分析周期較長；不能測定元素的化學狀態和結構。