中子活化分析的特点
分析元素多:理论上可以分析80种元素，实际上一个式样一般可以测定40～50个元素灵敏度高：对大部分元素可达到10 ～ 10g非破坏：一般式样不需要作破坏性处理，可直接送入反应堆照射、然后进行测量和分析。基体无关性：由于中子和伽玛的穿透性很强，一般说来与式样基体种类关系不大。但是式样在辐照过程中不能影响反应堆安全，如液体、气体等式样需要进行辐照安全处理。准确度高：由于中子和伽玛穿透性强，高纯锗探测器的能量分辨率很高，伽玛谱清晰，且同时使用相对法和K0法进行定量，还有标准物质进行质量监测。目前非破坏高准度多元素分析优势仍然是其他分析方法难以逾越。样品量范围宽：可进行亚微克～公斤的式样进行分析。低污染：由于式样可以直接照射和测量，无丢失、无空白试剂影响。自动化：可以进行自动辐照、式样自动测量和自动分析。缺点：需要反应堆，有放射性，而且式样需要对不同半衰期的核素进行分次测量，大部分元素的分析周期较长。NAA法特别适合考古学中的元素分析。它与其他元素分析法相比较，有许多优点：其一，灵敏度高，准确度、精确度高。NAA法对周期表中80%以上的元素的灵敏度都很高，一般可达10-6-10-12g，其精度一般在±5%。其二，多元素分析，它可对一个样品同时给出几十种元素的含量，尤其是微量元素和痕量元素，能同时提供样品内部 和表层的信息，突破了许多技术限于表面分析的缺点。第三，样量少，属于非破坏性分析，不易沾污和不受试剂空白的影响。还有仪器结构简单，操作方便，分析速度快。它适合同类文物标本的快速批量自动分析，其缺点是检测不到不能被中子活化的元素及含量，半衰期短的元素也无法测量。此外，探测仪器也较昂贵。中子活化分析亦存在一些缺点如下：1、一般情况下，只能给出元素的含量，不能测定元素的化学形态及其结构。2、灵敏度因元素而异，且变化很大。例如，中子活化分析对铅的灵敏度很差而对锰、金等元素的灵敏度很高，可相差达10个数量级。3、由于核衰变及其计数的统计性，致使中子活化分析法存在的独特的分析误差。误差的减少与样品量的增加不成线性关系。
仪器中子活化分析方法
提供分析的样品，无论是地质样品或是环境样品，都是多成分的复杂样品，构成γ射线能量谱峰相互干扰。样品辐照后要进行放射化学分离处理，消除干扰，提高中子活化分析的灵敏度和精确度，因此叫放射化学中子活化分析。其特点是分析灵敏度高。高能量分辨率半导体探测器出现之后，许多γ射线能量峰可以分开。开始出现了（纯）仪器中子活化分析；辐照后，不经过放射化学处理，直接进行γ射线能谱测量。根据特征能量峰计算含量。中子活化分析，一般应做以下几项工作。（一）准备工作主要是根据待测元素，查阅有关资料，考虑在何种能量中子照射下，产生核反应类型，测量哪几个γ射线能量峰，以及可能产生的干扰峰。预计放置冷却时间等。（二）样品和标准样品的制备1.固体样品野外采回的土壤样品和岩石（或矿物）样品，经自然风干、粉碎、研磨、过筛（100～200目），混合均匀，干燥保存。称样50 mg到1g，用高纯铝箔包好（作好编号）。根据待测元素的种类及核反应特征，制备标准样品。一般使用光谱纯或分析纯的待测元素的金属或化合物，根据（估计）待测元素含量范围，称取一定量的化学物质，经溶解、稀释、混合，配制成标准溶液。取一定量（如40μL）标准溶液滴在六层叠合的直径6～10 mm的滤纸上，放在干燥器中，自然干燥后，与样品相一致的用高纯铝箔包好。固体岩石标准样品，一般选用基体相同岩石作成标准样品，以利于消除基体的影响。在我国通常使用美国地质调查局的USGSPCC-1（橄榄岩）、BCR-1（玄武岩）、AGV-1（安山岩）、G-2（花岗岩）以及中国地质标准岩石样GSR3（玄武岩）和GSR1（花岗岩）等。2.水样品水是环境中物质循环的纽带，深受自然因素和人为因素的影响。需要注意的是水中元素含量极微，在取水样的容器中贮存期间其中金属离子在不同pH值下被玻璃或聚乙烯容器吸附，引起浓度降低。一般认为pH=1.5时，水在聚乙烯瓶中贮存一个月无明显影响。由于水中许多元素浓度极低，因此经过预浓集，提高分析灵敏度。一般采用离子交换、溶剂萃取、电沉积、低温蒸发、活性炭吸附、共沉淀和冷冻干燥等方法。常用的是冷冻干燥、低温蒸发（取100mL水在60～70℃下浓缩至1mL）和活性炭吸附法（取200mL水，调节pH=6.5，用30mg活性炭，搅拌15min后过滤）。样品包装与标准样制备与前述相同。3.大气气溶胶样品采集气溶胶样品的方法，主要有自然重力沉降等八种。常用的方法是滤膜和撞击式采样器。1）配有抽气系统的过滤膜。有机膜或核孔滤膜（Nuclepore）对小粒径颗粒有很高的收集效率。Whatman 41滤纸对亚微米颗粒收集效率达85%～90%。Zefluor滤膜在32 L/min流量条件下，对0.3μm颗粒收集效率达99%。聚苯乙烯纤维膜（Micro-sorban）和玻璃纤维膜（Glass-fibre）适于大流量采样。2）撞击式采样。主要是干撞击，适用于采集不同粒径的气溶胶颗粒。4.标准参考物质样品标准参考物质是材质均匀，性能稳定，化学或物理性质已经准确测定，主要用作物质组成成分或特性测量的标准参考值，或用于评价测量方法，或用于校准仪器。我国1991年由国家技术监督局审批发布的一级标准物质，包括：地质、冶金、环境、核材料、物理学和物理化学等领域共529种。二级标准物质264种。美国1991年国家标准技术研究院颁布的标准参考物质1160种。中子活化分析主要选用国家标准物质或国际标准物质。如果对待测元素的准确度要求不是很高，也可以用标准试剂进行准确物质配制。（三）反应堆照射与冷却制备好的样品与标准样品，装于同一容器送入反应堆进行照射。反应堆的类型各有不同（重水堆、轻水堆、游泳池型堆等）。中国原子能研究院的重水反应堆中子注量率约为6×1013n·cm-2·s-1。根据待测核素半衰期长短选择照射时间，一般为10～15 h。从反应堆取出照射后的样品和标准样品，根据要求放置一段时间（叫冷却时间），使大量短寿核素进行衰变，可以减小剂量。同时依据待测核素半衰期及干扰情况，确定冷却时间。表11-1-3为土壤样品中待分析的元素和冷却时间的参考值。表11-1-3 样品的照射、冷却时间及测定元素（四）γ射线能谱测量地质样品和环境样品成分十分复杂，反应堆照射后，生成多种核素。必须使用高能量分辨率的半导体探测器的多道γ能谱仪进行测量。图11-1-2为反应堆照射后，冷却5 d，测得的含金黄铁矿样品部分γ能谱图。清晰可见，198Au的γ射线能量峰412keV（见表11-1-1）。用仪器中子活化分析测定基性岩、中性岩、酸性岩或碱性岩中轻稀土元素，其相对标准误差在±（2%～5%）；重稀土元素为±（5%～7%）。对于超镁铁质岩石，由于其中稀土元素（REE）含量很低（＜1μg），而大量Fe、Cr、Ni、Co和Sc存在，构成严重干扰，往往采用放射化学组分分离后测量效果较好。中子照射引起核反应及核衰变过程中，伴生的特征X射线，有三组：①母元素俘获中子后产生内转换，使母元素发射特征X射线；②轨道电子俘获使子元素产生特征X射线；③β衰变之后的内转换，使子元素产生特征X射线。因此，特征X射线测量是仪器中子活化分析的重要组成部分。特别是重叠峰γ射线干扰严重情况下，更显有用。例如，铌（Nb）仅有一个稳定同位素93Nb（100%），热中子照射后产生两个同质异能素：94Nbm图11-1-2 含金黄铁矿样品γ射线谱（T1/2 =6.6 min）和94 Nb（2×104 a），后者γ射线871 keV峰值很小，如图11-1-3所示，铌、锆（Zr）常在一起，但含量1μg铌的X射线特征峰（16.614 keV）非常显著，锆不产生X射线，非常有利于测量Nb的含量。图11-1-3 Nb+2γ的γ和X射线（1μgNb*10mg Zr）
