Spettroscopia Alfa di campioni a Film Sottile

La preparazione dei campioni per la spettroscopia alfa è sempre stata una parte critica del processo di analisi.
Il problema nasce dal fatto che l’interazione delle particelle alfa con le parti massive del campione in analisi riduce l’energia con la quale le particelle fuoriescono dal campione e  raggiungono il sensore e questo produce uno spettro distorto con una lunga coda che parte dal picco corrispondente alla energia massima (particelle non interagenti) e va verso energie via via minori. Questo, nel caso comune di presenza di molteplici picchi, produce una sovrapposizione che rende ardua se non impossibile la corretta identificazione dei picchi prodotti dai diversi isotopi.

Per ottenere quindi una buona risoluzione in energia è necessario avere sorgenti nelle quali gli isotopi in esame sono presenti sottoforma di film molto sottili, depositati su di un supporto. I metodi per la preparazione delle sorgenti sono tutti piuttosto elaborati e complessi e richiedono buone conoscenze radio-chimiche ed apparecchiature abbastanza complesse.

Vi sono però anche metodiche più semplici che, in alcuni casi selezionati, consentono comunque di ottenere buoni risultati. Ad esempio il Polonio viene adsorbito selettivamente e con buona efficienza da argento, nickel o rame. Questa proprietà chimico-fisica del Polonio può essere sfruttata per ottenere campioni dell’isotopo Polonio 210 presenti in acque per le quali si vuole valutare il grado di contaminazione da Polonio.
Una metodica simile si può utilizzare per la valutazione della quantità di Uranio e Radio presenti in soluzioni acquose. In questo caso si sfruttano le proprietà selettive di captazione di questi isotopi da parte del Biossido di Manganese, nel caso del radio, e di una specifica resina nel caso dell’uranio.
L’immagine sotto mostra i dischetti NucFilm (prodotto commerciale) per la captazione del radio e dell’uranio.

Nella immagine sotto vediamo lo stirrer magnetico con piastra riscaldante utilizzato nella procedura per l’analisi dei campioni di acqua.

Nel grafico sotto riportiamo lo spettro alfa ottenuto analizzando con il dischetto sensibile al Radio un campione di acqua messa a contatto con una sorgente di Radio naturale (minerale di uranio). Si nota il picco pronunciato in corrispondenza della emissione alfa del radio 226. La concentrazione del campione era relativamente elevata e questo ha prodotto una forte captazione da parte del dischetto. In queste condizioni la sorgente alfa che si ottiene non è più costituita da un film sottile superficiale perchè l’isotopo è penetrato più in profondità : questo da luogo ad una lunga coda ad energie minori.

Nei grafici sotto riportiamo gli spettri alfa ottenuti analizzando con il dischetto sensibile all’Uranio un campione di acqua messa a contatto con un minerale di Uranio. Si notano i picchi pronunciati in corrispondenza della emissione alfa dell’uranio 238 e dell’uranio 234. La concentrazione del campione era relativamente elevata e questo ha prodotto una forte captazione da parte del dischetto. In queste condizioni la sorgente alfa che si ottiene non è più costituita da un film sottile superficiale perchè l’isotopo è penetrato più in profondità : questo da luogo ad una lunga coda ad energie minori.
Il primo grafico è stato ottenuto subito dopo l’estrazione del dischetto : in questo spettro compare anche il contributo del decadimento alfa del polonio. Nel secondo spettro, preso a distanza di qualche giorno, il contributo del polonio è scomparso a causa del fatto che è decaduto.

Questa tecnica di misura viene utilizzata soprattutto per effettuare l’analisi di campioni di acqua per valutare il contenuto in uranio o radio. Le analisi possono essere fatte sia su campioni prelevati alla sorgente, sia su campioni di acqua imbottigliata.
Abbiamo fatto una prova su di una acqua minerale commerciale : la San Pellegrino. Nella immagine a lato si vede il campione preso in esame e nella immagine sotto si vede lo spettro alfa ottenuto dopo la misurazione durata oltre 24 h.

Il risultato è interessante : si vede che il dischetto nucFilm presenta uno spettro dal quale si evince un evidente contenuto in uranio ! Naturalmente i livelli in gioco sono assolutamente bassi, direi trascurabili, ed il risultato va interpretato soltanto qualitativamente.

Comunque questo ci fa capire come il metodo della spettroscopia alfa ci permetta di stimare e, se fatto con la dovuta precisione, misurare quantitativamente il contenuto di isotopi in campioni contaminati anche da quantitativi microscopici.

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