تقنيات التحليل والقياسات القائمة على الانبعاثات المشعّة

يتعامل التحليل الطيفي القائم على التغيّرات في السويات الطاقية النوويّة مع مجموعة من التقنيات المعتمدة على الإشعاع الكهرومغنطيسي لإثارة السويات الطاقيّة النووية. تتناول هذه المقالة التقنيات التحليلية المعتمدة على الإثارة الطاقيّة والإصدار الإشعاعي.

من أشهر تقنيات القياس الإشعاعي:

الدليل الإشعاعي Radiotracer Techniques
تحليل تمديد النظير المشع Isotope Dilution Analysis
تحليل التنشيط النووي Nuclear Activation Analysis
المعايرة الإشعاعية. Radiometric Titrations
الكروماتوغرافيا الإشعاعي Radiochromatography
المعايرة المناعية الإشعاعية RIA Radioimmunoassay

يمكن تطبيق القياسات الإشعاعية على عينات تشتمل على مكونات ذات نشاط إشعاعي أو من خلال إحداث نشاط إشعاعي متعاقب في الجملة من قبل مصدر طاقي خارجي.

تقنية الدليل الإشعاعي Radiotracer Techniques:

تستخدم هذه التقنية مادة مشعّة / موسومة بعنصر مشّع “كنقطة علّام” دون التسبب في ضرر إشعاعي إلى المنظومة المضافة إليها ويمكن رصدها خلال فترات زمنية محددة. يلعب عمر النصف للدليل الإشعاعي دوراً مهماً في اختياره، حيث يتوجب اختياره طويل نسبياً ليستمر رصد المادة طوال الاختبار. لكن يسبب عمر النصف الأطول إلى مشاكل في التخلّص من المادة وتلوّث بيئي.

تحليل تمديد النظير المشعّ Isotope Dilution Analysis

يعتمد “تحليل تمديد النظير المشع” على أنّ النظائر المشعّة في مزيج من المواد تحافظ على نشاطها خلال المعالجة الكيميائية (كالترسيب، استخلاص المحلول، فصل بالمبادل الأيوني…).¹ من غير الضروري الاسترجاع الكمّي للنظير المشع لتقديره، حيث أنّ الطاقة الإشعاعيّة ستبقى ثابتة خلال المعالجة الكيميائية.

استخدمت هذه التقنية على نطاق واسع لتحليل الأثر المتبقي Trace Elements² من العنصر في التحقيقات البيولوجية، البيئية، الجيولوجية، والأثرية.

التحليل النيوتروني Nuclear Activation Analysis:

يعتبر التنشيط النيوتروني تقنية عالية الحساسية، غير مدمّرة للعينة تستخدم للتحليل النوعي والكمّي لعناصر الأثر بعد تشعيعها بحزمة نيوترونات. تحدث الانتقالات الطاقيّة المسؤولة عن توليد المماكبات المشعّة على المستوى النووي، ويتم تحسس الإشعاعات المصدرة من خلال كاشف التألّق أو نصف الناقل.

يطبّق تحليل النشاط النووي على تحاليل المكونات للقطع الأثرية، عينات التربة، المعادن، وأنصاف النواقل عندما يكون حجم العينة محدود أو من الضرورة عدم إجراء تحليل مدمّر للعينة.³

* رسم توضيحي لمبدأ التشعيع بالنيوترونات:

المعايرة الإشعاعية Radiometric Titrations:

تعتمد المعايرة الإشعاعية على إضافة دليل إشعاعي إلى الكاشف.⁴ حيث لا يؤدي أي دور في التفاعل الكيميائي بل يخدم في كشف نقطة انتهاء المعايرة بحدوث قفزة في النشاط الإشعاعي عندها. وهي الفائدة الأكبر في المعايرات التي لا يتوفر كاشف ملائم تقليدي.

مجال التطبيق الرئيسي لهذه التقنية هو في تفاعلات الترسيب حيث الفصل يحدث خلال المعايرة.⁵

الكروماتوغرافيا الإشعاعية Radio-Chromatography:

تطبّق الكروماتوغرافيا الإشعاعية بشكل رئيسي على كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة أو الرحلان الكهربائي. حيث تحدد وتقاس كمية أصناف موسومة إشعاعيّاً (كاتيون، أنيون، أو مركب عضوي) عبر قياس النشاط الإشعاعي المنبعث, وتراقب عملية الفصل من خلال توزّع النشاط الإشعاعي عبر مناطق الفصل.

المقايسة المناعية الشعاعية Radioimmunoassay:

تعتبر المعايرة المناعيّة الشعاعية تقنية قياس عالية الانتقائية والحساسية تصل حتى رتبة الفيمتو مول (1.0 × 10^-15 مول). تقوم التقنية على تفاعل كمية محددة من مستضد (مولّد الضد) موسوم إشعاعيّاً وجسم مضاد لتشكيل معقد مستضد-مولّد ضد ثم إضافة مستضد “غير موسوم” (المراد تعيين تركيزه) لينافس على تشكيل المعقّد مستضد-مولد ضد. تفصل المستضدات المرتبطة بالمعقد عن المستضدات الحرة ليُقاس النشاط الإشعاعي للمستضدات الحرة الموسومة وتقارن مع سلسلة عيارية. تشّكل هذه التفاعلات الأساس لتطوير المعايرات المناعيّة للجزيئات الحيوية مثل الستيرويدات، الهرمونات، الفيروسات، والبكتيريا في سوائل الجسم.

تتميّز طرق التحليل بالإشعاع بحساسية وانتقائية عاليتين لاستقلالها عن التداخلات الكيميائية. وفي المقالات اللاحقة ستتعرف على تقانات تحليل تعتمد على الاختلاف بالخواص الفيزيائية والكيميائية.

_____

[1] يصنّف تحليل تمديد النظير المشع http://www.britannica.com/science/isotope-dilution كطريقة إضافة المعيار الداخلي، حيث تضاف كمية معلومة من النظير المشع إلى العينة ليُصار إلى قياس النشاط الإشعاعي وتقدير كمية النظير المشع ونظيره الطبيعي في العينة.
[2] المكونات من رتبة الأثر المتبقي Trace elements هي المكونات الكيميائية التي تركيزها أقل من 1000ppm أو 0.1% من الفلز الصخري.
[3] للمزيد: http://archaeometry.missouri.edu/naa_overview.html
[4] المعايرة الشعاعية هي معايرة حجمية مع إمكانية جيدة لتحديد نقطة انتهاء المعايرة، ويمكن استخدامها عندما تعطي الركازه راسب أو مركب سهل الاستخلاص أو عند إمكانية وسم أحد المتفاعلات إشعاعياً.
[5] للمزيد عن طريقة المعايرة الشعاعية: http://kolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/2013/12/radiometric-titration.pdf