Инфракрасная (ИК) спектроскопия – мощный инструмент в аналитической химии, позволяющий изучать молекулярный состав веществ. В последние годы этот метод активно применяется для изотопного анализа, например, для определения дейтерия в воде или изотопов углерода.
Новое исследование, проведенное учеными из Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, посвящено анализу изотопного состава бора в борной кислоте. В частности, изучалась возможность определения концентрации изотопа бор-10 с помощью ИК-Фурье спектроскопии.
Зачем измерять изотопный состав бора?
Бор имеет два стабильных изотопа – бор-10 (¹⁰B) и бор-11 (¹¹B). Их соотношение важно в различных областях:
- Ядерная энергетика – бор-10 используется в поглощающих стержнях реакторов.
- Медицина – бор-10 применяется в бор-нейтронозахватной терапии рака.
- Геохимия – изотопный состав бора помогает изучать природные процессы.
Традиционные методы анализа (например, масс-спектрометрия) точны, но требуют сложного оборудования. ИК-спектроскопия может стать более доступной альтернативой.
Экспериментальная часть
Подготовка образцов
- Борную кислоту очищали перекристаллизацией: растворяли в деионизированной воде, фильтровали и сушили.
- Образцы смешивали с бромидом калия (KBr) в соотношении 1:10 и прессовали в таблетки.
ИК-спектроскопия
Спектры снимали на ИК-Фурье спектрометре Nicolet 380 в диапазоне 400–4000 см⁻¹. Основные параметры:
- Количество сканов: 32
- Разрешение: 4 см⁻¹
- Детектор: DTGS KBr
Анализ спектров
Ученые обнаружили, что при изменении концентрации бор-10 меняется соотношение интенсивностей полос поглощения в областях:
- (640 ± 10) см⁻¹ – уменьшается с ростом ¹⁰B
- (670 ± 10) см⁻¹ – увеличивается с ростом ¹⁰B
На основе этих данных построили градуировочную зависимость:
R=(−0,00631±0,00054)⋅[10B]+(1,454±0,029)
где R – отношение оптических плотностей, а [¹⁰B] – концентрация изотопа.
Результаты и точность метода
Контрольный образец с известной концентрацией ¹⁰B (41,32% ат.) проанализировали методом ИК-спектроскопии. Результат: 45,5 ± 6,1% ат.
Погрешность ~13% – это достаточно высокая ошибка, но метод все же дает приближенные значения. Для повышения точности необходимо:
- Увеличить количество калибровочных образцов.
- Учесть влияние внешних факторов (например, влажности).
- ИК-Фурье спектроскопия может использоваться для оценки изотопного состава бора в борной кислоте.
- Метод требует доработки, но уже сейчас позволяет получать приближенные данные.
- В перспективе метод может стать альтернативой более сложным и дорогим анализам.
Исследование открывает новые возможности для быстрого и доступного изотопного анализа, что важно для науки и промышленности.
Статья основана на научной работе Фроловой С.И., Борисова М.Д., Иванова П.И. и Хорошилова А.В. (РХТУ им. Д.И. Менделеева).
