KAZIMIERZ STARZYŃSKI, BOŻENNA OLSZAŃSKA
OZNACZANIE 14C W M ATERIALE RO ŚLINN YM M ETODĄ LIC ZN IK A W EW NĘTRZNEGO N A PE Ł N IA N IA
Rolnicza Pracow nia Izotopowa PAN W arszawa
Izotop w ęgla 14C znalazł szerokie zastosow anie w b ad an iach biolo gicznych, a ty m sam ym rów nież w ró żnych dziedzinach n a u k rolniczych. W zakresie chem ii rolniczej i g leboznaw stw a zastosow anie jego rozszerza m ożliw ości b ad ań dotyczących asy m ilacji d w u tle n k u w ęgla i czynników w p ły w a ją cy c h n a jej intensyw ność, p rzem ian su b sta n c ji org an iczn ej i naw ozów organiczn y ch w glebie, tw o rzen ia się próch n icy o raz szeregu in n y ch zagadnień.
Z a letą tego izotopu je s t stosunkow o dłu g i o k res połow icznego zaniku (w edług o sta tn ic h d an y c h 5760 lat), p o zw alający n a prow adzenie rów nież dośw iadczeń d łu g o trw ały ch .
U jem n ą jego cechą je st m ała en erg ia p ro m ien iow ania (0,15 MeV), u tru d n ia ją c a d o k onan ie pom iarów szczególnie w p rzy p a d k u m ałej a k ty w ności badanego m a te ria łu . Z ależnie od akty w ności analizo w anej su b sta n cji sto su je się m eto d y p o m iaru o różnej czułości:
N ajw iększa czułość w y m ag an a je s t p rzy pom iarach n a tu ra ln e j radio aktyw n o ści w ęgla, k tó ra w edług L i b b y ’ e g o w ynosi 15 rozpa- dów /m in/ 1 g w ęgla [2]. W b ad an iach n a d oznaczaniem w iek u su b sta n c ji organiczn y ch i m in e raln y c h n a podstaw ie zaniku n a tu ra ln e j zaw artości izotopu 14C w w ęglu sto su je się m etodę em u lsji fotograficznej lub m etodę licznika w ew n ętrznego n ap ełn ian ia o d u żej objętości, z osłoną i u k ład em an ty k o in cy den cji.
m etoda czułość w mc
licznik w ew nętrznego napełniania licznik okienkow y licznik przepływ ow y komora jonizacyjna em ulsja fotograficzna 4-1 0 - 9 1 0 - 7 4-1 0 - 8 1 0 - 8 4-1 0 - 1 3
Та o sta tn ia m etoda znalazła zastosow anie także w gleboznaw stw ie p rz y o k reśla n iu w ieku torfow isk i gleb kopalnych.
W b ad aniach chem iczno-rolniczych w razie stosow ania niew ielk ich ilości izotopu (ze w zględu na bezpieczeństw o i koszt) p rz y p ro w ad zen iu dośw iadczeń z dużą ilością m a te ria łu roślinnego (dośw iadczenia w azono w e i polowe) konieczne je st um ożliw ienie p ra c y z niskim i aktyw no ściam i p rzy zastosow aniu odpow iednio czułej a p a ra tu ry .
W p o ró w nan iu z m etodą oznaczania 14C za pom ocą licznika okienko w ego licznik w ew n ętrzn eg o n ap e łn ian ia pozw ala n a znaczne zw iększenie czułości oznaczeń. To zw iększenie czułości osiąga się przez zw iększenie
w ydajności licznika (do 80 a n a w e t 1 0 0% ) oraz zm niejszenie tła.
M ożna teo rety czn ie obliczyć n a jm n ie jszą d ają c ą się zm ierzyć ilość im pulsów , np. dla licznika o w ydajności 80€/o i biegu w łasn y m ró w n y m 60 im p./m in., zakładając, że m ierzona ilość imjpulsów p ow in na być co n a j m niej ró w n a w ielkości tła. W ty m w ięc p rzy p a d k u m ierzo na ilość im p u l sów w ynosiłaby 60 im p./m in., co stan o w i 80% w szystkich rozpadów zacho dzących w liczniku, a w ięc całkow ita ilość im pulsów (1 0 0% ) b y łab y
75 im p./m in. Poniew aż 1 mc d aje 2,22-109 im p./m in., to 75 im p./m in. odpo
w iada aktyw ności 3,37*10- 8 mc. Dalsze zw iększenie czułości m etody m oż
na osiągnąć przez zm niejszenie tła, zw iększenie bow iem w ydajności licz nika pozwoli tylko na bairdzo nieznaczną zm ianę czułości. N ato m iast zm niejszenie tła np. do 10 im p./m in. pozw ala na oznaczenie 5,63-10—9 mc. P rzez zastosow anie u k ład u i osłony a n ty k o in cy d en cy jn ej d ające z m n iej
szenie tła do 1— 2 imp./miin. osiąga się cziułość rzędu 10~ 9 mc. Czułość tego
rzę d u um ożliw ia już d o k on an ie pom iarów n a tu ra ln e j radioaktyw n ości w ęgla.
Z ty ch w zględów do bad ań prow adzonych za pom ocą izotopu 14C,
zainicjow anych w K a te rz e Chem ii R olniczej SGGW i R olniczej P raco w n i Izotopow ej PA N przez prof. d r M. Górskiego, zastosow ano m etodę licz nika w ew n ętrzn eg o n ap ełn ian ia, p lan u ją c dośw iadczenia, w k tó ry c h ocze kiw ano m ałej aktyw ności su b stan cji roślin n ej.
N iniejsza p u b lik acja m a n a celu zapoznanie czytelników z m etod ą
pom iaru m ałych aktyw ności 14C, k tó ra w polskiej lite ra tu rz e n ie b y ła
dotychczas szczegółowo opisana.
SPALANIE MATERIAŁU ROŚLINNEGO
S u b stan c ja roślin n a spalan a b y ła n a m okro w edług m etody L i n d e n -
b a u m a , A r m s t r o n g a , S c h u b e r t a w m odyfikacji С a 1-
v i n a [1]. M etodą polega n a tym , że su b sta n c ja ro ślinna spalana jest
w nasyconym roztw orze Ba(OH)2, a ilość zaabsorbow anego C 0 2 oznacza na jest przez m iareczkow anie. A p a ra t C alvina p rzed staw io n y je st n a rys. 1.
Odw ażoną, drobn o zm ieloną próbkę m a te ria łu ro ślinnego um ieszcza się n a dn ie ram ien ia B. Do ram ien ia C, sk ierow anego początkow o k u do łowi, n alew a się za pom ocą p ip etk i m ieszaninę sp alającą w ilości około 1 m l n a 3 m g w ęgla w probów ce. Do ram ien ia A n alew a się z b iu re ty od m ierzoną d okład n ie ilość nasyconego ro ztw o ru Ba(OH)2. K ra n i szlify sm a ru je się sm arem silikonow ym . Nie n ależy używ ać do tego celu zw yk łych sm arów organiczn y ch zaw ierających węgiel, gdyż m ogą one ulegać częściow em u u tle n ie n iu i w p ły n ąć n a w y n iki oznaczenia. Po złożeniu a p a ra tu odpom pow uje się przez k ra n pow ietrze, a b y przyśpieszyć d y
-Rys. 1. Aparat do spalania m ateriału roślinnego Wet com bustion apparatus for plant m aterial
fuzję C 0 2 z ram ien ia В do ro ztw o ru w ram ien iu A i usunąć śladow e ilo ści C 0 2. N astępn ie n ależy ostro żn ie p rzek ręcić ram ię B, tak aby ram ię С znalazło się w górze. W ty m położeniu m ieszanina spalająca p rzelew a się do ram ien ia В, gdzie jest um ieszczona p ró b ka su b stan cji ro ślinn ej i za czyna się proces u tlen ian ia. A by proces spalan ia przyspieszyć, ogrzew a się ostrożn ie d o ln y koniec ram ien ia В n a m ałym płom ieniu gazow ym przez około 3— 5 m in. P rz y sp alaniu zależnie od ro d z a ju m a te ria łu roś linnego może zachodzić m niej lub b ard ziej gw ałtow ne burzen ie się spa lan ej próbki. N ależy jed n a k odróżnić b u rzen ie spow odow ane w y dziela n iem się C 0 2 od b u rzen ia spow odow anego w rzen iem cieczy. T rzeba zw ró cić uw agę, a b y m ieszanina nie przelała się do ram ien ia A. Ju ż podczas spalan ia zachodzi częściow a ab sorpcja p o w stającego C 0 2, co m ożna zau
w ażyć po m ętn ie n iu ro z tw o ru Ba(OH)2. P o zakończeniu spalania ram ię A um ieszcza się w m ieszanin ie chłodzącej (lód z solą lub such y lód), a b y a b sorpcja C 0 2 b y ła szybsza.
W czasie ab so rp cji n ależy zw rócić uw agę n a n a stę p u jąc e m om en ty: — co pew ien czas przez p o trząśn ięcie n aczy ń k iem ab so rp cy jn y m trz e ba rozbijać tw orzącą się n a pow ierzchni ro ztw o ru błonkę B a C 0 3,
— w p rz y p a d k u użycia siln ych środków chłodzących (su chy lód) n a leży sta ra ć się n ie dopuścić do zam arzan ia ro ztw o ru w ram ien iu A bądź ro zm rażać go w ra z ie zam arzania,
— n a le ż y tak u staw ić a p a ra t, a b y n ie dopuścić do p rze lan ia się roz tw o ru Ba(OH)2 z ram ien ia A do m ieszan in y sp alającej w ram ien iu В lub od w ro tn ie.
A bsorpcja C 0 2 trw a m n iej w ięcej 1— 1,5 godz.; jako jej zakończenie m ożna p rzy ją ć m om ent, gdy n a p ow ierzchni ro ztw o ru p rze stan ie się tw o rzy ć błonka B a C 0 3. W ówczas d o w n ę trz a a p a ra tu w puszcza się pow ietrze o tw iera ją c k ra n (pod w yciągiem ) i bezpośrednio w probów ce A odm ia- reczkow uje się szybko n a d m ia r Ba(OH)2 około 0,1 n HC1 w obecności fen o lfta le in y (czynność tę m ożna w yk o ny w ać w atm osferze azotu). Z różnicy ilość HC1 zużytego n a m iareczkow anie ślepej p ró b y i próbki oznaczonej oblicza się ilość C 0 2 lu b С w p ró bce w ed łu g w zorów :
gdzie n — norm alność ro ztw o ru HC1,
a — ilość m l ro ztw o ru HC1 zu ży ta n a m iareczkow anie ślepej próby,
b — ilość m l ro ztw o ru HC1 zu ży ta n a m iareczkow anie p ró b y oznaczanej.
O trzy m a n y osad B a C 0 3 odsącza się za pom ocą pom py próżniow ej, przem y w a k ilk a k ro tn ie w odą d esty lo w a n ą i alkoholem . A p a ra t do są czenia (rys. 2) złożony je st z m etalow ego lejk a a, n a k tó reg o d n o n a k ła d a się dopasow ane m etalow e sitko b, z tu b u sa pleksiglasow ego с i m etalo w e go ko łn ierza d, służącego do szczelnego p rzy k ręcen ia ty ch części razem . N a sitko n a k ła d a się w y cięty z b ib u ły sączek, n a stęp n ie u staw ia się tu b u s i zakłada kołnierz. Zaw iesinę B a C 0 3 w lew a się po rcjam i do tu b u sa i są czy n a kolbie ssaw kow ej. Poniew aż sączenie n a w e t p rz y użyciu pom py trw a dosyć długo, dogodniej jest m ieć k ilk a tak ich zestaw ów i sączyć jednocześnie kilk a próbek.
P o zak ończeniu sączenia i przem y ciu osadu o d k ręc a się kołnierz, z d e jm u je tubu s, z sitka zd ejm u je się b ibułow y sączek z osadem i o d sta w ia do suszenia w eksy k atorze.
W te n sposób o trz y m u je się p re p a ra t, k tó ry n a stę p n ie m ożna użyć do o znaczania radioaktyw ności.
G ały zestaw a p a ra tu ry , k tó ry był u ży w an y p rz y sp alan iu i sączeniu, n a le ż y um yć pod w yciągiem 10% HC1, n astę p n ie w odą d esty lo w an ą i w y suszyć.
A p a ra t do sp alan ia (rys. 1) pow inien być w y k o n an y ze szkła n ie w ra ż liw ego n a zm iany te m p e ra tu ry , ja k np. R asotherm .
A r m s t r o n g i inni podają, że p ró b k a m a te ria łu roślin nego w zięta d o oznaczeń po w in na nie p rzek raczać 15 m g w ęgla. Je d n ak ż e w p rzy p a d k u
Rys. 2. Zestaw do sączenia osadu ВаСОз
m e t a l o w y l e j e k , s i t k o a l u m i n i o w e , p l e k s i g l a s o - w y t u b u s , k o ł n i e r z
D evice for filtering B a C 0 3 precipitates
m e t a l f u n n e l , a l u m i n i u m s ie v e , p l e x i g l a s s t u b e , c o l l a r
stosow ania licznika w ew nętrzn eg o n a p e łn ian ia zależnie od w ielkości licz n ik a w celu zabezpieczenia d ostatecznej ilości pow tó rzeń p rz y p om iarze rad io ak ty w n o ści (2— 3-krotnej), p ró b k a spalana zaw ierać może 15— 20 m g w ęgla, co odpow iada około 40— 50 m g suchej m asy m a te ria łu roślinnego.
Oczywiście w ty m p rzy p a d k u sto su je się zw iększoną ilość m ieszanin y spalającej, tj. 10 m l oraz 20 m l ro ztw o ru Ba(OH)2.
A oto p rzy k ład obliczania ilości w ęgla w su b stan cji ro ślinnej. Do m iareczko w ania ślepej p ró b y zużyto 47,36 m l 0,1049 n HC1, spalo no 0,0444 g m a te ria łu roślinnego, z m iareczkow ania prób ki — 17,70 m l HC1.
0,1049(47,36 - 17,70)6
c = ÏÔÔÔ = 0’0187g
0,0187 g w ęgla stanow i 42,1% w sto su n k u do suchej m asy próbki.
P rz y w y k o n y w an iu sp a la ń w dw óch p o w tórzeniach różnice m iędzy
rów noległym i oznaczeniam i n ie p rze k ra cz a ły 2% .
P rzy go tow an ie m ieszanin y V an S ly kea-F olcha odbyw a się n a stę p u -;
jąco: 25 g C r 03 + 5 g K J 03 zalew a się e rle n m a y e rc e 167 m l kw asu
fosforow ego (o ciężarze w łaściw y m 1,71) + 333 m l kw asu siarkow ego o leum (o zaw artości około 20%i w olnego S 0 3) i ogrzew a do te m p e ra tu ry 140— 150 °C aż do rozpuszczenia się składników stałych. W czasie og rze w ania n ależy m ieszać roztw ór, aby u łatw ić rozpuszczanie się składników
oraz w ydzielanie C 02 pow stałego z u tle n ia n ia zanieczyszczeń o rg an icz
nych. R oztw ór n ależy przechow yw ać bez d o stępu pow ietrza, chronić od zanieczyszczeń (osiadanie kurzu). Nie n ależy przygotow yw ać w iększych jego ilości, gdyż w m ia rę u p ły w u czasu tra c i zdolność u tlen ian ia.
OCZYSZCZANIE C 0 2 I NAPEŁNIANIE LICZNIKA
O czyszczanie C 02 i n ap ełn ian ie licznika w ew n ętrzn eg o n a p e łn ian ia
p rzep row ad za się w specjaln ej a p a ra tu rz e p rzed staw io n ej na rys. За i 3b. Cała a p a ra tu ra składa się z:
— uikładu dwóch pom p — ro ta c y jn e j d.wus1x>pniowej (1 0 ~ 3 tora) i d y
fu zy jn e j olejow ej, dw usto pnio w ej (1 0 —5 tora),
— a p a ra tu r y szk lan ej p rzed staw io n ej n a rys. 3, służącej do u w a ln ia
n ia i oczyszczania C 02 o raz n a p e łn ien ia licznika.
A p a ra tu ra szklana w y ko n an a je s t z R asoth erm u; w szystkie k ra n y
z w y ją tk ie m k ra n u K2 są k ran a m i próżniow ym i; do sm aro w an ia szlifów
i k ran ó w stosuje się sm a r silikonow y.
Z asada p rac y polega n a tym , że do licznika L1i2 n ależy w prow adzić C 02
w ra z z h eksanem . Obie su b stan cje m uszą posiadać w ysoki stopień czy stości, gdyż n ajm n ie jsze dom ieszki p a ry w odnej lub p o w ietrza p rzeszk a d z a ją przy p om iarze rad ioak ty w n o ści p su ją c p la te a u licznika. Oczyszcza
Rys. 3. Aparatura do uwalniania, oczyszczania CO-2 i napełniania licznika w ew n ętrz nego napełniania: a — fotografia, b — schemat;
K x — k r a n y , Z x — z b i o r n i k i , Ł i , L-> — li c z n i k i , M — m a n o m e t r r t ę c i o w y
G as-counter filling m anifold for the filling of CO2 counters a — photography, b — scheme;
k ilk a k ro tn e zam rażan ie i odpom pow yw anie pozbaw ia się go zanieczysz czeń, głów nie w ody i pow ietrza.
P rzeb ieg czynności jest n a stę p u jąc y : w probów ce A um ieszcza się rozdrob n io ny p re p a ra t B a C 0 3, o trz y m a n y ze sp alan ia su b sta n c ji o rg a
nicznej. W zb iorniku Z2 z n a jd u je się stężony kw as siark o w y (o ciężarze
w łaściw ym 1,84). P rz e d rozpoczęciem p rac y cała a p a ra tu ra z w y ją tk ie m
zb iornik a Z3 i E oraz części ograniczonej k ran a m i K b K 2, K 3 i K4 pow inna
być odpom pow ana. Po um ieszczeniu p re p a ra tu B a C 03 w probów ce A
o tw ie ra ją c ostro żn ie k ra n K 3 tę część rów nież odpom pow uje się, u ż y w ając tylko pom py ro ta c y jn e j, gdyż w ysoka próżn ia je st tu zbyteczna, a n a w e t niepożądana. N ależy zw rócić uw agę, ab y p rz y o tw a rc iu k ra n u K 3
p rą d p o w ietrza n ie p o rw ał pyłów B a C 03 d o dalszej części a p a ra tu ry .
N astępn ie o tw iera ją c k ra n K 2 k ro p lam i po ściance w lew am y stężon y
H2S 04 (1,84) do zbiornika A, p rz y czym rów nież nie n ależy dopuścić do
gw ałtow nego u w aln ian ia się C 0 2, pow odującego przenoszenie p re p a ra tu
do ru rk i poziom ej. Jed n ocześn ie o tw iera się k ra n K4 i w zbio rn iku B,
uprzednio odpom pow anym , w y m raża się ciekłym pow ietrzem p o w sta ją cy CO2. P o w y m ro żen iu zam yka się k ra n K 4, a o tw ie ra ją c k ra n y K 6l K 7
i K8 odpom pow uje się dok ład n ie resztk i pow ietrza. T eraz zam yka się
k ra n K 7, a pozostaw iając o tw a rty k ra n K6 u suw a się d e w a r z ciekły m
pow ietrzem spod pro bów k i В, a um ieszcza pod probów ką С . C 02 w p ro
bówce В rozm raża się p rz y o g rzan iu i przechodzi do probów ki C, gdzie w y m raża się ponow nie. W probów ce В pozostaje zam rożona p a ra w odna i in n e lotne zanieczyszczenia. A by n ie przeszły one do probów ki С razem
z C 0 2, trz e b a zam knąć k ra n K6 p rzed tem n im całość ulegnie rozm rożeniu.
Dalsze czynności zależą od stopnia radio ak tyw ności C 0 2. Jeśli a k ty w
ność C 02 nie jest zbyt duża i n a d a je się do bezpośredniego p om iaru,
wów czas gaz ze zbiornika С w y m raża się w zbio rniku D, rów nież u p rz e dnio odpom pow anym , k tó ry służy n astę p n ie jak o zbiornik ra d io a k ty w nego C 0 2. P rz y o tw a rty c h k ran a c h K 10, K12 i K20 n a p e łn iam y gazem je d e n z liczników (w ty m czasie d ru g i je s t zam knięty) do określonego
ciśnienia, np. 2 0 torów . N astęp n ie zam y kam y k ra n prow adzący do licz
nika, а CO2 z n a jd u jąc y się w p rzew odach i zbiorn iku Z2 w y m raż a m y
znow u w zb iorn iku D i m ożem y go użyć do następ n eg o n ap ełn ien ia. O tw ie ra m y tera z k ra n K 13, k tó ry zam yka zbiornik E z heksanem , d o p ro
w ad zam y ciśnienie h e k san u w objętości ograniczonej k ran a m i K9łl0iiM4>i5
pow yżej 2 0 torów , czyli pow yżej ciśnienia, w k tó ry m z n a jd u je się C 02
w liczniku i w ów czas o tw ie ra m y k ra n y do licznika, d o d ając jednocześnie h e k san u ze zbiorniczka E do pożądanego ciśnienia, np. 80 torów . N a
stępnie zam y kam y k ra n licznika (K18 lu b K 19), o tw ie ra m y połączenie
i w przew odach. O dpow iednio o b rac a ją c k ra n К г5 łączym y przew ód licz n ik a z atm o sferą z ew n ętrzn ą d n a p e łn io n y licznik zd ejm u jem y ze szlifu, gotow y do pom iaru. W liczniku całkow ite ciśnienie w ynosi 80 torów ,
w ty m 2 0 torów ciśnienie cząstkow e C 02 i 60 torów ciśnienie cząstkow e
p a r h ek sanu . N ależy zw rócić uw agę, aby p rzy odpom pow yw aniu gazów z a p a ra tu ry pom pę d y fu z y jn ą w łączyć d o piero p rz y ciśnieniu poniżej 1 m m Hg; p rz y ciśnieniach w iększych n ależy posługiw ać się w yłącznie pom pą ro ta c y jn ą .
Je śli ak ty w n o ść o trzy m an ego ze sp alan ia p róbki d w u tle n k u w ęgla je s t zby t duża, n a le ż y go odpow iednio rozcieńczyć n ie a k ty w n y m C 0 2.
W ty m celu p rz y o tw a rty m k ran ie K7 i K9 do objętości zbiornika Z 2,
ograniczonej k ra n a m i K 10>llt 1Zi 13, w pro w ad zam y ściśle o k reślo n ą (zai po
m ocą m an o m etru ) ilość C0 2 ze zbiornika C, np. 2 0 torów . N astęp n ie za
m y k am y k ra n K 9; o tw ie ra ją c k ra n K10 w y m raż a m y te n gaz w zbio rn iku D i k r a n Kio zam ykam y. O tw ie ra jąc te ra z k ra n K n w p row adzam y do tej sam ej objętości Z2 u przednio p rzy g o to w an y w zbiorn iku Z3 n ie a k ty w n y C 0 2, rów nież m ierząc jego ilość m anom etrycznie. Ilość ta zależna będzie
od tego, jak ie rozcieńczenie a k ty w n e g o C 02 chcem y o trzym ać. P rz y
puśćm y, że n a le ż y rozcieńczyć go 5-krotnie, w te d y do zbiornika Z2 w p ro
w adzam y n ie a k ty w n y C 02 do ciśnienia 100 torów . D oprow adziw szy ciś
n ien ie w zb io rn iku do pożądanej w ielkości zam ykam y k ra n K n , o tw ie ra m y k ra n K i o i w y m raż a m y n ie a k ty w n y i a k ty w n y gaz razem . W celu rów no m iern ego w ym ieszania obu gazów k ilk a k ro tn ie ro zm rażam y i w y
m ra ż am y je w zbiornikach D i Z2 p rz y o tw a rty m k ra n ie K 10, a n astęp n ie
n a p e łn iam y licznik jak w yżej.
H eksan przy g o to w u je się następ u jąco : Z biorniczek E n a p e łn ia się
hek san em (frak cja 68— 70°), n a d n o d o d aje się nieco P20 5, ab y zw iązać
e w e n tu aln ie śla d y wody. N astępn ie o ch ładzając zbiorniczek w ciekłym p o w ietrzu o dpom pow uje się z niego pow ietrze w ciągu k ilk u m in u t. T ak p rzy g o to w an y heksan, pozbaw iony zanieczyszczeń w o dy i pow ietrza, n a d a je się do n a p e łn ian ia licznika. W p rzy p a d k u jeśli h eksan n ie je st do stateczn ie czysty i posiada in n e zanieczyszczenia, n ależy go p rze d e sty lo w ać p rzed w lan iem do zbiorniczka.
P rzy g o to w an ie n iea k ty w n e g o C 02 od b yw a się n astępu jąco. P rz ed roz
poczęciem p ra c y z ra d io a k ty w n y m C 02 n ależy w zbiorniku Z3 przygo
tow ać zapas C 02 n ie r adio ak ty w n eg o do p o m iaru tła i e w e n tu aln eg o roz
cieńczenia próbek. N ie a k ty w n y C 02 o trz y m u je się u w a ln ia jąc go k w a
sem siark ow ym z N a2C 03 lu b B a C 03 w zbio rniku A , tak jak to opisano
w yżej d la p ró bk i a k ty w n e j. Do o trz y m an ia tego gazu n ależy używ ać m ożliw ie n ajczystszych zw iązków w ęglanow ych. O czyszczanie C0 2 w y k o n u je się, ja k podano w yżej, z ty m że po w ym rożendu gazu w zb io rni
ku D w prow adza się go do u p rzed n io d o k ład n ie odpom pow anego zbior n ik a Z3 o tw ie ra ją c k ra n y K 10 i K n . T rzeba p rz y ty m zwrócić uw agę, aby ciśnienie C 0 2 w zbiornika Z 3 nie przew yższało 760 m m Hg.
POMIARY RADIOAKTYWNOŚCI
S tosow any licznik GM w ew n ętrzn eg o n a p e łn ian ia b y ł licznikiem w spółosiow ym , o cylin d ry czn y m układzie elektrod, anodzie w olfram ow ej grubości 40 [л, w yprow adzonej d w u stro n n ie na zew nątrz. K atodę stan o w iła w a rstw a S n 0 2 nap y lo n a n a szkło. W yprow adzenie końców ek anody na. zew n ątrz um ożliw ia w yżarzen ie jej pod pró żnią w celu oczyszczenia z zaadsorbow anego w czasie p o m iaru C 0 2. Pojem ność licznika w ynosiła ~ 120 m l, pow ierzchnia k a to d y ~ 160 cm 2.
Stw ierdzono, że liczniki z k ato d ą g rafito w ą b y ły m niej dogodne do pom iaró w ze w zględu na dużą zdolność ad so rp cy jn ą g rafitu . Licznik o k a todzie g rafito w ej po każdorazow ym n a p e łn ien iu n ależało bardzo długo
Rys. 4. Schem at blokow y zestawu apa ratury do pomiaru 14C
A — L i c z n i k G M w e w n ę t r z n e g o n a p e ł n i a n i a ,
В — u k ł a d g a sz ą c y ^ С — z a s ila c z w y s o k i e g o n a p i ę c i a , D — p r z e l i c z n i k e l e k t r o n o w y , E —
c z a s o m i e r z e l e k t r o n o w y
Bloc diagram of the i*C m easuring apparatus
A — g a s c o u n t e r , В — q u c n c h i n g s y s t e m ,
С — h i g h v o l t a g e s o u r c e , D — s c a l e r ,
E — e l e c t r o n i c ti m e - m e a s u i r i n g d e v ic e
odpom pow yw ać, w y g rzew ając jednocześnie katodę, ale n a w e t godzinne pom pow anie i w y grzew an ie n ie u su w ało całej ilości zaadsorbow anego n a katodzie gazu.
A p a ra tu ra przeliczeniow a skład ała się z n a stę p u jąc y c h części: — elek tro n o w y p rzelicznik d ek ad ow y ty p LE-1,
— zasilacz stab ilizo w an y 4kV ty p ZS-4E, — u k ład gaszący1,
— licznik w ew n ętrzn eg o n a p e łn ia n ia w obudow ie ołow ianej, — p rzy staw k a ste ru ją c a G am m a p ro d u k c ji w ęgierskiej.
U kład gaszący został w y k o n an y na po d staw ie u k ład u H e r m a n n a i R e n k e r a [3]. D odatni im p u ls gaszący jest pod aw any n a kato dę licznika, a m p litu d a im pulsu gaszącego je st rzę d u 500 V, a jego szerokość m ożna było regulow ać w zakresie od 17 do 4000 (isek.
i Układ gaszący i licznik w ew nętrznego napełniania zostały w ykonane przez pracow ników IBJ — mgr J. L esińskiego i technika T. Sendka.
Rys. 5. C harakterystyki licznika w ew nętrznego napełniania przy różnych stosun kach ciśnień cząstkowych C 0 2 do heksanu
C haracteristics of the inner fillin g conuter at different ratios of C 0 2 fractional pressure to hexane
Rys. 6. C harakterystyki licznika w ew nętrznego napełniania przy różnym ciśn ie niu C 0 2 w ew nątrz licznika
Gas-counter characteristics at differen t C 0 2 pressures inside the counter
W prow adzono m o dyfikację polegającą na m ożności zastosow ania u k ła d u gaszącego rów nież jak o w zm acniacza im pulsów i zw iększeniu czułości u k ład u przez zm ianę n ie k tó ry ch elem en tó w u k ład u elektronicznego.
Za pom ocą tego u k ład u p rzeprow adzono szereg pom iarów , m ający ch n a celu zbadanie p ra c y całego u k ład u o raz do b ran ie odpow iednich w a ru n k ó w n ap ełn ian ia licznika. W aru n k i te dla różnych liczników są inne. W ielokrotne p om iary tła w czasie 1 i 10 m in. w sk azu ją na w y sta rc z a jąco d o b rą stabilizację p ra c y u k ład u i rów nom ierność tła, co pozw ala na p o m ia r aktyw ności rzę d u w ielkości tła.
Ze w zględu n a m ałą radioak ty w no ść b ad an y ch su b stan cji w a ru n k i n ap e łn ien ia sta ra n o się d ob rać w tak i sposób, aby p rz y m ożliw ie n a j
w iększej ilości w prow adzonego C 02 o trzy m ać dobre p la te a u licznika.
Na ry su n k u 5 p o d an y jest wyikres c h a ra k te ry s ty k i licznika p rzy n a pełn ien iu go d w u tlen k ie m w ęgla bez d o d a tk u su b stan cji gaszącej. P rz y
ciśnieniu C 02 ró w n y m 100 torów p la te a u jeszcze nie otrzym ano. P rz y
ciśnieniu C 0 2, w ynoszącym 200 torów , licznik posiadał dobre plateau , długości 400 V i n ach y len iu 1'%. Z w iększając ciśnienie ponad 200 torów m ożna by łob y oczekiw ać dalszego w y d łu żenia p lateau , ale jednocześnie pró g p rac y licznika u leg ałb y p rzesu n ięciu w stro n ę napięć w yższych, czego należy unikać ze w zględu n a ogran iczony zakres zasilacza (4 kV) oraz w y trzym ałość a p a ra tu r y n a przebicie.
W la b o ra to riu m prof. B ro d y w W iedniu o trzy m an o bardzo d o b rą cha r a k te ry s ty k ę licznika w ew nętrzn eg o n a p ełn ian ia (długość p late au około
1 0 0 0 V i nach y len iu poniżej 1% ) p rzy n a p e łn ian iu go gazow ym C 02 bez
d o d a tk u su b stan cji gaszącej, do ciśnienia 200— 760 torów , co pow odow ało konieczność p rac y p rzy w yższych napięciach, sięgających 5000 V.
W p rzy p a d k u n ap e łn ian ia licznika C 02 do ciśnienia 100 torów o trz y
m ano dobre c h a ra k te ry s ty k i licznika z d o d atk iem sub stan cji gaszącej —
heksanu. Rys. 6 p rzedstaw ia c h a ra k te ry s ty k i licznika p rzy ciśnieniu cał
kow itym , w ynoszącym 1 0 0 torów i różnych stosunkach ciśnień cząstko
w ych C 02 i h eksanu. J a k w idać, w m iarę zm niejszania się P c o2 • Pheksan
p late au licznika w y dłuża się; dla stosun k u 80 torów C 02 : 20 to ró w h ek sa
n u w ynosi ono 700 V, a dla 40 to ró w C 02 : 60 torów h e k san u już 1200 V.
OBLICZENIE ILOŚCI WĘGLA
W celu uniknięcia d o k ład n ej k a lib rac ji licznika, oznaczania jego w y dajności, w prow ad zania p opraw ek na te m p e ra tu rę itp., obliczenia aktyw « ności su b sta n c ji ro ślin n ej dokonyw ano na podstaw ie poró w nan ia jej
z aktyw nością sta n d a rd u o znanej aktyw ności w łaściw ej. A ktyw ność C 02
sta n d a rd u m usi być m ierzona dokładnie w ty ch sam ych w a ru n k a ch co i aktyw ność próbek, tzn. sposób n ap e łn ian ia licznika, ciśnienie całkow ite
w e w n ątrz licznika, stosu nek ciśnień cząstkow ych h ek san u i C 02 m uszą być jedn ak o w e w p rzy p a d k u s ta n d a rd u i pró bk i oznaczanej.
O bliczenie ilości rad io ak tyw neg o w ęgla w próbce podano n a n a s tę p u jąc y m przykładzie: ro śliny fasoli w ciągu 5 godz. asym ilow ały rad io
a k ty w n y C 02 w zam k n iętej k am erze pleksiglasow ej w atm osferze w zbo
gaconej w C 0 2. Z aw artość C 02 w kam erze (obliczona z objętości k a m e ry
i ilości C 02 w yzw olonego z N a2C 03 za pom ocą kw asu m lekow ego) w y
nosiła 281,1 m g С o aktyw ności całkow itej 300 \ic. Po zakończeniu do św iadczenia oznaczenie ilości w ęgla w su b sta n c ji organicznej i jego r a dioaktyw no ść w yk o nano w sposób om ów iony pow yżej.
Ilość zasym ilow anego C 02 oblicza się n astęp u jąco : sucha m asa części
nad ziem nych fasoli w ynosiła 1,1046 g. W ty m ilość w ęgla oznaczona przez m iareczko w anie stanow iła 42,3%, a ilość im pulsów m ierzona za pom ocą licznika w ew n ętrzn eg o n a p e łn ian ia — 7635,9 im p./m in.
S ta n d a rd p rzy g o to w a n y z N a2C 03 o ak tyw ności w łaściw ej 5 uc/1 g
N a2C 03 (w edług a te stu ) d a w a ł 12239,8 im p./m in. A ktyw ność w łaściw a
w ęgla s ta n d a rd u b y ła ró w n a 44,17 \ic/l g С.
Z p o rów n ania ilości im p u lsó w liczonych d la sta n d a rd u i p ró bki b a d a n e j w ynika, że ak tyw ność w łaściw a w ęgla su b sta n c ji ro ślin n ej w y nosiła 27,56 jic/1 g С. P rz y 42,3%i zaw artości w ęgla w m a te ria le próbki w 1,1046 g su b stan cji roślin n ej z n a jd u je się 0,4672 g w ęgla. Je śli w ięc 1 g w ęgla w liściach posiada ak tyw no ść 27,56 jic, to 0,4672 g w ęgla będzie m iało aktyw ność 12,87 цс. W analogiczny sposób obliczona aktyw ność korzen i w ynosi 3,33 (ыс, a w ięc całkow ita aktyw ność ro ślin y w ynosi 16,20 [лс..
W kam erze znajdow ało się w postaci C 02 281 m g w ęgla o aktyw ności
300 |лс, a więc u b y tek 16,20 uc odpow iadał 15,2 m g zasym ilow anego w ę gla, czyli 55,7 m g C 0 2.
B ezw zględna ilość w ęgla, d ają c a się oznaczyć radio m etryczn ie, będzie zależna od aktyw ności stosow anych p rep a ra tó w , stopnia rozcieńczenia w m a te ria le dośw iad czalny m oraz czułości zastosow anej m etod y rad io m etry czn ej, om ów ionych w yżej.
LITERATURA
[1] C a l v i n М.: Isotopic Carbon, N ow y Jork 1949, W iley & Son.
[2] G l a s c o c k R. F.: Isotopic gas analysis for biochem istry. N ow y Jork 1954. [3] H e r m a n n W., R e n k e r K.: K ernenergie, 1958 (Sonderausgabe). [4] K a l a b B.: Journ of Scient. Instrum ents, t. 38, 1961, s. 253—257.
[5] L i n d e n b a u m A., S c h u b e r t J., A r m s t r o n g W. D.: Anal. Chem., t. 20, 1948, s. 1120.
[6] S t a r z y ń s k i K., O l s z a ń s k a В.: Roczn. Glebozn., dodatek do t. VIII, 1958. [7] Z ł o t o w s k i I., Z i e l i ń s k i M.: N ukleonika, 3, 1958, s. 529—545.
С Т А Ж И Н С К И K ., О Л Ы И А Н Ь С К А Б . ОПРЕДЕЛЕНИЕ НС В РАСТИТЕЛЬНОМ МАТЕРИАЛЕ ПО МЕТОДУ СЧЕТЧИКА ВНУТРЕННЕГО НАПОЛНЕНИЯ А г р о н о м и ч е с к а я Л а б о р а т о р и я И з о т о п о в П о л ь с к о й А к а д е м и и Н а у к Р е з ю м е В настоящей работе представлен метод определения 14С в растительном материале: сжигание органического вещества, очищение С 0 2, наполнение счёт чика; описан такж е состав аппаратов, применяемых в лаборатории. Проверены характеристики счётчика внутреннего наполнения для наполне ний его СО2 при давлении 100 и 200 мм Hg, и для наполнения С 0 2 + гексан при различном соотношении парциальных давлений. Установлена применимость этого метода для определения небольших актив ностей *4С.
К . S T A R Z Y Ń S K I, В . O LSZA iŃ ISK A
^ -D E T E R M IN A T IO N IN PLANT MATERIAL BY GAS COUNTER METHOD
A g r i c u l t u r a l I s o t o p e s L a b o r a t o r y , P . A . o f S.
S u m m a r y
i 4C -determ ination in plant m aterial: combustion of organic substance C 0 2 purification and fillin g of the counter w ith C 0 2 are discussed in detail and apparatus set is described.
The characteristics of the used counter w ith C 0 2 fillin g at 100 and 200 mm m ercury pressure and w ith C 0 2 + hexane fillin g at different ratios of partial pressures w ere exam ined.
The suitability of this counter type for determ ination of low *4C activities w as confirm ed.
