В 1961 году следователи ФБР попросили физиков-ядерщиков проанализировать волосы Наполеона Бонапарта, взятые из нескольких разных источников. Ответ мог пролить свет на самый знаменитый медицинский вопрос истории — умер ли он от рака или был отравлен. Метод, который они использовали, называется нейтронно-активационный анализ (NAA).
Что такое NAA
Нейтронно-активационный анализ — метод определения химического состава вещества путём облучения образца нейтронами и последующего измерения гамма-излучения активированных изотопов.
Принцип: стабильный изотоп захватывает нейтрон и превращается в нестабильный — радиоактивный. Новый изотоп испускает гамма-кванты с характеристическими энергиями, которые уникальны для каждого элемента. Измерив гамма-спектр облучённого образца, можно определить, какие элементы и в каких концентрациях в нём содержатся.
Пример: золото-197 + нейтрон → золото-198 (T½ = 2,69 сут) → испускает гамма 412 кэВ. Серебро-109 + нейтрон → серебро-110m → гамма 658 кэВ. По набору пиков на гамма-спектрометре однозначно идентифицируют состав.
Преимущества метода
Без разрушения образца. В большинстве случаев образец не разрушается химически — это критически важно в криминалистике и для анализа уникальных исторических предметов.
Сверхвысокая чувствительность. NAA обнаруживает следовые количества элементов на уровне частей на миллиард (ppb) и даже меньше. Это в 10–1000 раз чувствительнее многих других методов.
Не зависит от химической формы. Метод определяет элементный состав, а не молекулярную структуру — полезно при анализе смешанных образцов неизвестного происхождения.
Объёмный анализ. В отличие от XRF (рентгенофлуоресцентный анализ), который измеряет только поверхность, NAA даёт информацию о составе в объёме — загрязнение поверхности не искажает результат.
Наполеон и мышьяк
В волосах Наполеона, взятых из нескольких источников (разные коллекторы, разные годы), методом NAA обнаружили концентрации мышьяка в 10–40 раз выше нормы. Исследование 1961 года и последующие анализы породили версию об отравлении — возможно, британскими тюремщиками на Святой Елене.
Однако дальнейшие исследования усложнили картину. В XIX веке обои, покрашенные популярным зелёным пигментом «парижская зелень» (ацетоарсенит меди), при высокой влажности выделяли летучий арсин — под действием плесени. Это была распространённая причина хронического отравления мышьяком в домах того времени. Волосы легко адсорбируют мышьяк из воздуха.
Финальный вывод большинства историков: Наполеон, вероятно, не был отравлен. Повышенный мышьяк — следствие окружающей среды и тогдашних методов лечения (мышьяковистые препараты были в ходу). Тем не менее дискуссия не закрыта.
Дело Кеннеди
В 1963 году, при расследовании убийства президента Кеннеди, Комиссия Уоррена использовала NAA для анализа пуль. Физики из Ок-Риджской национальной лаборатории утверждали, что изотопный состав свинца в двух пулях идентичен — значит, они из одной партии, что подтверждает версию «одного стрелка».
В 2007 году группа статистиков и материаловедов из Университета Теннесси провела повторный анализ. Вывод: метод NAA не обеспечивает такой точности разграничения свинцовых пуль, как было заявлено в 1960-х. Свинец из разных партий той же эпохи имел слишком схожий состав, чтобы делать однозначные выводы. ФБР в 2005 году официально прекратило использование NAA свинца в уголовных делах.
Это не означает, что Освальд был невиновен или виновен. Это означает, что конкретный аргумент NAA был переоценён.
Другие применения
Ядерная криминалистика и нераспространение. По изотопному составу урана или плутония можно определить, из какого реактора или обогатительного завода вышел материал. При задержании контрабандных ядерных материалов NAA — один из первых инструментов идентификации.
Анализ картин и артефактов. NAA позволяет определить состав пигментов и подтвердить или опровергнуть подлинность произведений искусства без физического разрушения образца. Анализ картин Рембрандта и Вермеера позволил выявить подделки.
Экология. Мониторинг тяжёлых металлов в почве, воде, атмосферных аэрозолях с ультранизкими концентрациями — там, где другие методы не справляются.
Нутрициология. Точное определение содержания микроэлементов (Se, Zn, Fe, Cr) в пищевых продуктах и биологических тканях.
Геохимия. Датирование и анализ лунных пород с миссий Аполлон — NAA сыграл ключевую роль в изучении образцов лунного грунта.
Ограничения
Главный недостаток — нужен ядерный реактор. Метод доступен только в учреждениях с исследовательским реактором: институтах ядерной физики, крупных университетах. В России — ФЭИ, НИФХИ, ИБРАЭ, ряд университетов.
После облучения образец сам становится радиоактивным — нужно время для «остывания» (от часов до недель, в зависимости от состава). Это усложняет работу с уникальными или срочными образцами.
Для большинства задач сегодня NAA заменяется масс-спектрометрией с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) — она точнее, быстрее и не требует реактора. Но для специфических задач (объёмный анализ без разрушения, определение изотопного состава ядерных материалов) NAA остаётся незаменимым.
Комментарии
Загрузка...
Оценить статью