中子活化分析（Neutron Activation Analysis ,NAA）,活化分析中最重要的一種方法，用反應堆、加速器或同位素中子源產生的中子作為轟擊粒子的活化分析方法，是確定物質元素成份的定性和定量的分析方法。它具有很高的靈敏度和準確性，對元素周期表中大多數元素的分析靈敏度可達10-6～10-13g/g，因此在環境、生物、地球科學、材料、考古、法學等微量元素分析工作中得到廣泛應用。由于準確度高和精密度好，故常被用作仲裁分析方法。
概述
中子活化分析，又稱儀器中子活化分析，是通過鑒別和測試試樣因輻照感生的放射性核素的特征輻射，進行元素和核素分析的放射分析化學方法。活化分析的基礎是核反應，以中子或質子照射試樣，引起核反應，使之活化產生輻射能，用γ射線分光儀測定光譜，根據波峰分析確定試樣成分；根據輻射能的強弱進行定量分析。一般中子源由核動力裝置提供，質子源采用回旋加速器或范德格拉夫式加速器。活化分析大體分為5個步驟，即：試樣和標準的制備、活化、放射化學分離、核輻射測量和數據處理。
本法的特點在于靈敏度極高，準確度和精密度也很高；可測定元素范圍廣，對原子序數1-83之間的所有元素都能測定，并具有多成分同時測定的功能，在同一試樣中，可同時測定30-40種元素。因而適用于環境固體試樣中的多元素同時分析，如大氣顆粒物、工業粉塵、固體廢棄物等中的金屬元素測量。由于儀器價格昂貴，分析周期較長，操作技術比較復雜，目前，在我國尚少配置。它是大氣顆粒物的多元素同時分析方法中靈敏度較高的一種，在國外環境監測中廣為應用。
在GSR的檢驗中，NAA用于檢驗射擊者手臂上的銻和的存在和數量。這些元素是許多子彈底火的成份，如果在手上有高濃度的這些元素的存在，就意味著此最近射擊過槍支。因為銻和鋇也可能存在于并未開槍的人的手上，所以NAA的依據在于檢驗元素比正常情況下大得多的數量，以此表明GSR的存在。有些實驗室曾經收集和記錄過正常人手上這些元素的含量水平。該技術方法，是通過擦或者洗的技術而從手上提取殘留物的。它的主要缺陷是需要添置研究用的核反應堆。
簡史
1936年匈牙利化學家G.C.de赫維西和H.萊維用鐳-鈹中子源 (中子產額約)輻照氧化釔試樣，通過反應（活化反應截面為2700靶（恩）, 生成核Dy的半衰期為2.35小時）測定了其中的鏑，定量分析結果為，完成了歷史上首次中子活化分析。
原理
中子是電中性的，所以當用中子輻照試樣時，中子與靶核之間不存在庫侖斥力，一般通過核力與核發生相互作用。核力是一種短程力，作用距離為10厘米，表現為極強的吸引力。中子接近靶核至10厘米時，由于核力作用，被靶核俘獲，形成復合核。復合核一般處于激發態（用*表示）,壽命為10～10秒，它通過各4種方式退激發，可用下式表示：
中子與靶核碰撞時，有三種作用方式：①彈性散射，靶核與中子的動能之和在散射作用前后不變，這種作用方式無法應用于活化分析；②非彈性散射，若靶核與中子的動能之和在作用前后不等，則該能量差導致復合核的激發，引起非彈性散射，此時生成核為靶核的同質異能素，一些同質異能素的特征輻射可通過探測器測定，這種作用方式可用于活化分析；
③核反應，若靶核俘獲中子形成復合核后放出光子，則被稱為中子俘獲反應，即反應，這就是中子活化分析利用的主要反應，此外、、和等反應也可用于中子活化分析。
中子輻照試樣所產生的放射性活度取決于下列因素：①試樣中該元素含量的多少，嚴格地講，是產生核反應元素的某一同位素含量的多少；②輻照中子的注量；③待測元素或其某一同位素對中子的活化截面；④輻照時間等。（見活化分析）
特點
NAA法特別適合考古學中的元素分析。它與其他元素分析法相比較，有許多優點：
其一，靈敏度高，準確度、精確度高。NAA法對周期表中以上的元素的靈敏度都很高，一般可達，其精度一般在。
其二，多元素分析，它可對一個樣品同時給出幾十種元素的含量，尤其是微量元素和痕量元素，能同時提供樣品內部 和表層的信息，突破了許多技術限于表面分析的缺點。
第三，樣量少，屬于非破壞性分析，不易沾污和不受試劑空白的影響。還有儀器結構簡單，操作方便，分析速度快。它適合同類文物標本的快速批量自動分析，其缺點是檢測不到不能被中子活化的元素及含量，半衰期短的元素也無法測量。此外，探測儀器也較昂貴。
中子活化分析亦存在一些缺點如下：
1、一般情況下，只能給出元素的含量，不能測定元素的化學形態及其結構。
2、靈敏度因元素而異，且變化很大。例如，中子活化分析對鉛的靈敏度很差而對錳、金等元素的靈敏度很高，可相差達10個數量級。
3、由于核衰變及其計數的統計性，致使中子活化分析法存在的獨特的分析誤差。誤差的減少與樣品量的增加不成線性關系。
發展趨勢
①從單純的元素分析擴展到化學狀態的測定：隨著中子活化分析應用領域的擴大，不僅需要測定樣品中元素的含量，而且還要求深入研究元素的分布和狀態。例如，在環境科學研究中分析水中痕量元素時，增加超過濾法前處理，將水樣分解成低分子量組分、膠體、假膠體和顆粒物，再用中子活化法分別測定處于不同狀態的元素含量。
②瞬發分析的應用：常規中子活化分析無法利用核反應截面高而生成穩定核素的核反應，例如(反應截面為靶)；而瞬發γ射線中子活化分析卻能夠克服這一困難。應用瞬發法可以測定河流沉積物中的硅、硫、銅、鎘和汞等元素，這些都是常規中子活化分析很難測定的元素。
③計算機的廣泛應用:70年代以來，中子活化分析的樣品日趨復雜，例如，環境科學中的大氣顆粒物，生命科學中的生物組織，地球化學中的隕石，考古學中的陶、瓷器等，都要求同時提供數百個樣品中的幾十種元素的含量。計算機與自動活化分析裝置配合使用，可以控制照射時間、冷卻時間、計數時間，控制樣品的輸運、分析操作以及數據處理等。
應用
中子活化分析在考古學中主要用來測量陶瓷器、玻璃、銀幣、銅鏡、燧石、骨頭化石等樣品中的微量元素和痕量元素，進行統計分析，尋找共同性和差異性，從而確定元素成分的演變、產地及礦源等。不同地區的陶瓷土的元素組成差異，特別是微量、痕量元素組成差異大于它們在同一陶土源不同部位的漲落。以我國古瓷研究為例，古代瓷器原料就地取材，其中所含的微量元素種類不多，一般不影響瓷器質量，但在瓷器中長期保存，因而成為各類瓷器的分辨特征。經中子活化分析不僅確定了古瓷中微量元素的古瓷窯窯系，分析了各處古窯的瓷土來源，瓷釉中元素含量的分布說明了原料配方上的差別。更重要的是利用中子活化分析的測量數據建立了各窯系、各瓷類的微量元素特征譜系，瓷類特征譜系因配料不同而形成，其中所含的元素和含量有明顯差別，如浙江龍泉窯青瓷釉的宋代和明代特征迥異。
外國學者用中子活化分析技術已積累了許多資料。通過對古陶瓷的大量數據積累從中選出地域性特征微量、痕量元素及其含量，用現代陶器、源粘土進行對比，進一步推斷古陶瓷的制作年代和燒制地點。我國也用此法進行研究。
參考資料 >