Geautomatiseerde 90Sr scheiding en Preconcentration in een Lab-op-Valve-systeem op het niveau van de Ppq
6 juni 2018
Hier presenteren we de draagbare autoRAD platform voor snelle radiometrische scheiding en bepaling van 90Sr, een belangrijke kernsplijting product zeer relevant is voor het kernafval.
AutoRad maakt het mogelijk om doelradionucliden effectiever en sneller te karakteriseren dan traditionele bemonstering en laboratoriumanalyse. Het belangrijkste voordeel is de scheiding en online bepaling met behulp van flow scintillatietelling volledig geautomatiseerd. Zodoende maakt het de on-site bepaling van moeilijk te meten radionucliden mogelijk, zoals strontium-90.
Om met de systeemvoorbereiding te beginnen, sluit u de uitgangspoort van de modulaire kleppositioneerder aan op de ingangspoort van een stralingsflowdetector. Verbind de triggerlijn, gebouwd uit een enkele board micro-controller, met de radio flowdetector. Verbind de radio flowdetector met een container van minimaal 10 milliliter scintillatorvloeistof met een hoge vlampunt.
Plaats een nieuwe glasvezelfilter in het kolomkanaal van de lab-on-valve-assemblage. Zorg ervoor dat de modulaire kleppositioneerder zowel verbonden is met een afvalcontainer als met de LOV-assemblage. Controleer de aansluitingen van de autosampler en de reagentia- en afvalcontainers op de LOV.
Zorg ervoor dat voldoende volumes van de vloeibare reagentia beschikbaar zijn, zodat de vloeibare bemonsteringsbuis gedurende het hele experiment ondergedompeld blijft. Bevestig dat de multi-seringpomp is uitgerust met een glazen spuit van 10 milliliter in een driedelige spuitklep. Zorg ervoor dat de in-kleppositie is verbonden met ultrapuur water.
Verbind de uit-positie met het middelste kanaal van de LOV, via een 10 milliliter PTFE houderspoel. Zorg ervoor dat de autosampler is ingeschakeld en laad een of meer 1,3 milliliter monsters in de autosampler. Plaats een 1% salpeterzuuroplossing in het autosamplerrek, om te worden gebruikt in de reinigingssequentie.
Open de LOV-systeemsoftware. Open van daaruit de autosamplersoftware en initialiseer de autosampler. Bevestig vervolgens dat de instrumentcommunicatiepoorten correct zijn toegewezen in de LOV-software.
Initialiseer de software en open de methode-editor. Gebruik de methode-editor om een nieuwe sequentie voor systeemreiniging te maken. In de reinigingsmethode stelt u eerst de spuitkleppositie in op in, om de LOV te omzeilen.
Zuig 10 milliliter ultrapuur water direct in de spuit bij 90 milliliter per minuut, of 1,5 miljoen nanoliter per seconde. Stel vervolgens de spuitkleppositie op uit en laat het water met 90 milliliter per minuut door de houderspoel rechtstreeks naar het afval stromen. In de volgende stap zuigt u drie milliliter ethanol in de houderspoel, bij drie milliliter per minuut.
Stel vervolgens de MVP op de detector spoel. Injecteer het ethanol in de detector spoel met drie milliliter per minuut als de laatste stap. Sla de reinigingssequentie op en voer deze uit.
Voordat u het hars laadt, zorg ervoor dat de 12 milligram per milliliter suspensie van strontium-90 hars in ultrapuur water in zijn container roert. Om de harslaadsequentie te maken, stelt u het systeem eerst in om drie milliliter van de harssuspensie in de houderspoel te trekken, bij drie milliliter per minuut. Stel de MVP op afval en laad het hars in het kolomkanaal bij 1,2 milliliter per minuut.
Stel vervolgens de spuitklep op in en trek negen milliliter ultrapuur water direct in de spuit, bij 90 milliliter per minuut. Laat het water door de houderspoel stromen en het kolomkanaal naar het afval, bij drie milliliter per minuut, om resthars op de kolom te spoelen. Sla de harslaadmethode op en bereid een nieuwe methode voor de analyse voor.
In deze sequentie trekt u eerst twee milliliter vier molair salpeterzuur in de houderspoel, bij zes milliliter per minuut. Laat het salpeterzuur door de kolom stromen naar het afval, bij 1,2 milliliter per minuut, om de kolom te conditioneren. Trek vervolgens een 1,3 milliliter monster uit de autosampler in de houderspoel, bij zes milliliter per minuut.
Laad het monster op de kolom bij 1,2 milliliter per minuut. Trek vervolgens 0,5 milliliter vier molair salpeterzuur in de houderspoel, bij zes milliliter per minuut. Spoel de kolom met dit salpeterzuur bij 1,2 milliliter per minuut om matrixinterferenties te elueren.
Trek vervolgens vijf milliliter ultrapuur water in de houderspoel, bij zes milliliter per minuut. Stel de trigger voor de radio flowdetector in om de metingen te starten. Stel in de detectorsoftware de scintillatievloeistof stroomsnelheid in op twee milliliter per minuut en de verblijftijd op minimaal 10 seconden voor de getriggerde metingen.
Stel vervolgens in de methode de MVP op de detector en elueer het monster in de detector spoel met het ultrapuur water bij 1,2 milliliter per minuut. Sla de sequentie op. Maak een nieuwe methode voor het spoelen van de kolom.
In deze methode trekt u 0,6 milliliter 1% salpeterzuur in de houderspoel, bij zes milliliter per minuut van de autosampler, gevolgd door 0,6 milliliter lucht bij dezelfde stroomsnelheid. Spoel het vloeistof-luchtmengsel direct naar het afval, bij zes milliliter per minuut. Maak een andere methode voor de harsvervanging.
Om het hars te verwijderen, laadt u eerst 0,2 milliliter ethanol in de houderspoel, bij drie milliliter per minuut. Spoel de kolom met de ethanol bij 1,2 milliliter per minuut. Spoel vervolgens 0,5 milliliter ultrapuur water door de kolom, bij 0,45 milliliter per minuut.
Stel de MVP op de spoelpositie in om het gebruikte hars direct naar het afval af te voeren. Sla de sequentie op wanneer u klaar bent. Schik de sequenties in volgorde en voer de sequenties voor elk monster uit om de strontium-90-activiteit te evalueren.
De experimentcondities werden aanvankelijk geoptimaliseerd door het systeem aan te koppelen aan een ICPMS en het evalueren van de elutieprofielen van het stabiele isotoop strontium-86 als een surrogaat voor strontium-90. De relatieve standaardafwijking van de piekgebied was minder dan 4%voor drie herhaalde runs over het bereik van 10 tot 120 picogram per gram. De lab-on-valve-assemblage was in staat om strontium-90 effectief te scheiden in waterige
Overzicht
Het draagbare autoRAD-platform maakt een snelle radiometrische scheiding en bepaling van strontium-90 mogelijk, een belangrijk fissieproduct bij het beheer van nucleair afval. Dit systeem verhoogt de efficiëntie van de karakterisering van radionucliden in vergelijking met traditionele methoden.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Beheer van nucleair afval
- Radiometrische analyse
- Geautomatiseerde detectiesystemen
Achtergrond
- Strontium-90 is een bijproduct van kernsplijting.
- Traditionele bemonsteringsmethoden zijn vaak tijdrovend en minder effectief.
- Geautomatiseerde systemen kunnen de analysemogelijkheden ter plaatse verbeteren.
- Flow-scintillatietelling biedt voordelen voor real-time detectie.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een draagbaar systeem voor snelle analyse van strontium-90.
- Het automatiseren van het scheidings- en determinatieproces.
- Het verbeteren van de nauwkeurigheid en efficiëntie van radionuclidedetectie.
Gebruikte methoden
- Integratie van een modulaire kleppositioneer met een stralingsstroomdetector.
- Gebruik van flow-scintillatietelling voor online bepaling.
- Voorbereidings- en reinigingssequenties voor het systeem.
- Optimalisatie van experimentele condities met behulp van ICPMS.
Belangrijkste resultaten
- Effectieve scheiding van strontium-90 met een herstelpercentage van ongeveer 70%.
- De relatieve standaardafwijking van het piekoppervlak was minder dan 4% over herhaalde runs.
- De verblijftijd van strontium-90 in de detectorspoel was 40 seconden.
- Lopende onderzoeken naar technieken om de gevoeligheid te verbeteren.
Conclusies
- Het autoRAD-platform verbetert de analyse van strontium-90 aanzienlijk.
- Automatisering vergroot de betrouwbaarheid en snelheid van de detectie van radionucliden.
- Toekomstig werk zal zich richten op het verfijnen van het systeem voor betere prestaties.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
Geautomatiseerde scheiding en detectie van radiostrontium op ppq-niveaus speelt in op kritieke behoeften bij nucleaire ontmanteling en milieumonitoring door snelle, on-site kwantificering van moeilijk meetbare radionucliden mogelijk te maken. Het systeem vermindert de afhankelijkheid van externe laboratoriumanalyses, waardoor de besluitvorming bij het beheer van besmette locaties en de karakterisering van afvalstromen wordt versneld. Deze functionaliteit ondersteunt voorspellende risicobeoordelingen en de prioritering van saneringsinspanningen in sectoren gerelateerd aan de biofarmaceutica die met radioactieve materialen werken.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om het gedrag van radiostrontium in biologische systemen te onderzoeken voor mechanistische studies naar de opname en retentie van radionucliden.
- Operationele waarde: Biedt geautomatiseerde, kwantitatieve strontium-90 meting om radiotracer-modellen in preklinisch onderzoek te valideren.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert reproduceerbare, stroomgebaseerde scheiding met <70% herstel en <4% RSD voor betrouwbare kwantificering van radiostrontium in complexe matrices.
- Operationele waarde: Standardiseert monstervoorbereiding en detectie via geïntegreerde klepbesturing en scintillatietelling voor gereedheid voor high-throughput screening.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt ziekte-relevante modellering van de biodistributie van radionucliden via een lineaire signaalrespons over concentratiebereiken die ecologisch significant zijn.
- Operationele waarde: Maakt longitudinale tracking van strontium-90 in biologische monsters mogelijk met een verblijftijd van 40 seconden voor kinetische studies.
Pipeline- & Workflowintegratie
Het systeem integreert in discovery-workflows door geautomatiseerde radionuclide-kwantificering te bieden die de brug slaat tussen de beoordeling van blootstelling aan het milieu en mechanistische toxicologische studies.
- Discovery Biology: Faciliteert hypothesetesten over de biobeschikbaarheid van strontium-90 en weefselspecifieke accumulatie middels online bepaling.
- Screening: Garandeert de reproduceerbaarheid van de assay door geoptimaliseerde reiniging, harsbelading en elutiesequenties met minimale carry-over.
- Analytics: Genereert kwantitatieve piekoppervlaktemetingen via flow-scintillatietelling voor vergelijkende analyse tussen verschillende blootstellingscondities.
- Translational Research: Verbindt de detectie van omgevingsradionucliden met preklinische validatie door consistente recovery en detectielimieten.
- Enterprise Reuse: Maakt platformadaptatie voor verschillende monstertypes mogelijk via modulaire klepprogrammering en reconfiguratie van de reagenssequenties.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid van radionucliden-gedragsmodellen door nauwkeurige, geautomatiseerde kwantificering van strontium-90.
- Operationele waarde: Standaardisatie en schaalbaarheid via een analysetijd van <10 minuten en inzetbaarheid in het veld.
- Strategische waarde: Verminderd biologisch risico in een laat stadium door vroege detectie van radiostrontium-contaminatie in R&D-omgevingen mogelijk te maken.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van verbindingen of modellen op basis van gekwantificeerde interactieprofielen van radionucliden.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in radiochemie en flow-gebaseerde detectiesystemen voor methodeontwikkeling en probleemoplossing.
- Afhankelijk van de compatibiliteit van de stralingsflowdetector met scintillatievloeistoffen en een nauwkeurige regeling van de flowsnelheid.
- Maakt cross-team standaardisatie van harsbehandeling, afvalverwerking en kalibratieprotocollen noodzakelijk.
- Omvat overwegingen voor aanpassing aan variërende monstermatrices en radionuclidenconcentraties in milieu- of biologische monsters.
- Beperkt door de noodzaak van faciliteiten voor de omgang met radioactief materiaal en naleving van stralingsveiligheidsprotocollen tijdens de uitvoering.
![Technisch aspect van de geautomatiseerde synthese en real-time kinetische evaluatie van [11C] SNAP-7941](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F59557.jpg%3Fv%3D2026-08-11T08%253A27%253A20.746Z&w=384&q=75)
