Zautomatyzowana separacja i wstępne zatężanie 90Sr w systemie lab-on-valve na poziomie Ppq
6 czerwca 2018
Tutaj prezentujemy przenośną platformę autoRAD do szybkiej separacji radiometrycznej i oznaczania 90Sr, ważnego produktu rozszczepienia, bardzo istotnego dla odpadów jądrowych.
AutoRad pozwala na bardziej efektywne i szybkie charakteryzowanie docelowych radionuklidów niż tradycyjne pobieranie próbek i analiza laboratoryjna. Główną zaletą jest separacja i wyznaczanie online za pomocą w pełni zautomatyzowanego zliczania scyntylacyjnego. W ten sposób pozwala na oznaczanie na miejscu trudnych do zmierzenia radionuklidów, takich jak stront-90.
Aby rozpocząć przygotowanie systemu, podłącz modułowy port wyjściowy pozycjonera zaworu do portu wejściowego detektora przepływu promieniowania. Podłącz linię spustową zbudowaną z jednopłytkowego mikrokontrolera do radiowego detektora przepływu. Podłącz radiowy detektor przepływu do pojemnika zawierającego co najmniej 10 mililitrów cieczy scyntylacyjnej o wysokiej temperaturze zapłonu.
Umieść świeży filtr z włókna szklanego w kanale kolumny zespołu laboratoryjnego na zaworze. Upewnij się, że modułowy pozycjoner zaworu jest podłączony zarówno do pojemnika na odpady, jak i do zespołu LOV. Sprawdź połączenia automatycznego podajnika próbek oraz pojemników na odczynniki i odpady z LOV.
Upewnij się, że dostępne są wystarczające ilości odczynników w cieczy, tak aby rurka do pobierania próbek cieczy pozostała zanurzona przez cały czas trwania eksperymentu. Upewnij się, że pompa wielostrzykawkowa jest wyposażona w szklaną strzykawkę o pojemności 10 mililitrów w trójdrogowym zaworze strzykawkowym. Upewnij się, że pozycja w zaworze jest podłączona do ultraczystej wody.
Podłącz pozycję wyjściową do kanału środkowego LOV za pomocą cewki przytrzymującej z 10 mililitrów PTFE. Upewnij się, że automatyczny podajnik próbek jest włączony i załaduj do niego co najmniej jedną próbkę o pojemności 1,3 mililitra. Umieść 1% roztwór kwasu azotowego w stojaku automatycznego podajnika próbek, który zostanie użyty w sekwencji czyszczenia.
Otwórz oprogramowanie systemowe LOV. Następnie otwórz oprogramowanie autosamplera i zainicjuj autosampler. Następnie upewnij się, że porty komunikacyjne przyrządu są prawidłowo przypisane w oprogramowaniu LOV.
Zainicjuj oprogramowanie i otwórz edytor metod. Użyj edytora metod, aby utworzyć nową sekwencję do czyszczenia systemu. W metodzie czyszczenia najpierw ustaw pozycję zaworu strzykawki na in, aby ominąć LOV.
Nabierz 10 mililitrów ultraczystej wody bezpośrednio do strzykawki z prędkością 90 mililitrów na minutę, czyli 1,5 miliona nanolitrów na sekundę. Następnie ustaw zawór strzykawki w pozycji na zewnątrz i przepuść wodę bezpośrednio przez cewkę podtrzymującą do marnotrawstwa z prędkością 90 mililitrów na minutę. W następnym kroku wciągnij trzy mililitry etanolu do cewki podtrzymującej, w tempie trzech mililitrów na minutę.
Następnie ustaw MVP na cewkę detektora. Na koniec wstrzyknij etanol do cewki detektora w ilości trzech mililitrów na minutę. Zapisz i uruchom sekwencję czyszczenia.
Przed załadowaniem żywicy upewnij się, że w jej pojemniku miesza się zawiesina żywicy strontu-90 w ilości 12 miligramów na mililitr w ultraczystej wodzie. Aby utworzyć sekwencję ładowania żywicy, najpierw ustaw system tak, aby pobierał trzy mililitry zawiesiny żywicy do cewki podtrzymującej, z prędkością trzech mililitrów na minutę. Ustaw MVP na marnotrawstwo i załaduj żywicę do kanału kolumny z prędkością 1,2 mililitra na minutę.
Następnie ustaw zawór strzykawki w pozycji do środka i wciągnij dziewięć mililitrów ultraczystej wody bezpośrednio do strzykawki, z prędkością 90 mililitrów na minutę. Przepuść wodę przez wężownicę podtrzymującą, a kanał kolumny do odpadów, w ilości trzech mililitrów na minutę, aby wypłukać resztki żywicy na kolumnę. Zapisz metodę ładowania żywicą i przygotuj nową metodę analizy.
W tej sekwencji najpierw wciągnij dwa mililitry czteromolowego kwasu azotowego do cewki podtrzymującej, w ilości sześciu mililitrów na minutę. Przepuść kwas azotowy przez kolumnę do odpadu w ilości 1,2 mililitra na minutę, aby kondycjonować kolumnę. Następnie należy pobrać próbkę o wielkości 1,3 mililitra z automatycznego podajnika próbek do cewki podtrzymującej z prędkością sześciu mililitrów na minutę.
Załaduj próbkę do kolumny z prędkością 1,2 mililitra na minutę. Następnie wciągnij 0,5 mililitra czterech molowych kwasów azotowych do cewki podtrzymującej w ilości sześciu mililitrów na minutę. Przepłukać kolumnę tym kwasem azotowym w ilości 1,2 mililitra na minutę, aby usunąć zakłócenia matrycy.
Następnie wciągnij pięć mililitrów ultraczystej wody do cewki podtrzymującej z prędkością sześciu mililitrów na minutę. Ustaw wyzwalacz radiowego czujnika przepływu, aby rozpocząć pomiary. W oprogramowaniu detektora ustaw natężenie przepływu cieczy scyntylacyjnej na dwa mililitry na minutę, a czas przebywania na co najmniej 10 sekund dla wyzwalonych pomiarów.
Następnie, w metodzie, ustaw MVP na detektor i eluuj próbkę do cewki detektora za pomocą ultraczystej wody o prędkości 1,2 mililitra na minutę. Zapisz sekwencję. Utwórz nową metodę płukania kolumny.
W tej metodzie należy pobrać 0,6 mililitra 1% kwasu azotowego do cewki podtrzymującej z prędkością sześciu mililitrów na minutę z automatycznego podajnika próbników, a następnie 0,6 mililitra powietrza o tym samym natężeniu przepływu. Przepłukać mieszaninę ciecz-powietrze bezpośrednio do odpadów, z prędkością sześciu mililitrów na minutę. Stwórz inną metodę wymiany żywicy.
Aby pozbyć się żywicy, najpierw załaduj 0,2 mililitra etanolu do cewki podtrzymującej, z prędkością trzech mililitrów na minutę. Przepłukać kolumnę etanolem w ilości 1,2 mililitra na minutę. Następnie przepłucz 0,5 mililitra ultraczystej wody przez kolumnę z prędkością 0,45 mililitra na minutę.
Ustaw MVP w pozycji spłukiwania, aby odprowadzić zużytą żywicę bezpośrednio do odpadów. Zapisz sekwencję po zakończeniu. Ułóż sekwencje w kolejności i uruchom sekwencje dla każdej próbki, aby ocenić aktywność strontu-90.
Warunki eksperymentu zostały początkowo zoptymalizowane poprzez sprzężenie systemu z ICPMS i ocenę profili elucyjnych stabilnego izotopu strontu-86 jako substytutu strontu-90. Względne odchylenie standardowe powierzchni piku było mniejsze niż 4% dla trzech powtarzających się serii w zakresie od 10 do 120 pikogramów na gram. Zespół lab-on-valve był w stanie skutecznie oddzielić stront-90 w próbkach wodnych, przy ogólnym wskaźniku odzysku wynoszącym około 70%Czas przebywania strontu-90 w cewce radiowego detektora przepływu wynosił 40 sekund.
Badania nad technikami zatrzymania przepływu w celu wydłużenia czasu przebywania, a tym samym poprawy czułości, są w toku. Wykazano, że zależność sygnału radiowego detektora przepływu od stężenia strontu-90 w próbkach wodnych jest liniowa w zakresie stężeń będących przedmiotem zainteresowania. Wyprowadzona granica wykrywalności wynosiła około 320 femtogramów na gram, przy względnym odchyleniu standardowym wynoszącym około 30% w badanym zakresie stężeń.
Analizę można przeprowadzić na miejscu i zajmuje tylko dziesięć minut. AutoRad może stanowić cenną pomoc w dziedzinie likwidacji elektrowni jądrowych i remediacji środowiska.
Przegląd
Przenośna platforma autoRAD umożliwia szybką separację radiometryczną i oznaczenie strontu-90, który jest istotnym produktem rozszczepienia w gospodarce odpadami nuklearnymi. System ten zwiększa wydajność charakteryzacji radionuklidów w porównaniu z metodami tradycyjnymi.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Gospodarka odpadami nuklearnymi
- Analiza radiometryczna
- Zautomatyzowane systemy detekcji
Wstęp
- Stront-90 jest produktem ubocznym rozszczepienia jądrowego.
- Tradycyjne metody pobierania próbek są często czasochłonne i mniej skuteczne.
- Zautomatyzowane systemy mogą poprawić możliwości analizy w miejscu poboru próbek.
- Przepływowe liczenie scyntylacyjne oferuje zalety detekcji w czasie rzeczywistym.
Cel badania
- Opracowanie przenośnego systemu do szybkiej analizy strontu-90.
- Zautomatyzowanie procesu rozdziału i oznaczania.
- Zwiększenie dokładności i wydajności detekcji radionuklidów.
Zastosowane metody
- Integracja modularnego pozycjonera zaworu z detektorem przepływu promieniowania.
- Zastosowanie scyntylacyjnego pomiaru przepływu do analizy online.
- Sekwencje przygotowania i czyszczenia układu.
- Optymalizacja warunków eksperymentalnych przy użyciu ICPMS.
Główne wyniki
- Skuteczne rozdzielenie strontu-90 z wydajnością odzysku na poziomie około 70%.
- Względne odchylenie standardowe powierzchni piku było mniejsze niż 4% w powtórzonych pomiarach.
- Czas przebywania strontu-90 w cewce detektora wynosił 40 sekund.
- Trwające badania nad technikami poprawy czułości.
Wnioski
- Platforma autoRAD znacząco usprawnia analizę strontu-90.
- Automatyzacja zwiększa niezawodność i szybkość detekcji radionuklidów.
- Dalsze prace skupią się na optymalizacji systemu w celu poprawy jego wydajności.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Zautomatyzowane rozdzielanie i detekcja radiostrontu na poziomach ppq odpowiada na krytyczne potrzeby w zakresie wycofywania z eksploatacji obiektów jądrowych i monitoringu środowiska, umożliwiając szybką, na miejscu, kwantyfikację trudnych do pomiaru radionuklidów. System ten zmniejsza zależność od analiz laboratoryjnych prowadzonych poza obiektem, przyspieszając proces podejmowania decyzji w zarządzaniu terenami skażonymi oraz charakteryzowaniu strumieni odpadów. Zdolność ta wspiera predykcyjną ocenę ryzyka i ustalanie priorytetów działań naprawczych w sektorach powiązanych z biofarmacją, które operują materiałami radioaktywnymi.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie zachowania strontu promieniotwórczego w systemach biologicznych w celu analizy mechanizmów poboru i retencji radionuklidów.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zautomatyzowany, ilościowy pomiar strontu-90 w celu walidacji modeli radiotracerów w badaniach przedklinicznych.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Zapewnia powtarzalną separację opartą na przepływie z odzyskiem <70% i RSD <4%, co umożliwia wiarygodne oznaczanie ilościowe radiostrontu w złożonych matrycach.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje przygotowanie próbek i detekcję dzięki zintegrowanemu sterowaniu zaworami oraz zliczaniu scyntylacyjnemu, zapewniając gotowość do wysokoprzepustowego przesiewu.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera modelowanie biodystrybucji radionuklidów istotne dla przebiegu chorób dzięki liniowej odpowiedzi sygnału w zakresach stężeń znaczących środowiskowo.
- Wartość operacyjna: Umożliwia podłużne śledzenie strontu-90 w próbkach biologicznych z czasem przebywania wynoszącym 40 sekund na potrzeby badań kinetycznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
System ten integruje się z procesami badawczymi, zapewniając zautomatyzowaną kwantyfikację radionuklidów, która łączy ocenę narażenia środowiskowego z badaniami nad toksykologią mechanistyczną.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia testowanie hipotez dotyczących biodostępności strontu-90 i jego akumulacji w konkretnych tkankach przy użyciu oznaczeń online.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalność analizy dzięki optymalizacji czyszczenia, obciążania żywicy oraz sekwencji elucji przy minimalnym przenoszeniu pozostałości.
- Analityka: Generuje ilościowe pomiary pól powierzchni piku za pomocą przepływowego zliczania scyntylacyjnego w celu przeprowadzenia analizy porównawczej w różnych warunkach ekspozycji.
- Badania translacyjne: Łączy wykrywanie radionuklidów w środowisku z walidacją przedkliniczną dzięki spójnemu odzyskowi i granicom wykrywalności.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Umożliwia adaptację platformy do różnych typów próbek poprzez modularne programowanie zaworów i rekonfigurację sekwencji odczynników.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększenie pewności prognostycznej modeli zachowania radionuklidów dzięki precyzyjnemu, zautomatyzowanemu oznaczaniu ilości stronu-90.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja i skalowalność dzięki czasowi analizy poniżej 10 minut oraz możliwości przenośnego zastosowania w terenie.
- Wartość strategiczna: Zmniejszenie ryzyka biologicznego na późnych etapach poprzez umożliwienie wczesnego wykrywania skażenia radiostronem w środowiskach badawczo-rozwojowych.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja związków lub modeli z uwzględnieniem ryzyka na podstawie ilościowych profili oddziaływania radionuklidów.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy z zakresu radiochemii oraz systemów detekcji przepływowej w celu opracowania metody i rozwiązywania problemów.
- Zależy od kompatybilności detektora przepływu promieniowania z cieczami scyntylacyjnymi oraz precyzyjnej kontroli szybkości przepływu.
- Wymaga międzyzespołowej standaryzacji obchodzenia się z żywicami, utylizacji odpadów oraz protokołów kalibracji.
- Wiąże się z koniecznością dostosowania metody do różnych matryc próbek i stężeń radionuklidów w preparatach środowiskowych lub biologicznych.
- Ograniczony koniecznością posiadania zaplecza do obchodzenia się z materiałami promieniotwórczymi oraz przestrzegania protokołów bezpieczeństwa radiologicznego podczas pracy.
![Techniczny aspekt automatycznej syntezy i oceny kinetycznej w czasie rzeczywistym [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)
