Автоматизированный 90Sr разделения и кислотоупоров в лаборатории на клапан системы на уровне Ppq
6 июня 2018 г.
Здесь мы представляем портативный autoRAD платформу для быстрого радиометрических разделения и определение 90Sr, важным деления продукт весьма уместным для ядерных отходов.
AutoRad позволяет характеризовать целевые радионуклиды более эффективно и быстро, чем традиционный отбор проб и лабораторный анализ. Основным преимуществом является сепарация и определение в режиме реального времени с помощью полностью автоматизированного сцинтилляционного подсчета расхода. Таким образом, он позволяет на месте определять трудноизмеримые радионуклиды, такие как стронций-90.
Чтобы начать подготовку системы, подключите выходное отверстие модульного позиционера клапана к входному порту детектора потока излучения. Подключите триггерную линию, построенную из одноплатного микроконтроллера, к радиодетектору потока. Подключите радиодетектор потока к емкости не менее 10 миллилитров сцинтилляторной жидкости с высокой температурой вспышки.
Поместите свежий стекловолоконный фильтр в колонный канал лабораторного клапанного узла. Убедитесь, что модульный позиционер клапана подключен как к контейнеру для отходов, так и к узлу LOV. Проверьте соединения автосамплера и контейнеров с реагентами и отходами к LOV.
Убедитесь в наличии достаточных объемов жидких реагентов, чтобы трубка для отбора проб жидкости оставалась погруженной в воду на протяжении всего эксперимента. Убедитесь, что многошприцевой насос оснащен стеклянным шприцем объемом 10 миллилитров в трехходовом шприцевом клапане. Убедитесь, что входной клапан подключен к сверхчистой воде.
Подключите исходное положение к центральному каналу LOV с помощью удерживающей катушки из ПТФЭ объемом 10 миллилитров. Убедитесь, что автосамплер включен, и загрузите в него один или несколько образцов объемом 1,3 миллилитров. Поместите 1%-ный раствор азотной кислоты в штатив автосамплера, который будет использоваться в последовательности очистки.
Откройте системное программное обеспечение LOV. Оттуда откройте программное обеспечение автосамплера и инициализируйте автосэмплер. Затем убедитесь, что порты связи прибора правильно назначены в программном обеспечении LOV.
Инициализируйте программное обеспечение и откройте редактор методов. Используйте редактор методов для создания новой последовательности для очистки системы. При очистке сначала установите положение клапана шприца внутрь, чтобы обойти LOV.
Наберите 10 миллилитров сверхчистой воды непосредственно в шприц со скоростью 90 миллилитров в минуту, или 1,5 миллиона нанолитров в секунду. Затем установите положение клапана шприца наружу и подайте воду через удерживающий змеевик прямо на отходы со скоростью 90 миллилитров в минуту. На следующем этапе наберите три миллилитра этанола в удерживающую катушку со скоростью три миллилитра в минуту.
Затем установите MVP на катушку детектора. Введите этанол в катушку детектора со скоростью три миллилитра в минуту в качестве заключительного этапа. Сохраните и запустите последовательность очистки.
Перед загрузкой смолы убедитесь, что суспензия смолы стронций-90 в сверхчистой воде объемом 12 миллиграммов на миллилитр перемешивается в контейнере. Чтобы создать последовательность загрузки смолы, сначала настройте систему на втягивание трех миллилитров суспензии смолы в удерживающую катушку со скоростью три миллилитра в минуту. Установите MVP на отходы и загрузите смолу в канал колонки со скоростью 1,2 миллилитра в минуту.
Затем установите клапан шприца на вход и наберите девять миллилитров сверхчистой воды непосредственно в шприц со скоростью 90 миллилитров в минуту. Пропустите воду через удерживающий змеевик и канал колонки в отходы, со скоростью три миллилитра в минуту, чтобы смыть остатки смолы на колонку. Сохраните метод загрузки смолы и подготовьте новый метод для анализа.
В этой последовательности сначала втяните два миллилитра четырехмолярной азотной кислоты в удерживающую катушку со скоростью шесть миллилитров в минуту. Пропустите азотную кислоту через колонку в отходы со скоростью 1,2 миллилитра в минуту для кондиционирования колонны. Затем наберите образец объемом 1,3 миллилитра из автосамплера в удерживающую катушку со скоростью шесть миллилитров в минуту.
Загружайте пробу на колонку со скоростью 1,2 миллилитра в минуту. Затем втяните 0,5 миллилитра четырехмолярной азотной кислоты в удерживающую катушку со скоростью шесть миллилитров в минуту. Промывайте колонку этой азотной кислотой со скоростью 1,2 миллилитра в минуту, чтобы устранить интерференцию матрицы.
Затем наберите пять миллилитров сверхчистой воды в змеевик для выдержки со скоростью шесть миллилитров в минуту. Установите триггер для радиодетектора потока, чтобы начать измерения. В программном обеспечении детектора установите расход сцинтилляционной жидкости на уровне двух миллилитров в минуту, а время выдержки не менее 10 секунд для инициированных измерений.
Затем, в методе, установите MVP на детектор и вымывайте образец в катушку детектора со сверхчистой водой со скоростью 1,2 миллилитра в минуту. Сохраните последовательность. Создайте новый способ промывки колонки.
В этом методе втягивается 0,6 миллилитра 1%-ной азотной кислоты в удерживающую катушку со скоростью шесть миллилитров в минуту из автосамплера, а затем 0,6 миллилитров воздуха с той же скоростью потока. Промойте жидкостно-воздушную смесь непосредственно до потери со скоростью шесть миллилитров в минуту. Создайте другой способ замены смолы.
Чтобы утилизировать смолу, сначала загрузите 0,2 миллилитра этанола в змеевик для выдержки со скоростью три миллилитра в минуту. Промойте колонку этанолом со скоростью 1,2 миллилитра в минуту. Затем пропустите через колонку 0,5 миллилитра сверхчистой воды, со скоростью 0,45 миллилитра в минуту.
Установите MVP в положение заподлицо, чтобы выгрузить использованную смолу непосредственно в отходы. Сохраните последовательность, когда закончите. Расположите последовательности по порядку и запустите последовательности для каждого образца, чтобы оценить активность стронция-90.
Условия эксперимента были первоначально оптимизированы путем подключения системы к ICPMS и оценки профилей элюирования стабильного изотопа стронция-86 в качестве суррогата стронция-90. Относительное стандартное отклонение площади пика составило менее 4% в течение трех повторных прогонов в диапазоне от 10 до 120 пикограмм на грамм. Сборка «лаборатория на клапане» смогла эффективно отделить стронций-90 в водных образцах с общей скоростью восстановления около 70%. Время пребывания стронция-90 в катушке радиодетектора составило 40 секунд.
В настоящее время ведутся исследования методов остановки потока для увеличения времени пребывания и, следовательно, повышения чувствительности. Показано, что зависимость сигнала радиодетектора потока от концентрации стронция-90 в водных пробах линейна в пределах интересующего диапазона концентраций. Полученный предел обнаружения составил около 320 фемтограмм на грамм с относительным стандартным отклонением около 30% в пределах исследуемого диапазона концентраций.
Анализ может быть выполнен на месте и занимает всего десять минут. AutoRad может оказать ценную помощь в области вывода из эксплуатации ядерных объектов и восстановления окружающей среды.
Обзор
Портативная платформа autoRAD позволяет осуществлять быстрое радиометрическое разделение и определение стронция-90, который является важным продуктом деления при переработке ядерных отходов. Данная система повышает эффективность характеризации радионуклидов по сравнению с традиционными методами.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Утилизация ядерных отходов
- Радиометрический анализ
- Автоматизированные системы обнаружения
Общая информация
- Стронций-90 является побочным продуктом ядерного деления.
- Традиционные методы отбора проб часто трудоемки и менее эффективны.
- Автоматизированные системы могут расширить возможности анализа непосредственно на объекте.
- Проточный сцинтилляционный счет обеспечивает преимущества обнаружения в режиме реального времени.
Цель исследования
- Разработка портативной системы для экспресс-анализа стронция-90.
- Автоматизация процесса разделения и определения.
- Повышение точности и эффективности детектирования радионуклидов.
Используемые методы
- Интеграция модульного позиционера клапана с детектором радиационного потока.
- Использование сцинтилляционного счета потока для онлайн-определения.
- Последовательности подготовки и очистки системы.
- Оптимизация экспериментальных условий с помощью ICPMS.
Основные результаты
- Эффективное отделение стронция-90 со степенью извлечения около 70%.
- Относительное стандартное отклонение площади пика составляло менее 4% при повторных запусках.
- Время пребывания стронция-90 в измерительной петле детектора составляло 40 секунд.
- Проводятся дальнейшие исследования методов повышения чувствительности.
Выводы
- Платформа autoRAD значительно улучшает анализ стронция-90.
- Автоматизация повышает надежность и скорость обнаружения радионуклидов.
- Будущая работа будет сосредоточена на доработке системы для повышения ее эффективности.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Автоматизированное разделение и детектирование радиостронция на уровнях ppq отвечает критическим потребностям в области вывода из эксплуатации ядерных объектов и экологического мониторинга, обеспечивая быстрое количественное определение трудноизмеряемых радионуклидов непосредственно на месте. Система снижает зависимость от внеплощадочного лабораторного анализа, ускоряя принятие решений при управлении загрязненными участками и определении характеристик потоков отходов. Данная возможность поддерживает прогностическую оценку рисков и приоритизацию мероприятий по рекультивации в секторах, смежных с биофармацевтикой, где используются радиоактивные материалы.
Стратегические области применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать поведение радиоактивного стронция в биологических системах для изучения механизмов поглощения и удержания радионуклидов.
- Практическая ценность: обеспечивает автоматизированное количественное измерение стронция-90 для валидации моделей радиоиндикаторов в доклинических исследованиях.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает воспроизводимое разделение методом потока с выходом <70% и СКО <4% для надежного количественного определения радиостронция в сложных матрицах.
- Практическая ценность: Стандартизирует подготовку проб и детектирование с помощью интегрированного управления клапанами и сцинтилляционного подсчета для обеспечения готовности к высокопроизводительному скринингу.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Обеспечивает релевантное для моделирования заболеваний распределение радионуклидов в организме благодаря линейному отклику сигнала в диапазонах концентраций, имеющих экологическое значение.
- Практическая ценность: Позволяет осуществлять лонгитюдный мониторинг стронция-90 в биологических образцах с временем удерживания 40 секунд для проведения кинетических исследований.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Система интегрируется в рабочие процессы исследований, обеспечивая автоматизированное количественное определение радионуклидов, что позволяет связать оценку воздействия факторов окружающей среды с исследованиями в области механистической токсикологии.
- Открытия в биологии: способствует проверке гипотез о биодоступности стронция-90 и его специфическом накоплении в тканях с помощью онлайн-определения.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимость анализа за счет оптимизации циклов очистки, загрузки смолы и элюирования с минимальным переносом образца.
- Аналитика: позволяет получать количественные измерения площади пиков методом потокового сцинтилляционного счета для сравнительного анализа при различных условиях воздействия.
- Трансляционные исследования: связывают обнаружение радионуклидов в окружающей среде с доклинической валидацией за счет стабильного восстановления и установленных пределов обнаружения.
- Корпоративное повторное использование: позволяет адаптировать платформу для различных типов образцов посредством модульного программирования клапанов и реконфигурации последовательности реагентов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышение достоверности прогностических моделей поведения радионуклидов за счет точного автоматизированного количественного определения стронция-90.
- Операционная ценность: Стандартизация и масштабируемость благодаря времени анализа менее 10 минут и возможности развертывания переносных систем в полевых условиях.
- Стратегическая ценность: Снижение биологических рисков на поздних этапах за счет обеспечения раннего обнаружения загрязнения радиостронцием в условиях научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
- Влияние на портфель: Приоритезация соединений или моделей с учетом рисков на основе количественных профилей взаимодействия радионуклидов.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области радиохимии и систем детектирования с проточным анализом для разработки метода и устранения неполадок.
- Зависит от совместимости проточного радиационного детектора со сцинтилляционными жидкостями и точности контроля скорости потока.
- Необходима межкомандная стандартизация процедур обращения со смолой, утилизации отходов и протоколов калибровки.
- Требует учета особенностей адаптации для различных матриц образцов и концентраций радионуклидов в объектах окружающей среды или биологических пробах.
- Ограничено необходимостью наличия помещений для работы с радиоактивными материалами и соблюдения протоколов радиационной безопасности во время эксплуатации.
