Summary
박막의 확산 그라데이션 (DGT)의 기술은 플루토늄의 분화 연구에 대한 제안한다. 이 프로토콜은 유기물의 존재 하에서 우레탄 (IV) 및 우레탄 (V)의 동작을 프로빙 확산 실험을 설명한다. 카르스트 봄에 배치 DGTs는 푸의 생체 이용률의 평가를 할 수 있습니다.
Abstract
잠재적 생물과 인간의 노출에 기여 긴 반감기 알파 입자 방출이므로 생태계에 플루토늄 (우레탄)의 생체 흡수는 특히 문제이다. 박막 기술의 확산 그라디언트 우레탄 생체 이용률 및 분화에 현장 측정을 위해 여기에 소개한다. (PU)과 새롭게 개발 된 프로토콜 실험실 실험 구성된 확산 셀은 가능한 다양한 화학 조성의 모델 솔루션 (PU)의 동작 환경을 시뮬레이션 할 수 있도록. 이 프로토콜에 기재된 (IV) 및 우레탄 (V)에 푸 산화 상태의 조절 된 환경에서 플루토늄 복잡한 산화 환원 화학 반응을 조사하기 위해 필수적이다. 이 기술의 교정 및 실험실 실험에서 얻어진 결과는 담수에서 원위치 우레탄 측정 DGT 특정 장치를 개발할 수 있도록. 가속기 기반 질량 분석기 측정(PU)의 미네랄 담수 환경에서 푸의 생체 이용률을 결정하는 허용 카르스트 봄 DGTs에 의해 축적. DGT 장치를 사용하여 푸딩 측정이 프로토콜의 적용은 분화 및 수중 생태계에 (PU)의 생물학적 전달에 대한 이해를 향상시키는 큰 잠재 성을 갖는다.
Introduction
플루토늄은 핵 실험과 핵 사고 다음 글로벌 악영향의 결과로 환경에서 인공 방사성 핵종으로 존재한다. 플루토늄의 산화 환원 화학은 환경 수생 시스템 1에서의 이동과 생물 지구 화학적 순환에 대한 중요한 의미를 가지고있다. 플루토늄은 복잡한 화학을 가지며 동시에 네 산화 상태 (III, IV, V, VI)로 존재할 수있다. 따라서, 자연의 바다에서 플루토늄의 산화 환원 종의 분포는 지역 화학 환경 2,3에 매우 민감하다. 플루토늄의 산화 상태는 소스의 기원에 따라 달라집니다 -이 사항이 오염 된 환경 및 폐기 사이트의 대부분이 관련되고. 더 높은 산화 상태 (V +와 + VI가) 다른 악티늄의 붕괴 제품들 사이에서 발견 될 수있는 반면 감소 플루토늄 종 (+ III와 + IV), 폐기물 폐수를 무산소 환경에서 주로 발견 및 글로벌 다툼에서 시작과 입식및 호기 환경 4.
이동성과 플루토늄 환경 문제는 산화 환원 분화에서 어느 정도 예측 될 수있다. + III에서 플루토늄과 + IV 산화 상태는 고체 단계에 주로 존재하는 무기 콜로이드에 흡착 될 수있는 능력을 증가시키고 자연 유기 물질 (NOM) 분자를 발생했다. + III에서 플루토늄과 + IV 산화 상태가 덜 모바일로 간주됩니다. 플루토늄 (+ V와 VI +, + V를 가장 가능성이있는) 5 개 수용성 산화 된 형태는 잠재적으로 인해 높은 이동성 수생 생물에 높은 생물학적 전송에 기여할 수있다. 그럼에도 불구하고, NOM의 존재, 특히 부식 산의, 푸 (V)는 강수량에 찬성 분할에게 몇 배를 이동, 17 감소되고있다. 우레탄에 우레탄 (V)의 감소율 (IV) 빠른 역반응보다 크기 4~5 오더 (IV)을 산화 조건하에 MA 우레탄의 재 이동한다는 사실에도 불구Y는 대신 1을. 자연 산화 조건 (IV) 푸와 개정의 대상 미네랄 퇴적물에 대한 최근의 실험 데이터는 수상에 용해 푸의 농도가 시간이 1.6 이상 증가한 것을 증명하고있다. 저자는 산화 (IV) 푸의 탈착보다 수용성 우레탄 (V)와 푸 (VI) 종의 형성에 의해 그것을 설명. 푸의 산화 (IV) 인해 자연적으로 발생 망간 산화물 (7)에 발생할 수 있습니다. 이러한 관찰은 생체 이용률 모델링, 폐기물 처리 및 오염 지역의 환경 위해성 평가에 중요하다.
생체 이용률과 플루토늄의 분화에 대한 연구는 조건을 모두 실험실 및 원위치 어려운 작업입니다. 낮은 환경 농도는 산화 환원 종의 다양성과 자연 콜로이드와의 상호 작용 어려운 플루토늄의 생화학 동작을 시뮬레이션 할 수 있습니다. 박막 (DGT)의 확산 그라디언트의 기술에 기반폴리 아크릴 아미드 (PAM) 겔을 통해 무료 불안정한 오염물 종의 확산 널리 미량 원소 (8)의 환경 측정에 사용된다. DGT 샘플러, 확산 겔층 (다양한 두께의 PAM 겔)와 겔을 보호 여과막과 (그것은 PAM 겔에 함유 Chelex 수지 미량 금속의 대부분) 결합 상으로 이루어지는 삼층 장치를 나타낸다 함께 어셈블리를 들고입니다. 물 85 %로 이루어진 폴리 아크릴 아미드 겔의 박막을, 큰 NOM 분자 또는 천연 콜로이드 입자에 결합 플루토늄보다 빠르게 확산 자유롭고 불안정한 착물 종을 사용. 실험실 조건에서 얇은 PAM 겔 필름의 플루토늄 확산을 연구하기위한 셋업이 확산 실 (9)라고한다.
확산 셀은 두 개의 구획은 주어진 표면의 개구에 의해 상호 연결되는 두 개의 구획 용기이다. 개방, 즉, 두 개의 챔버 (C) 사이의 창주어진 두께의 확산 겔 디스크 ontains. 우리는 두 100 ㎖ 구획 원형 확산 창 직경 1.7 cm와 테플론 셀을 구성. 하나의 구획은 조립을 용이하게 분리 가능하다. 고정 된 구획에 확산 창 주위에 조각 된 0.5 cm 넓은 홈이 확산 젤 디스크를 배치하는 역할을한다. 홈 깊이는 사용하기위한 PAM 겔 두께와 유사해야한다. 따라서, 우리는 우리의 확산 셀에 홈 깊이는 0.39 mm이며, 0.39 mm의 PAM 겔 작동하도록 선택한다. 확산 셀의 상세한 그림이도 1에 제시되어있다.
처음 플루토늄을 함유하는 용액은 한 구획 (A)에 놓이면, 푸 종을 확산하는 초기 우레탄없이 동일한 조성의 용액을 함유하는 겔의 농도 구배를 확립하며 제 2 구획 (B)에 축적하기 시작한다 . 구획에 푸 종의 초기 농도는 remai되도록 정의일정 NS 또는 확산 실험을하는 동안 (최대 1 % -2 %로) 아주 작은 변화. 대 시간 확산 (PU)의 양을 세우고 다른 시뮬레이션 환경에서도 통용 우레탄 종의 이동성을 분석하는 수단을 제공한다. 박막의 확산은 푸 이동 및 분화에 대한 연구에 대한 가치있는 대안을 제공하고 성공적으로 현장 조건 (10)에 적용 할 수 있습니다. 하나는 확산 우레탄 종을 축적하는 기능을 결합 상과 같은 PAM 확산 겔 Chelex 수지로 제조 된 패시브 샘플러에 의해 확산 세포를 대체 할 수있다. 이러한 샘플러 필드 조건에 노출 될 수있다 -에 축적 된 수지 (PU)의 양은 각각의 분화 및 환경 (10)에서 (PU)의 생체 이용율을 나타내는 것이다.
본 연구에서 우리는 실험실 조건에서 NOM와 우레탄 (IV) 및 우레탄 (V) 종과의 상호 작용을 조사하기 위해 이동 확산 셀을 사용했다. 푸rthermore, 우리는 푸의 상당 부분은 수생 이끼의 세포 내 부분에서 발견 된 스위스 쥐라 산맥 (Venoge 강)의 카르스트 봄에 푸의 생체 이용률을 연구하기 위해 105cm (2)의 표면의 큰 수동 DGT 샘플러를 적용 이전 작업 (11). 이 때문에 깨끗한 환경에서 본 플루토늄의 매우 낮은 수준, ETH 취리히에서 사용할 촉진제 계 질량 분석법 (AMS) 기술은 플루토늄 동위 원소를 측정하는 데 사용 하였다.
Protocol
1. 플루토늄 추적기 준비
- 푸 (IV) 추적 준비
- 우레탄 원액에서 25 mL의 유리 비이커에 대한 실험 (PU)의 목적하는 양을 함유하는 분취 액을 적절한 전송. 한 번에 239 푸의 10 BQ와 함께 작업 할 수 있습니다.
- HNO 3, 0.6 ml의 1 M NaHSO 4, 0.4 ml의 농축 H 2 SO 4 집중 1 ML을 추가합니다. 핫 플레이트에서 증발 건고. 가열은 천천히 200 ° C에서 초기에 산 투영을 방지한다.
- 더 흰 연기가 발산하지 않을 때까지 500 ℃로 - 아니 액체 비커에 남아 있지되면, 400 ℃에서 잔류 물을 어닐링. 냉각시키고, 실험을 위해 선택된 완충액에 용해 될 때 잔류 백색이다.
참고 :이 방법으로 제조 푸 (IV) 소스는 몇 달 12까지 건조 저장 될 수 있습니다.
- 푸 (V) 추적 준비 (13)
- 푸 산화
- 푸에 스토에서 나누어지는 이동누액 방지 캡 플라스틱 20 ml의 액체 섬광 유리 병에 CK 솔루션입니다. 한 번에 239 푸의 10 BQ와 함께 작업 할 수 있습니다. 0.01 M KMnO 4의 0.01 ML을 추가하고 적어도 6 시간 동안 어둠 속에서 혼합물을 둡니다.
- PU (VI) 추출
- 시클로 헥산 0.5 M thenoyltrifluoroacetone (TTA)의 용액을 제조 추출 및 광 노출로부터 보호하기 위해 종래. 항상 각 실험 직전에이 솔루션을 준비합니다.
- pH가 4.7에서 산화 플루토늄 용액을 0.1 M CH 3 COOH를 2 ㎖에 추가하고 2 ㎖의 시클로 헥산 0.5 M thenoyltrifluoroacetone (TTA)의. 10 분간 흔들어, 어둠 속에서 반응 혼합물을 유지하기 위해 알루미늄 호일로 래핑 병. 깨끗한 유리 병에 피펫 및 전송과 푸 (VI)를 포함하는 유기 상을 분리합니다.
- 우레탄 (PU)에 (VI) (V) 광 환원
- 2 시간 동안 실내 조명에 시클로 헥산에 푸 (VI) -TTA 복합체를 포함하는 유리 병을 둡니다.
- PU (V)의 추출
- pH가 4.7에서 빛에 노출 된 솔루션 0.1 M CH 3 COOH를 1 ㎖에 추가하고 5 분 동안 흔들어. 푸를 포함, 수성 상을 분리 (V). 100 μL 나누어지는을 복용 액체 섬광 계수에 의해이 소스의 농도를 결정합니다.
참고 : PU (V) + V의 산화 상태 (PU)의 장기 안정성 보낸 각 실험 직전에 의문되는 솔루션을 준비한다.
- pH가 4.7에서 빛에 노출 된 솔루션 0.1 M CH 3 COOH를 1 ㎖에 추가하고 5 분 동안 흔들어. 푸를 포함, 수성 상을 분리 (V). 100 μL 나누어지는을 복용 액체 섬광 계수에 의해이 소스의 농도를 결정합니다.
- 푸 산화
실험에 사용 된 용액의 제조 (2)
- 버퍼 솔루션을 준비
- MOPS의 10 mM의 용액 (3- (N의 -morpholino) 프로판 산) 버퍼를 확인합니다. 이 액을 200㎖의 0.1 M 염산 (우레탄 (V)와 함께 사용하기위한 우레탄 (IV) 및 pH를 5.5으로 pH를 6.5 사용) 적가하여 원하는 pH로 조정한다.
- 푸 (IV)와 실험을위한 솔루션을 준비
- 솔루션
- 푸 (IV) 1.1 SE 단계에서 준비 용해10 MM의 MOPS의 veral 밀리리터는 pH가 6.5에서 솔루션을 버퍼링. 철저 같은 솔루션을 비커를 씻는다.
- pH가 6.5에서 10 mM의 MOPS 완충 용액 72 ml의에 볼륨을 가져와. pH를 확인하고 0.1 M NaOH로 6.5로 다시 조정합니다. 깨끗한 용액이 비커에 72 ml의 전사 - 이것은 확산 셀의 구획 내로 도입 될 수있는 (A) 용액이다.
- 용액 B
- pH가 6.5에서 솔루션 버퍼 10 MM의 MOPS 72 mL를 취하여; 1 M 나 2 SO 4의 0.75 ml를 추가합니다. , pH를 확인하고, 필요한 경우 6.5로 다시 조절합니다. 깨끗한 비커에 전송이 용액 72 ml를 -이«B를»확산 셀의 구획에 도입 할 수있는«B»솔루션입니다.
- NOM 솔루션을 준비
- 20 ppm으로 얻을 농도 동결 건조 펄빅 또는 부식 산의 1.4 mg의 무게를 측정하고«»솔루션 containi에 용해NG 우레탄 (IV). 실험과 평형을 허용하기 전에이 솔루션 24 시간을 준비합니다.
- 솔루션
- 푸 (V)로 실험을위한 솔루션을 준비
- 솔루션
- pH가 5.5에서 솔루션 버퍼 10 MM의 MOPS 72 ml의 단계 1.2.4에서 얻어진 푸 (V)를 용해; 1 M에 NaNO 3의 0.75를 가하여. pH를 확인하고 필요한 경우 5.5로 조정한다. 깨끗한 비커에이 용액 72 mL로 전송합니다. 실험 직전 푸 (V)와 솔루션을 준비합니다.
- 용액 B
- pH가 5.5에서 솔루션 버퍼 10 MM의 MOPS 72 mL를 취하여; 1 M에 NaNO 3의 0.75를 가하여. pH를 확인하고 필요한 경우 5.5로 조정한다. 깨끗한 비커에이 용액 72 mL로 전송합니다.
- NOM 솔루션을 준비
- 20 ppm의 농도를 구하여 우레탄 (V)을 함유하는 용액에 용해, 동결 건조 또는 펄빅 민산 1.4 mg의 무게. 24 시간 동안 솔루션을 남겨주세요우레탄 (IV) 및 우레탄 (V) 사이에 종 정상 상태에 도달한다. 확산 실험에 앞서 3.4.2 절에서 설명한 바와 같이 우레탄 (V)의 비율을 결정하기 위해 액상 추출을 수행한다.
- 솔루션
3. 연구소 확산 실험
- PAM 젤을 준비
- 전해질의 몇 밀리리터 (예를 들어, 10 mM의에 NaNO 3)와 플라스틱 트레이 젖은에서 PAM 겔 스트립을 배치하고 표면에 균일하게 확장합니다. 겔 표면에 직경 조심 2.7 cm의 날카로운 펀치를 놓습니다. 겔 표면에 펀치를 슬라이딩하지 마십시오.
- 그것은 투명 PAM 젤을 시각화하는 데 도움이 될 수 있습니다 필요한 경우 지역의 집중 조명을 사용합니다. 겔 표면에 단단히 펀치를 누르고이 절단되면 놓습니다.
- 확산 셀 어셈블리
- 부드러운 얼굴 방식으로 확산 창을 통해 홈에 핀셋 PAM 젤 디스크를 놓습니다. TW가 같은 나사를 돌려O 확산 셀의 구획은 PAM 젤 디스크를 통해 상호 연결, 함께 개최합니다.
- 마크와 B 확산 셀의 구획. 각 실험 직전에 겔 디스크와 확산 셀을 조립; 겔을 건조 할 수 없습니다.
- 확산 실험 발사
- 천천히 해당 구획에 A와 B 솔루션을 붓는다. 두 솔루션 달리 확산 겔이 손상 될 수 있고, 임의의 시간에 각각의 구획의 동일 부피를 제공하기 위해 동일한 속도로 주입되어 있는지 확인.
- 솔루션은 세포에 한 번 타이머를 시작합니다. 확산 셀을 통해 소형 전기 믹서를 놓습니다. 이 때 고려 확산 실험을 시작했다.
- 확산 실험을하는 동안 샘플을 채취
- 동시에 experime 걸쳐 일정한 부피를 유지하기 위하여 A 및 B 구획에서 일정한 시간 간격 내에서 동일 부피의 샘플을 채취NT.
- 구획 우레탄 초기 농도를 측정하는 실험의 시작에서 즉시 각 구획에서 일제히 1.00 mL의 샘플을 채취.
- NOM의 추가 및 부식 산 실험에서 몇 시간에 20 분없이 실험에서 10 분의 샘플링 시간 간격을 사용합니다. 2.00 mL의 분취 량의 α- 분광 감도 좋은 측정을 제공하기에 충분하다.
- 우레탄 (IV) 및 우레탄 (V)의 액상 추출
- 확산 실험의 끝에서 별도로 4 ml의에서 샘플 및 누액 방지 캡 플라스틱 테스트 튜브에 B 구획을. 1 ml의 2 M HCl로 샘플을 산성화.
- 시클로 헥산 0.5 M 비스 (2- 에틸 헥실), 인산 (HDEHP) 용액 5 mL를 첨가하고 5 분 동안 격렬하게 시험관을 교반. 상 분리 수 있도록 샘플을 남겨주세요. 푸 (V)를 포함하는 수상을 제거합니다.
- 푸의 역 추출 (IV)
- 백 전요로 우레탄 (IV) 5 % 5 ㎖ (NH 4) 2 C 2 O 4 잔존 유기 상으로부터.
- 동시에 experime 걸쳐 일정한 부피를 유지하기 위하여 A 및 B 구획에서 일정한 시간 간격 내에서 동일 부피의 샘플을 채취NT.
4. 샘플 처리
- 내부 표준 시료와 스파이크
- 스파이크 샘플 수율 추적하여 분석한다. 알파 분광 측정을위한 25 MBq의 ml의 242 우레탄 추적 -1 방사능 농도의 1.00 ML의 스파이크를 사용합니다.
- 샘플 '매트릭스 산화
- 집중 HNO 3의 2.00 ml의 핫 플레이트에 건조시켜 샘플을 증발.
푸 5. 방사 화학 분리
- 푸 산화 상태를 조정
- 10 분 동안 70 ℃에서 나노 2 열 샘플을 20 mg을 추가, 5 ml의 8 M HNO 3 점 4.2.1 건조 샘플을 녹인다. 이 단계는 + IV로 (PU)의 산화 상태를 조절 할 수 있습니다.
- 푸의 고체상 추출
- 8 ml의 1.5 M HNO 3 (예로서 TEVA) 급 아민 계 음이온 교환 수지 칼럼 젖은. 1.5 mL의 8 M HNO 3 에어컨 수지 100 밀리그램으로 1 ML의 피펫 팁으로 만들어진 마이크로 열을 사용합니다.
- 약 1 ml의 분의 유량을 갖는 수지 컬럼을 통해 포인트 5.1.1 용액을 통과 -1. 2 mL의 8 M HNO 3 세 번 및 전송 washouts 수지에 열 샘플 비커를 씻어.
- 용출 푸
- 3 ㎖ 9 M HCl로 열을 씻으십시오. 3 ㎖ 용액 (9) M 염산 / 0.1 M HI와 용출 푸. 핫 플레이트에 용출액을 증발. 증발 건고, HNO 3 집중 2 ml의 치료. 갈색 요오드 색이 사라질 때까지 필요한 경우 반복합니다.
- 가능한 모든 방법으로 샘플 푸 농도를 결정합니다.
주.이 프로토콜 알파 분석에 사용 된 239 푸의 농도 범위에 대한 좋은 감도를 제공한다. 알파 spectrometri에 대한 소스를 준비C 스테인레스 스틸 디스크 (14)에 전기 도금에 의해 계산. 분광계에 PIPS 검출기 (450mm 2)에 소스를 계산합니다.
6. 데이터 분석
- 플롯은 시간 대 푸 확산
- 시간 (분) 대 B 구획에 축적 우레탄 (MBq의)의 활성을 그린다. 확산 실험 중에 취출 샘플 볼륨에 대한 올바른 : 시간 t에서의 축적 된 우레탄 (MBq의)의 활성은 농도의 용액 (㎖)의 부피를 곱한 샘플 (MBq의 용액 -1) 결정된 같다 샘플링의 순간에 구획 B는 (- 그림 2 스프레드 시트의 예 참조).
- 다른 푸 농도와 여러 실험에서 같은 그래프 데이터에 플롯, 사용 농도는 구획 A의 초기 플루토늄 농도 정상화
- 확산 계수를 계산
- 확산 계수 D를 계산 (CM 2 -1) 각 실험 10 푸 종의. 사용 된 식 (1) :
(1)
ΔG가 확산 겔 두께 (cm), C 초기 우레탄 농도 (MBq의 ml로 -1)이고, 확산 영역 (cm 2) 및 S는 활성 (MBq의) 시간 t에서 구획 B 확산 우레탄 종 (초). ΔA /의 Δt는 시간에 대한 B 구획으로 확산 (PU)의 선형 기울기의 플롯이다.
- 확산 계수 D를 계산 (CM 2 -1) 각 실험 10 푸 종의. 사용 된 식 (1) :
(1) 천연 담수에서 푸 7. 생체 이용률 연구
- DGT 샘플러를 준비
- 전해질의 몇 밀리미터 (예를 들어, 10 밀리미터에 NaNO 3), 바닥 판을 배치하여 플라스틱 트레이 습윤 DGT 샘플러 (도 3 참조). 필요한 경우 지역의 조명을 사용, 그것은 투명 젤을 시각화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
- Positi그리고 6cm 22 × CM Chelex 수지 겔 스트립에있는 플레이트의 표면에 균일하게 확장합니다. 수지 겔층 6cm × 22 CM의 PAM 확산 겔 스트립의 상단에 배치하고 표면에 걸쳐 균일하게 확장. 젤 슬라이딩되지 않고 부드러운 얼굴 방식으로 배치되어 있는지 확인합니다.
- 여과막 6cm × 22 CM 조각으로 확산 겔층을 커버. DGT 샘플러 커버 프레임을 배치 여과막 위에 (도 3 참조) 및 어셈블리 약간 가장자리 프레임을 눌러 닫는다.
- 오픈, 날카로운 란셋으로 연장 겔 부분을 절단하고, 필요한 경우 플레이트 매끄러운 표면이 얻어 질 때까지 겔 층들을 재정렬. 나사 어셈블리를 고정합니다.
- 전해질의 몇 밀리리터 (예를 들어, 10 mM의에 NaNO 3)와 DGT 샘플러 젖은. 4 ~ 5 ℃에서 몇 주에 밀봉 된 비닐 봉지까지 습식 저장합니다.
- 물 자연 몸에 DGTs 배포
- 수역에서 DGTs를 배포하거나 강한 로프들을 현탁 또는 DGT의 표면을 따라 일정한 접선 물 흐름을 제공하는 방식으로 안정적인 수직 지지대에 설치. 측정을위한 충분한 농도로 푸딩을 축적하기 위해 2~3주의 담수에서 DGT 장치를 배포합니다.
- 물에서 DGTs를 검색합니다. 필터 멤브레인을 꺼내 버리고, 어셈블리를 풉니 다. 상위 겔 층 (PAM 확산 겔)를 꺼내 버립니다.
- 20 ㎖ 8 M HNO 3 포함 된 유리 비커와 스파이크 샘플로 수지 젤로 이동이 항복 추적하여 분석한다. 0.25 MBq의 ml의 -1 AMS 측정을위한 (1.7 페이지 ml의 1) 방사능 농도의 242 푸 트레이서의 1.00 ML의 스파이크를 사용합니다. 잘 AGI 한 후통해 촉진은 푸 용출에 대한 샘플 O / N 두십시오.
- 수지 겔 샘플에서 용액 필터; 5 ml의 8 M HNO 3 남아있는 수지 젤을 씻어 샘플 washouts을 결합한다. 각 샘플에 NaNO 2 내지 20 mg의 추가 10 분 동안 70 ℃에서 용액을 가열한다. 이 단계는 + IV로 (PU)의 산화 상태를 조절 할 수 있습니다.
- 10 ㎖의 8 M HNO 3 급 아민 계 음이온 교환 수지 카트리지 젖은. 약 1 ml의 분 -1의 유량과 교환 수지 카트리지를 통해 포인트 7.4.1의 솔루션을 전달합니다. 5 ml의 8 M HNO 3로 3 회 샘플 비커를 씻어 교환 수지 카트리지에 washouts을 전송합니다.
- 10 ㎖의 9 M HCl로 카트리지를 세척 할 것. 15 ml의 용액 (9) M 염산 / 0.1 M HI와 용출 푸. 핫 플레이트에 용출액을 증발. 2 ml의 집중 HNO 3, E와 치료건조 vaporate. 갈색 요오드 색이 완전히 사라질 때까지 필요한 경우 반복합니다.
- 푸 검출 시스템의 성능에 따라 - 두 번에 하나의 방사 화학적 우레탄 분리를 반복 높은 정제는 필요한 경우. 두 번째와 1.5 mL의 8 M HNO 3 조건 교환 수지의 100 밀리그램으로 1 ML의 피펫 팁으로 만들어진 마이크로 컬럼에 세 번째 분리를 수행합니다.
- 샘플 푸 농도를 결정합니다. 때문에 자연 그대로의 환경에서 플루토늄의 매우 낮은 수준의 239 푸딩을 측정하는 질량 분석 기술을 사용합니다.
참고 :이 작품에서, 취리히의 스위스 연방 기술 연구소에서 이온 빔 물리 연구소에서 악티늄의 분석을 위해 조정 AMS 기능을 사용합니다.
8. 데이터 분석
- 농도를 계산 (C DGT에 μBq ml의 1) 생체의 (불안정한) 푸 특검팀배포 기간 동안 DGT에 의해 축적 된 플루토늄의 양에서 대량의 물에 ecies. 사용 된 식 (2) :
(2)
이 결합 상, ΔG 확산층 (겔 + 필터 막)의 두께 (cm), D PAM 겔에서 (PU)의 확산 계수 (cm 2 초 -1), S에 축적 된 활동 푸 (μBq)이고 확산 영역 (cm 2) 및 배포 (초)의 지속 시간을 t. - 대량의 물 총 푸 농도뿐만 아니라 다른 가능한 분화 데이터와 DGTs에 의해 결정 푸의 C DGT를 비교.
(2) 대량 물에 총 푸의 결정 9. 방사 화학 분리
- 조건 물 샘플
- 비접촉식으로 45 ㎛ 멤브레인 필터를 통해 물을 연구 몸체로부터 물을 펌핑IC받는 사람. AMS 측정을위한 10 L 50의 샘플로 작업 할 수 있습니다. 바로 전에 실험실로 수송로 샘플링 부위에서 채취 한 후 HNO 3을 사용하여 pH 2로 산성화시키고 물.
- 철 수산화물을 침전에 푸
- 실험실에서받는 사람에 오버 헤드 교반기를 소개합니다. 푸 수익률 추적자와 샘플을 스파이크. 0.25 MBq의 ml의 -1 AMS 측정을위한 (1.7 페이지 ml의 1) 방사능 농도의 242 푸 트레이서의 1.00 ML의 스파이크를 사용합니다.
- 약 0.25 g을 10 L 당 샘플을 복용 50ml을 3 · 6H 2 O를 추가합니다. 30 분 동안 교반 한 후, pH를 8에서 NH 4 OH 철 수산화물을 침전.
- 철 수산화물에 푸의 두 번째 침전
- 포인트 9.2.2에서 물 샘플에서 뜨는을 가만히 따르다. , 2 L의 유리 비커에 철 수산화물의 침전을 복구 탈 이온수로받는 사람을 씻어 SAMP와 washouts을 결합르.
- 탄산염을 분해하기 위해 90 ° C까지 ~ 100ml의 5 M 염산에 침전물, 열을 녹인다. 용액이 냉각 될 때 필요하다면 필터. 다시 침전 pH를 8에서 NH 4 OH와 철 수산화물.
- 분석을위한 조건 철 수산화물
- 포인트 9.3.2에서 샘플에서 뜨는을 가만히 따르다. 원심 분리 용기에 수산화철의 침전물을 회수. 원심 분리기는, 상층 액을 버린다. 탈 이온수로 침전물을 세척 할 것. 2 ~ 3 번 반복합니다.
- 10 mL의 8 M HNO 3의 침전물을 녹이고, 섹션 7.4-7.6에서 전술 한 바와 같이 푸의 방사 화학적 분리에 제출합니다.
10. AMS 측정을위한 시료 준비
- 철 수산화물을 침전에 푸
- 방사 화학 분리 후, 0.5 mL의 1 M 염산의 최종 샘플을 용해 2.5 mL 유리 바이알 내로 피펫 플라스틱 샘플을 전송. 샘플 비커 TWIC를 씻어0.5 mL의 1 M HCl로 즉 동일한 washouts 바이알에 옮긴다.
- 0.5 ml의 2 밀리그램 ML을 추가 -1 철 3+ 원액 철의 1 밀리그램을 제공합니다. 농축하고 NH 4 OH의 몇 방울을 첨가 철 수산화물을 침전. 원심 분리기 및 뜨는을 가만히 따르다.
- 탈 이온수, 원심 분리기와 침전을 씻고 뜨는을 가만히 따르다. 90 ℃에서 핫 플레이트에 침전물을 건조.
- AMS 측정을위한 목표를 준비
- 수산화물은 650 ℃에서 2 ~ 3 시간 동안 가열로에서 포인트 10.1.3에서 침전 굽는다. 철저하게 AMS 측정을위한 TI의 대상 홀더에 니오브 금속 분말과 언론의 3-4 mg을 혼합.
참고 : 우리는 악티늄 (15, 16)의 측정을 위해 튜닝 된 스위스 연방 기술 연구소 (ETH 취리히)의 소형 (0.6 MV) AMS 시스템 "TANDY"로 샘플을 측정 하였다.
- 수산화물은 650 ℃에서 2 ~ 3 시간 동안 가열로에서 포인트 10.1.3에서 침전 굽는다. 철저하게 AMS 측정을위한 TI의 대상 홀더에 니오브 금속 분말과 언론의 3-4 mg을 혼합.
Representative Results
확산 실험
시간에 대한 확산 셀의 B 구획으로 확산 239 푸의 활동을 플로팅하면 PAM 겔을 통해 확산 239 푸 종의 플럭스의 시각적 표현을 제공합니다. 확산 계수는 다양한 화학 환경 (도 2)에서 다른 239 푸 산화 환원 종의 이동도를 비교하는 추가 수단을 제공하는 수학 식 1에 따라 이러한 플롯으로부터 계산 하였다. (5)는 우레탄 (IV) 및 우레탄 (IV) -PU와 확산 실험을 도시한다 (V) 혼합 종 각각에 MOPS 완충액 HA 20 ppm으로 존재한다. 이러한 플롯의 비교는 푸 (V)를 푸보다 훨씬 더 많은 모바일 (IV) .This은 푸에 특히 유효 것을 보여준다 (IV)와 푸 HA (MW 우리의 실험에서 5-40 kDa의이 특징 (V) Cusnir 등.) (10)에 의해 SI는 분자 복합체로 추가됩니다. 푸 (V) 소스 오디오 솔루션이온이 문서에 설명 된 프로토콜에 따라 주로 푸 (V)의 종을 포함 준비했다. MOPS 완충 용액에서 확산 실험 끝에 HDEHP 함께 액상 추출 우레탄 (V)의 80 % ± 10 %를 알았다. 이 추출의 화학적 수율은 80 %이다. HA (20)의 존재하에 PPM의 우레탄 (V)를 가진 용액이 모델 용액에 24 시간 및 우레탄 (V) 분획시켰다 35 % ± 10 % 동안 평형화 하였다.
천연 담수에서 푸의 생체 이용률에 관한 연구
우리의 실험실에서 만들어 여러 DGT 장치가 성공적으로 스위스 쥐라 산맥의 카르스트 봄 2~3주의 기간 동안 노출시켰다. 이것은 400 μS cm 위의 6.5-7.5의 범위의 pH를 물, 전도도 광천 -1 및 산소로 포화. 이 실험 때문에 T의 가능성도의 생물 연료의 흔적과 함께 겔 어셈블리의 좋은 적용 및 견고성을 증명그는 스프링 (7 ° ℃)의 낮은 온도. 배포 후 검색 DGTs 잘 초기 형태와 외관을 보존, 그대로 젤 층으로, 보존되었다. DGTs에 의해 축적 된 플루토늄은 AMS에 의해 분석 하였다. (서브 FG 수준까지)는 매우 민감하고, 알파 분석법 또는 ICP-MS 기술보다 훨씬 낮은 초기 샘플의 양을 필요 AMS는 다른 분석 기법을 통해 상당한 이점을 제공한다. 또, 우라늄 수소화 (UH 238), 또는 다른 분자들과 같은 분자 동중 간섭이 효율적 AMS 측정시 억제되며, 239 푸 검출을 방해하지 않는다. 몇 가지 기술적 인 이유로 (화학 분리 동안 239 푸와 아마도 오염), 우리는 필드 DGTs의 응용 프로그램 (239) 제 우레탄 용 데이터를 사용할 수 없었다. 그럼에도 불구하고, 240 푸 결과는 편견이었다. 따라서, 우리는 측정에서 239 푸 함량을 산출 <SUP> 낙진 플루토늄 240 PU / 239 푸 자비로 0.18를 복용 240 푸. 결과를 표 1에 요약되어있다.
대량 물 샘플에서 측정 된 239 푸 농도는 이전에이 대수층 (1-7 μBq의 L-1) (11)에 대해보고 된 농도와 유사하다. 또한, DGT 측정치로부터 산출 239 푸 농도 측정 불확실성 내에서 유사하다. DGTs 만 자유롭고 불안정한 푸 종을 축적하기 때문에, 하나는 물이 생체 (PU)의 부분을 추정 할 수있다. 표 1에 주어진 데이터는 대량의 물에있는 모든 239 푸 종은 생물학적 형태로 발견되는 것을 나타냅니다. 이에 비해 봄에서 성장 수생 이끼의 세포 내 분수에 239 + 240 (PU)의 주된 축적을 공개 한 이전의 연구 결과 (11)의 빛에서 흥미로운 결과이다
PAM 겔을 통해 푸 확산에 실험에 사용 그림 1. 확산 셀. 홈 두께 0.5 cm, 홈 깊이 0.39 mm이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2. Snapsh확산 계수의 계산에 사용되는 Excel 워크 시트의 구약가. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
환경 푸 분화 측정을위한 그림 3. 대형 표면 DGT 장치 DGT 장치의 부품 -. 바닥 판과 커버 프레임 -. 왼쪽, 오른쪽 승무원 구멍 어셈블리에 묘사 된 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의.
홀더에 고정 그림 4. DGT 샘플러 장치 (왼쪽) Venoge SPRI 노출NG (오른쪽) 푸 생체 이용률 측정을 위해. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
239 푸도 5 플롯 다른 화학적 환경의 확산 셀 B 구획으로 확산. 실험 데이터 포인트는 239 푸 주어진다 (IV) 및 (239) 우레탄 (V)는, 각각, MOPS에 버퍼 웰 (239)에 관해서는 푸 (IV) - 푸 HA (239)의 존재 (V) 혼합 종 (35 % 우레탄 (V의 ± 10 %)). 플루토늄 239 (IV) -HA 위해 도시 선 0.50 × 10 -6 cm 2 초의 확산 계수 -1 이전 10 결정을 사용하여 계산되었다. 수학 식 1로부터 계산 된 확산 계수는: PU (IV) MOPS 버퍼 - 2.29 × 10 -6 cm 2 초 -1, 푸 MOPS 버퍼 (V) - 3.50 × 10 -6 cm 2 초 -1, 푸 (Ⅳ) - 푸 (V)와 HA - 0.92 × 10 -6 cm 2 초 -1. 위에서 아래로 : MOPS 버퍼에 푸 (V) (빨간색 오픈 원), 푸 (IV) MOPS 버퍼 (파란색 열린 삼각형)에, 푸 (Ⅳ) - 푸 HA의 20 ppm으로의 존재 (V) (녹색 열린 광장), 푸 HA (갈색 열린 다이아몬드의 20 ppm으로의 존재 (4 세)). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 샘플 유형 | 측정의 수 | 239 푸 농도, μBq의 L -1 |
| 대량의 물 | (2) | 1.9 ± 0.55 |
| DGT 0.39 mm | (2) 1.74 ± 0.9 | |
| DGT 0.78 mm | 1 | 1.79 ± 0.9 |
239 대량의 물에 AMS에 의해 푸 측정 및 DGT 샘플러. 대부분 물에 239 푸 표 1. 대표 결과는 액티 나이드 별 교환 수지에 추출 AMS에 의해 측정, 철 수산화물과 물 20 L에서 공동 침전 . 푸 대한 방정식 (2)과 확산 계수를 사용하여 계산 DGT 측정에서 239 푸 농도 (IV). K = 2에 대한 불확실성; U (95).
Discussion
푸딩이 확산 세포를 이용하여 실험을 위해 여기에 설명 DGT 방법론은 푸 산화 환원 종과 유기 분자, 콜로이드 입자 및 시뮬레이션 환경 시스템과의 상호 작용에 대한 다양한 연구를위한 신뢰할 수있는 방법을 제공합니다. 푸 환경 측정 DGTs의 또 다른 응용 프로그램은 우리의 생체 이용률의 이해와 수중 생태계에서이 방사성 핵종의 운명에 기여할 것이다.
실험실 확산 실험
특정 화학적 환경에 관한 의미있는 우레탄 이동성 결론과 상호 작용 성공적인 확산 실험을 수행하기 위해, 잘 정의되고 제어 가능한 조건이 제공되어야한다. 실험 전에 우레탄 산화 상태의 조정은 데이터 해석을 단순화 할뿐만 아니라 우레탄 독스 종의 다양한 생지 동작을 시뮬레이션하는 것이 필수적이다. 푸 종의 민감도에의 pH 변화는 필수 솔루션을 버퍼링합니다. 특별한주의 확산 세포 기능 및 설정에 그려 져야 : 비 흡장 테플론 중합체 재료의 사용은 셀 벽에 흡착을 방지하고 실험 기간 동안 솔루션을 확산 우레탄의 손실을 방지 강력한 누액 방지 조립체를 허용한다.
초기 우레탄 농도는 구획뿐만 아니라 샘플링 간격에 도입하고 확산 실험 중에 찍은 각 샘플의 체적은 실험실에서 사용 가능한 분석 방법에 의존한다. 임의의 분석 방법을 사용할 수는 있지만,이 선택은 단단히 실험 촬영 (PU)의 초기 활성에 결합 된 확산 셀로부터 시료 우레탄 농도의 측정을 위해 사용될 수있다. 이 프로토콜에서 권장하는 239 푸의 10 BQ는 measurem 충분한 감도를 제공하기에 충분하다 (100-140 MBq의 ml의 -1 ~ × 10 -13 몰 ml의 -1 2를주는)일반적으로 알파 분석에 의해 엔트 방사선 보호 규정에 대한 특정 문제를 제기하지 않는다. 다른, 더 민감한 분석 기술은 우레탄 판정 (예를 들면, 질량 분광법)에 사용할 수있는 경우 (PU)의 초기 농도는 감소 될 수있다. 샘플링 간격은 우레탄 초기 농도에 따라 각 확산 실험을 선정하고, PAM 겔을 통해 확산 속도 예상 될 수있다. 확산 실험에서 분취 액 우레탄 이외의 방사성 핵종을 함유하지 않는다는 사실에도 불구하고, 무기 염 및 MOPS 완충액의 존재는 효율 및 정량 분석의 정확성을 감소시키는, 분석 절차를 방해 할 수있다. 따라서, 이들 샘플에 대해 우레탄의 화학적 분리를 수행하는 것이 바람직하다.
확산 셀 겔을 잘 교반 된 용액에 직접 노출되기 때문에, PAM 겔에 확산을 연구하는 가장 좋은 방법을 제공한다. 보의 확산 때문에, 효과겔 표면에서 undary 층 (DBL)을 무시할 간주됩니다. 확산 실험 동안 용액을 잘 교반 DBL 효과의 최소화를 허용 필수적이다. 동일한 시간에, 하나는 PAM 겔을 방해하지하기 위해 신중하게 수행한다.
천연 담수에서 푸의 생체 이용률에 대한 연구
DGT 장치와 플루토늄을 측정하는 담수에 플루토늄의 생체 이용률을 연구 할 수있는 효율적인 도구를 제공이 프로토콜 쇼에 의해 생성 된 결과. DGT 측정은 무료이며 불안정한 종의 시간 평균 농도, 생물에 의한 생물학적 이해를위한 가장 중요한 두 가지 형태를 얻을 수 있습니다. 또한, 유기물 (PU)의 상호 작용의 반응 속도가 상이한 두께의 겔을 사용하여 조사 할 수있다. 푸 NOM 종에 필요한 시간은 해리 할 수있는 가장 불안정한 단지에 대한 수 젤을 통해 확산. DGT 측정은 b를 보완 할 수있다소정의 크기 (예를 들어, 8 kDa의) 상기 우레탄 콜로이드 종의 백분율을 수득 Y 한외 기술. 푸 콜로이드 종은 일반적으로 비 생물학적 종으로 간주하고 DGT를 사용하지 않는 측정 우레탄 부분의 일부된다.
이 시점에서, DGT 장치 만 스위스 쥐라 산맥의 카르스트 봄의 담수에 배치되었다. 푸 낮은 환경 농도는 잠재적 인 문제점이 발생할 수 있습니다 DGT 장치의 장기 배포를 필요로한다. DGT 표면은 생 오손 DBL 두께를 증가시키고, 따라서 PAM 겔을 통해 (PU)의 광속을 제한하는 심각한 문제점을 나타낸다. 해수 또는 높은 광물의 물에 노출 된 DGTs의 바인딩 단계는 빠르게 푸의 축적에 대한 데이터를 잘못 설명, 기타 미량 금속으로 포화 될 수 있습니다. 환경 푸의 추적 레벨의 결정은 철저한 방사 화학적 분리 매우 민감한 분석 방법이 필요합니다. AMS 측정이 프로토콜에 적용들에 널리 사용할 수 있지만, 다른 질량 분광 기술에 의해 대체 될 수있다. 그러나, 엄격한 방사 화학적 분리는 천연 우라늄을 발생 등압 238 UH 간섭을 제거하는 것이 필요하다.
수학 식 2는 DGT 장치의 크기가 소정 시간 동안 배치 축적 (PU)의 양을 증가시키기 위해 조정될 수있다 필수적인 파라미터임을 나타낸다. 상업 겔 스트립은 6cm × 22 cm의 최대 표면에 사용할 수 있습니다. 따라서, DGT 샘플러의 창은 상대적으로 짧은 배포 번 푸 종을 충분히 축적 할 수있게 105cm 2 (21cm × 5cm)로 증가되었습니다. 조작하면서 이러한 DGT 샘플러의 조립 정밀도와 PAM 젤 시트 속성의 특별한 고려가 필요합니다. 그것은 homoge을 제공하기 위해 부드러운 얼굴 균일 "샌드위치"로 겔 층을 조립하는 기본적인 중요성확산 젤을 통해 대량의 물에서 푸 종의 neous 플럭스. DGT면에서 좋은 수류는 중요한 매개 변수이다, 그러나 주로 대수층 내의 유동 조건에 의해 결정된다. 이는 안정적인 물 공급을 제공하고 DBL의 영향을 최소화하기 위해 약 45 °의 물 흐름의 방향에 향해 우레탄 DGT 측정 장치를 배치 할 것을 권장한다.
물 연구 체내 온도 확산 계수가 결정되었을 때의 온도와 다른 경우 수학 식 2에서 사용 확산 계수를 보정해야한다. 확산 계수에 대한 온도 효과는 스톡스 - 아인슈타인 방정식 (식 3)에 의해 제공됩니다 : 
(3)
D 1과 D 2는 확산 계수 (CM 2 초 -1), η 곳 1, η 2 승의 점도 (MPA 초)입니다온도의 T (1) 각각 T 2 (K)에서의 ater.
현재, 예컨대, pH 및 산화 환원 매개 변수를 기반으로 계산 열역학적 제외 깨끗한 환경에서 푸 분화를 조사하는 방법이 없다. 이러한 매개 변수는 탄산염, 철, 망간 양이온 거시 구성 요소에서만 사용할 수 있습니다. 따라서, 푸의 분화는 이러한 측정 종에서 유래하지만 "진짜"측정을 나타내지 않습니다. 여기에서 우리는 plutonyl 종을 입증 가능성, 현장 무료 불안정한 종에서 측정 가능하고 있기 때문에 본 논문에서 제시된 얇은 PAM 젤 필름 기술의 확산은 푸 분화 문제의 해결에 중요한 단계라고 생각합니다. 담수 환경에서 우레탄 중 일부만 DGT 측정은 지금까지 수행되었지만, 얻어진 결과 우레탄 분화 및 생체 이용률 연구 DGT 기술의 추가적인 애플리케이션을위한 장려된다.유기 풍부한 바다에서 DGTs의 배포는 잠재적으로 NOM 분자의 존재 푸 이동성과 상호 작용에 대한 중요한 정보를 얻을 것입니다. 흥미로운 결과는 이러한 셀라 필드 핵 재 처리 공장 주변의 해안 바다와 손상된 후쿠시마 다이 이치 원자력 발전소 등의 오염 된 해양 환경에서 DGT 측정에서 예상해야한다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 239Pu tracer | CEA | Source PU239-ELSC10 | |
| 242Pu tracer | LNSIRR | Source Pu242 N° 790 from Laboratory for National Standards of Ionizing Radiation of Russia | |
| 25 ml Beakers | |||
| Pipette | Socorex | ||
| Disposable plastic pipettes | Semadeni | ||
| 20 ml Plastic scintillation vial | Semadeni | ||
| Aluminium foil | |||
| Hot plate | |||
| Tweezers | |||
| Actinide exchange resin - TEVA - B | Triskem | TE-B50-A | |
| Actinide exchange resin - TEVA - R cartridges | Triskem | TE-R10-S | |
| 1 ml Pipette tips | Socorex | ||
| PAM gel strip 6×21 cm | DGT Research Ltd | 0.39 mm and 0.78 mm thickness / www.dgtresearch.com | |
| Chelex gel strip 6×21 cm | DGT Research Ltd | 0.40 mm thickness / www.dgtresearch.com | |
| Diffusion cell | Fabricated / in-house workshop | ||
| Ø 27 mm Punch | Fabricated / in-house workshop | ||
| Plastic tray | |||
| DGT set-up | Fabricated / in-house workshop | ||
| Membrane filter | PALL Corporation | HT-450 Tuffryn Polysulfone Membrane Disc Filter 0.45 μm / 145 μm thickness | |
| Nitric acid | Carlo Erba | 408025 | |
| Sulfuric acid | Sigma-Aldrich | 84720 | |
| Hydrocloric acid | Carlo Erba | 403981 | |
| Hydriodic acid | Merck | 100341 | |
| Potassium permanganate | Merck | 105082 | |
| Sodium hydrogen sulfate | Merck | 106352 | |
| Sodium sulfate | Merck | 106647 | |
| Sodium nitrate | Sigma-Aldrich | 31440 | |
| Sodium nitrite | Fluka | 71759 | |
| Sodium acetate | Merck | 106281 | |
| Ammonium oxalate | Fluka | 9900 | |
| Bis-(2-ethyl hexyl) phosphoric acid (HDEHP) | Merck | 177092 | |
| 2-thenoyltrifluoroacetone (TTA) | Fluka | 88300 | |
| MOPS buffer | Sigma-Aldrich | M9381 | MOPS sodium salt |
| Cyclohexane | Carlo Erba | ||
| Humic acid | Extracted from an organic-rich soil of an Alpine Valley, freeze-dried, MW 5-40 kDa | ||
| NH4OH | Carlo Erba | 419943 | |
| FeCl3·H2O | Sigma-Aldrich | 44944 |
References
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