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Engineering

Speziation und Bioverfügbarkeit Messungen der Umwelt Plutonium Mit Diffusion in dünnen Schichten

Published: November 9, 2015 doi: 10.3791/53188
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 1
1Institute of Radiation Physics, Lausanne University Hospital, 2Federal Office of Public Health, Bern, Switzerland, 3Laboratory of Ion Beam Physics, ETH Zurich

Summary

Die Technik der diffusiven Gradienten in dünnen Filmen (DGT) zur Speziation von Plutonium Studien vorgeschlagen. Dieses Protokoll beschreibt Diffusionsexperimente Sondieren des Verhaltens von Pu (IV) und Pu (V) in Gegenwart von organischen Stoffen. Dgts in einer Karstquelle im Einsatz ermöglichen Einschätzung der Bioverfügbarkeit von Pu.

Abstract

Die biologische Aufnahme von Plutonium (Pu) in aquatischen Ökosystemen ist von besonderer Bedeutung, da es ist ein Alpha-Teilchen-Strahler mit langer Halbwertszeit, die möglicherweise auf die Exposition von Biota und Menschen beitragen können. Diffusiven Gradienten in Dünnschichten Technik wird hier für die in-situ-Messungen von Pu Bioverfügbarkeit und Speziation eingeführt. Ein Diffusionszelle für Laborexperimente mit PU und dem neu entwickelten Protokoll aufgebaut machen es möglich, das Umweltverhalten von Pu in Modelllösungen von verschiedenen chemischen Zusammensetzungen zu simulieren. Anpassung der Oxidationsstufen zu Pu (IV) und Pu (V) in diesem Protokoll beschrieben ist von wesentlicher Bedeutung, um die komplexen Redoxchemie von Plutonium in der Umwelt zu untersuchen. Die Kalibrierung dieser Technik und die in den Laborexperimenten erhaltenen Ergebnisse zu ermöglichen, ein bestimmtes DGT Vorrichtung zur In-situ-Messungen Pu im Süßwasser zu entwickeln. Accelerator-basierte Massenspektrometrie MessungenPu durch dgts in einer Karstquelle erlaubt die Bestimmung der Bioverfügbarkeit von Pu in einer Mineralsüßwasserumgebung angesammelt. Anwendung dieses Protokolls für Pu-Messungen mit DGT-Geräte verfügt über ein großes Potenzial, um unser Verständnis der Speziation und der biologischen Übertragung von Pu in aquatischen Ökosystemen zu verbessern.

Introduction

Plutonium ist ein künstlicher Radionuklide vorhanden in der Umwelt als Folge der globalen Fallout nach den Atombombentests und nukleare Unfälle. Die Redoxchemie von Plutonium hat wichtige Implikationen für die Migration und biogeochemische Kreisläufe in der Umweltaquatischen Systemen 1. Plutonium hat eine komplexe Chemie und kann in vier Oxidationsstufen (III, IV, V, VI) gleichzeitig existieren. Daher wird die Verteilung von Redoxspezies Plutonium in natürlichen Gewässern ist extrem empfindlich auf lokale chemische Umgebung 2,3. Der Oxidationszustand von Plutonium hängt auch von dem Ursprung der Quelle - diese Aussage wird für verunreinigte Umgebungen und Deponien meist relevant. Reduzierte Plutoniumspezies (+ III und + IV) sind überwiegend in anoxischen Umgebungen gefunden und stammen aus globalen Fallout und sortierten Abwässern, während höhere Oxidationsstufen (+ V und + VI) kann unter den Zerfallsprodukte von anderen Aktiniden gefunden werdenund in oxischen Umgebungen 4.

Die Mobilität und das Umweltverhalten des Plutoniums zu einem gewissen Grad von der Redox Speziation vorhergesagt werden. Plutonium in + III und + IV Oxidationsstufen vorhanden ist überwiegend in fester Phase und hat Kapazität für bis zu anorganischen Kolloiden sorbieren erhöht und natürlich vorkommende organische Stoffe (NOM) Moleküle. Plutonium in + III und + IV Oxidationsstufen wird als weniger mobil sein. Weitere lösliche oxidierte Formen von Plutonium (+ V und + VI, + V als wahrscheinlich) 5 kann möglicherweise zu einer höheren biologischen Übertragung auf Wasserorganismen durch höhere Mobilität beitragen. Dennoch in Gegenwart von NOM, insbesondere von Huminsäure, Pu (V) wird reduziert 17, Verschiebung der Partitionierung mehrere Größenordnungen in zugunsten von Niederschlag. Trotz der Tatsache, dass die Reduktionsrate von Pu (V) zu Pu (IV) ist 4-5 Größenordnungen schneller als die umgekehrte Reaktion, Remobilisierung von Pu (IV) unter oxidierenden Bedingungen may auch stattfinden 1. Neuere experimentelle Daten zu mineralischen Ablagerungen geändert mit Pu (IV) und unterzogen, um natürliche Oxidationsbedingungen haben gezeigt, dass die Konzentration des löslichen Pu in wässriger Phase erhöht über der Zeit 1,6. Die Autoren erklären die durch oxidative Desorption von Pu (IV) und die Bildung von mehreren löslichen Pu (V) und Pu (VI) -Spezies. Oxidation von Pu (IV) kann auch aufgrund der Natur vorkommenden Manganoxide 7 auftreten. Diese Beobachtungen sind wichtig für die Bioverfügbarkeit Modellierung und Bewertung der Umweltrisiken der Entsorgung und Altlasten.

Studien zur Bioverfügbarkeit und Speziation von Plutonium ist eine Herausforderung sowohl Labor als auch in-situ-Bedingungen. Geringe Umweltkonzentrationen, die Variabilität der Redoxspezies und die Wechselwirkungen mit natürlichen Kolloiden machen es schwierig, die biogeochemische Verhalten von Plutonium zu simulieren. Die Technik der diffusiven Gradienten in dünnen Filmen (DGT) auf der Basisdie Verbreitung von freier und labile Schadstoffarten durch eine Polyacrylamid (PAM) Gel ist für Umweltmessungen von Spurenelementen 8 verwendet. A DGT Sampler stellt eine Dreischichteinrichtung einer Bindephase hergestellt, diffusive Gelschicht (PAM Gel unterschiedlicher Dicke) und eine Filtermembran zum Schutz des Gels und (für die meisten Spurenmetalle es Chelex Harz in der PAM Gel enthalten ist) Halten der Baugruppe zusammen. Dünnfilme aus Polyacrylamidgel, bestehend aus 85% Wasser, ermöglichen eine freie und labilen Komplex Spezies schneller diffundieren als Plutonium zu großen NOM Molekülen oder natürlichen kolloidalen Teilchen gebunden. Eine Set-up entwickelt, um Plutonium Diffusion in dünnen PAM Gelfilme unter Laborbedingungen zu untersuchen, wird als Diffusionszelle 9.

Eine Diffusionszelle eine Zwei-Kammer-Behälter, wo zwei separate Kammern sind durch eine Öffnung einer vorgegebenen Oberfläche miteinander verbunden sind. Die Öffnung, dh die Fenster zwischen den beiden Kammern contains eine Scheibe aus Diffusions Gel mit einer gegebenen Dicke. Wir konstruierten eine Teflon-Zelle mit zwei 100 ml-Fächern und einem kreisförmigen Diffusionsfenster 1,7 cm im Durchmesser. Ein Fach ist abnehmbar, die Montage zu erleichtern. Eine 0,5 cm breite Nut um die Diffusionsfenster geschnitzt an der festen Kammer dient dazu, die diffusive Gelscheibe platzieren. Die Rillentiefe sollte etwa wie PAM Geldicke für den Gebrauch bestimmt sein. Wir uns entscheiden, mit einer 0,39 mm PAM Gel arbeiten, wodurch die Rillentiefe in unserem Diffusionszelle ist 0,39 mm. Ein detailliertes Bild der Diffusionszelle ist in Figur 1 angegeben.

Wenn zunächst eine Lösung von Plutonium enthält, wird in eine Kammer (A) angeordnet wird Diffundieren Pu Spezies eines Konzentrationsgradienten in dem Gel aufzubauen und beginnt, in der zweiten Kammer (B) anreichern, zunächst eine Lösung der gleichen chemischen Zusammensetzung ohne Pu enthält . Die Anfangskonzentration an Pu Spezies in Abteil A so definiert ist, dass sie Leistungsbezogenens konstant oder ändert (höchstens um 1% -2%) nur sehr wenig in der gesamten Diffusionsexperiment. Auftragen der Menge des diffundierten Pu als Funktion der Zeit liefert ein Mittel, um die Beweglichkeit der in den verschiedenen simulierten vorherrschenden Umweltbedingungen Pu Spezies zu analysieren. Diffusion in dünnen Schichten bietet eine wertvolle Alternative für Studien über Pu Mobilität und Artbildung und kann erfolgreich unter Feldbedingungen 10 angewendet werden. Man kann die Diffusionszelle mit einer Passivsammler, mit dem PAM diffusive Gel und Chelex-Harz als Bindephase, die zu diffundierenden Spezies Pu akkumulieren dient hergestellten ersetzen. Eine solche Sampler kann unter Feldbedingungen ausgesetzt werden - die Menge an Pu in dem Harz angesammelt werden, das die Speziation und Bioverfügbarkeit von Pu in der jeweiligen Umgebung 10 sein.

In dieser Arbeit haben wir eine Diffusionszelle, die Mobilität von Pu (IV) und Pu (V) Arten und ihrer Wechselwirkungen mit NOM unter Laborbedingungen zu untersuchen. Furthermore, wandten wir große passive DGT Sampler von einer Fläche von 105 cm 2, die Bioverfügbarkeit von Pu in einer Karstquelle des Schweizer Jura (Venoge Fluss), wo ein erheblicher Anteil der Pu wurde in den intrazellulären Teile der aquatischen Moose gefunden studieren eine vorherige Arbeit 11. Aufgrund der sehr niedrigen Niveau von vorliegenden Plutoniums in dieser unberührten Umgebung wurden Beschleuniger-basierte Massenspektrometrie (AMS) Techniken zur Verfügung, an der ETH Zürich zur Plutoniumisotope zu messen.

Protocol

1. Plutonium Tracer Vorbereitung

  1. Pu (IV) Tracer-Herstellung
    1. Von der Pu-Stammlösung zu übertragen einen geeigneten Aliquot, enthaltend die gewünschte Menge an Pu für das Experiment in einen 25-ml-Becherglas. Arbeiten mit 10 Bq von 239 Pu zu einem Zeitpunkt.
    2. 1 ml konzentrierter HNO 3, 0,6 ml 1 M NaHSO 4, 0,4 ml konzentrierte H 2 SO 4. Verdampft zur Trockne auf einer Heizplatte. Man erhitzt bei 200 ° C zu Beginn auf Säure Projektion zu vermeiden.
    3. Sobald keine Flüssigkeit im Becher verbleibt, zu tempern des Rückstandes bei 400 ° C - 500 ° C, bis kein weißer Rauch ausgehen. Der Rest weiß ist, wenn es abgekühlt und in der für den Versuch gewählten Puffer löslich.
      Anmerkung: Pu (IV) -Quelle in dieser Weise hergestellt wird, kann bis zu mehreren Monaten bis 12 Trocken gespeichert werden.
  2. Pu (V) Tracer Herstellung 13
    1. Pu Oxidations
      1. Bringen Sie ein Aliquot aus dem Pu stock-Lösung in eine Plastik 20 ml Flüssig-Scintillationsgefäß mit einem dichten Deckel. Arbeiten mit 10 Bq von 239 Pu zu einem Zeitpunkt. Hinzufügen von 0,01 ml von 0,01 M KMnO 4 und wird die Mischung im Dunkeln für mindestens 6 Stunden.
    2. Pu (VI) Extraktion
      1. Vor der Extraktion wird eine Lösung aus 0,5 M Thenoyltrifluoraceton (TSK) in Cyclohexan und schützen sie vor der Belichtung. Immer bereiten diese Lösung unmittelbar vor jedem Experiment.
      2. In den oxidierten Pu Lösung 2 ml 0,1 M CH 3 COONa bei pH 4,7 und 2 ml 0,5 M Thenoyltrifluoraceton (TTA) in Cyclohexan. Wickeln Sie die Flasche mit Aluminiumfolie, die Reaktionsmischung im Dunkeln zu halten, schütteln für 10 min. Trenne die organische Phase, die Pu (VI) mit einer Pipette und in ein sauberes Glasfläschchen.
    3. Pu (VI) bis PU (V) Photo
      1. Verlassen Sie die Glasfläschchen enthalten Pu (VI) -tta Komplex in Cyclohexan bei Raumlicht für 2 Std.
    4. Pu (V) Extraktion
      1. In den belichteten Lösung 1 ml 0,1 M CH 3 COONa bei pH 4,7 und schütteln für 5 min. Entfernen wässrigen Phase, die Pu (V). Bestimmen Sie die Konzentration von dieser Quelle durch Flüssigszintillationszählung, die ein 100-ul-Aliquot.
        Anmerkung: Bereiten Pu (V) Lösungen unmittelbar vor jedem Versuch, da die Langzeitstabilität von Pu in + V Oxidationsstufe wird in Frage gestellt.

2. Herstellung der Lösungen in den Experimenten verwendet

  1. Bereiten Sie Pufferlösungen
    1. Machen Sie 10 mM Lösung von MOPS (3- (N-Morpholino) propansulfonsäure) Puffer. Oder 200 ml dieser Lösung und Einstellen auf den gewünschten pH durch tropfenweise Zugabe von 0,1 M HCl (pH 6,5 zur Verwendung mit Pu (IV) und pH 5,5 für die Verwendung mit Pu (V)).
  2. Bereiten Sie Lösungen für Experimente mit Pu (IV)
    1. Lösung A
      1. Auflösen Pu (IV) in dem Schritt 1.1 in se vorbereitetVeral ml 10 mM MOPS gepufferten Lösung bei pH 6,5. Gründlich waschen das Becherglas mit der gleichen Lösung.
      2. Bringen Sie das Volumen auf 72 ml mit 10 mM MOPS-Pufferlösung bei pH 6,5. Überprüfen Sie den pH-Wert und neu zu justieren auf 6,5 mit 0,1 M NaOH. Übertragungs 72 ml dieser Lösung werden in einen sauberen Becher - dies ist die (A) Lösung in Fach A der Diffusionszelle eingebracht werden.
    2. Lösung B
      1. Nehmen 72 ml 10 mM MOPS gepufferter Lösung bei pH 6,5; Hinzufügen von 0,75 ml 1 M Na 2 SO 4. Überprüfen Sie den pH-Wert durch Veränderung auf 6,5, wenn nötig. Übertragungs 72 ml dieser Lösung werden in einen sauberen Becher - dies ist das "B" Lösung in «B» Abteil der Diffusionszelle eingebracht werden.
    3. Werden die Lösungen mit NOM
      1. Man wiegt 1,4 mg gefriergetrockneter fulvic oder Huminsäure zu einer zu erhalten Konzentration von 20 ppm und löst ihn in der «A» haltende Lösungng Pu (IV). Bereiten Sie diese Lösung 24 Stunden vor dem Experiment und für Gleichgewichtseinstellung zu ermöglichen.
  3. Bereiten Sie Lösungen für Experimente mit Pu (V)
    1. Lösung A
      1. Aufzulösen Pu (V) in dem Schritt 1.2.4 in 72 ml 10 mM MOPS gepufferten Lösung bei pH 5,5 erhalten wird; Add 0,75 ml 1 M NaNO 3. Überprüfen Sie den pH-Wert und passen auf 5,5, wenn nötig. Übertragen 72 ml dieser Lösung in ein sauberes Becherglas. Bereiten Sie die Lösung mit Pu (V) unmittelbar vor dem zu experimentieren.
    2. Lösung B
      1. Nehmen 72 ml 10 mM MOPS gepufferter Lösung bei pH 5,5; Add 0,75 ml 1 M NaNO 3. Überprüfen Sie den pH-Wert und passen auf 5,5, wenn nötig. Übertragen 72 ml dieser Lösung in ein sauberes Becherglas.
    3. Werden die Lösungen mit NOM
      1. Wiegt 1,4 mg gefriergetrocknete fulvic oder Humussäure in einer Konzentration von 20 ppm zu erhalten, und in der A-Lösung, die Pu (V) zu lösen. Lassen Sie die Lösung für 24 Stundenum den Gleichgewichtszustand zwischen Pu (IV) und Pu (V) Arten zu erreichen. Vor der Diffusion Experiments einen Flüssigphasenextraktion, um die Fraktion von Pu (V) zu bestimmen, wie im Abschnitt 3.4.2 beschrieben.

3. Labordiffusionsexperimente

  1. Bereiten PAM-Gel
    1. Befeuchten Sie ein Plastikschale mit mehreren Milliliter des Elektrolyten (zB 10 mM NaNO 3), setzen Sie den PAM Gelstreifen in und gleichförmig zu erweitern über die Oberfläche. Legen Sie vorsichtig eine scharfe Punch von 2,7 cm Durchmesser auf der Gel-Oberfläche. Vermeiden Verschieben des Stempels über die Gel-Oberfläche.
    2. Verwenden Sie lokale fokussierten Licht wenn nötig, kann es helfen, um die transparente PAM-Gel zu visualisieren. Drücken Sie den Stempel fest gegen Geloberfläche und loslassen, sobald sie geschnitten wird.
  2. Versammlung der Diffusionszelle
    1. Positionieren Sie den PAM-Scheibe mit einer Pinzette in die Nut über der Diffusionsfenster in einer glattflächigen Weise. Drehen Sie die Schraube, so dass die two Kammern der Diffusionszelle zusammen zu halten, miteinander verbunden über den PAM-Scheibe.
    2. Mark A und Fächer der B Diffusionszelle. Montieren Sie den Diffusionszelle mit dem Gel Scheibe unmittelbar vor jedem Experiment; erlauben nicht das Gel zu trocknen.
  3. Starten einer Diffusionsexperiment
    1. Gießen Sie langsam die Lösungen A und B in die entsprechenden Fächer. Sicherstellen, dass beide Lösungen werden mit der gleichen Geschwindigkeit, um gleiche Volumen in jeder Kammer jederzeit Auskunft gegossen, sonst kann die diffusive Gel beschädigt werden.
    2. Starten Sie den Timer einmal die Lösungen sind in der Zelle. Legen Sie die Miniatur-Elektromixer über die Diffusionszelle. Zu diesem Zeitpunkt die Diffusionsexperiment betrachtet gestartet.
  4. Entnahme von Proben im gesamten Diffusionsexperiment
    1. Nehmen Sie Proben von gleichem Volumen in regelmäßigen Zeitabständen von den A- und B-Fächer gleichzeitig um Volumina konstant in der gesamten Experime haltennt.
      1. Nehmen eine 1,00 ml Probe gleichzeitig in jeder Kammer sofort zu Beginn des Experiments, um die anfängliche Pu Konzentration im Abteil A bestimmen.
      2. Verwenden ein Abtastzeitintervall von 10 min in den Versuchen ohne Zusatz von NOM und 20 min bis zu mehreren Stunden in Experimenten mit Huminsäure. 2,00 ml Teilmengen ausreichend sind, um eine gute Empfindlichkeit für die alpha-spektrometrische Messungen liefern.
    2. Flüssigphasenextraktion von Pu (IV) und Pu (V)
      1. Am Ende des Diffusionsexperiment nehmen separat 4 ml Proben aus dem A und dem B Abteile in Plastikteströhrchen mit Kappen dicht. Säuert Proben mit 1 ml 2 M HCl.
      2. 5 ml 0,5 M Bis- (2-ethylhexyl) phosphorsäure (HDEHP) -Lösung in Cyclohexan und rühren Reagenzgläsern 5 min kräftig. Lassen Proben zur Phasentrennung zu ermöglichen. Entfernen Sie die Wasserphase, die Pu (V).
    3. Rückextraktion von Pu (IV)
      1. Back-exTrakt Pu (IV) aus der verbleibenden organischen Phase mit 5 ml von 5% (NH 4) 2 C 2 O 4.

4. Probenbehandlung

  1. Spike-Proben mit einem internen Standard
    1. Spike-Proben mit einer Ausbeute Tracer analysiert werden. Verwenden Sie eine Spitze von 1,00 ml von 242 Pu-Tracer von 25 mBq ml -1 Aktivitätskonzentration für alpha-spektrometrischen Messungen.
  2. Oxidieren Proben 'Matrix
    1. Verdampfen Proben auf einer heißen Platte mit 2,00 ml konzentrierter HNO 3 Trockne ein.

5. Die radiochemische Trennung von Pu

  1. Passen Pu Oxidationszustand
    1. Löse trockenen Proben von Punkt 4.2.1 in 5 ml 8 M HNO 3, fügen Sie 20 mg NaNO 2, Wärme Proben bei 70 ° C während 10 min. Dieser Schritt ermöglicht die Anpassung der Oxidationszustand von Pu + IV.
  2. Festphasenextraktion von Pu
    1. Benetzen eine quaternäre Aminbasis Anionenaustauscherharzsäule (wie Teva) mit 1,5 ml 8 M HNO 3. Verwenden Mikrospalten 1 ml-Pipettenspitze mit 100 mg des Harzes mit 1,5 ml 8 M HNO 3 Anlage hergestellt.
    2. Übergeben Sie die Lösung von Ziffer 5.1.1 durch die Harzsäule mit Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1 ml min -1. Spülen Sie die Probenbecher mit 2 ml 8 M HNO 3 dreimal und Transfer Auswaschungen an Harzsäulen.
  3. Elute Pu
    1. Mit 3 ml 9 M HCl-Waschkolonnen. Elute Pu mit 3 ml Lösung 9 M HCl / 0,1 M HALLO. Verdampfen Eluate auf der heißen Platte. Behandeln Sie mit 2 ml konzentrierter HNO 3, zur Trockne eingedampft. Bei Bedarf wiederholen, bis die braune Jod Farbe verschwindet.
    2. Bestimmen Sie Pu-Konzentration in den Proben von jeder verfügbaren Methode.
      Hinweis. Für die Konzentrationen Bereich von 239 Pu in diesem Protokoll Alpha-Spektrometrie verwendet bietet eine gute Empfindlichkeit. Bereiten Sie Quellen für Alpha-spectrometric Zählen durch Galvanisieren auf Stahlscheiben Edelstahl 14. Zählen Quellen PIPS-Detektor (450 mm 2) in einem Spektrometer.

6. Analyse der Daten

  1. Plot diffundiert Pu als Funktion der Zeit
    1. Plotten der Aktivität von Pu (mBq) in der B-Kammer über der Zeit (min) gesammelt. Richtig zum Volumen der Probe während der Diffusionsexperiment wurde: Aktivität angesammelt Pu (mBq) zum Zeitpunkt t gleich der Konzentration (mBq ml -1) bestimmt, die in der Probe, multipliziert mit dem Volumen der Lösung (ml) in das ist Kammer B zum Zeitpunkt der Probennahme (siehe Beispiel für die Tabellenkalkulation - Abbildung 2).
    2. Um auf dasselbe Diagramm Daten aus mehreren Experimenten mit unterschiedlichen Konzentrationen Pu Handlung, in die Ausgangs Pu-Konzentration von Compartment A normalisiert Einsatzkonzentrationen
  2. Berechnen Diffusionskoeffizienten
    1. Berechnen Diffusionskoeffizienten D (cm 2 s -1) von Pu Spezies für jedes Experiment 10. Verwendung der Gleichung (1):
      Gleichung 1 (1)
      wobei & Delta; g ist die Diffusions Geldicke (cm), C die anfängliche Pu-Konzentration (mBq ml -1), S die Diffusionsfläche (cm 2) und A die Aktivität (MBq) zu Pu Spezies in der Kammer B zu der Zeit t diffundiert (sec). & Dgr; A / & Delta; t ist die Steigung der linearen Grundstück von Pu in die B Fach über der Zeit diffundiert.

7. Untersuchungen über die Bioverfügbarkeit von Pu in Natural Freshwaters

  1. Bereiten DGT Sampler
    1. Befeuchten Sie ein Plastikschale mit mehreren Milliliter des Elektrolyten (zB 10 mM NaNO 3), legen Sie die Bodenplatte (siehe Abbildung 3) der DGT-Sampler. Verwenden Sie lokale Beleuchtung falls erforderlich, kann es helfen, transparente Gele zu visualisieren.
    2. Positiauf einem 6 cm × 22 cm Chelex-Harz Gelstreifen und erweitern gleichmäßig über die Oberfläche des Blechs. Platz auf der Oberseite des Harz Gelschicht 6 cm X 22 cm PAM diffusive Gelstreifen und gleichmäßig über die Oberfläche zu erweitern. Stellen Sie sicher, dass Gele sind nicht Gleit- und werden in einer glattflächigen Weise positioniert.
    3. Decken Sie die diffusive Gelschicht mit einer 6 cm × 22 cm Stück eines Filtermembran. Legen Sie die Abdeckung Rahmen der DGT-Sampler (siehe Abbildung 3) über die Filtermembran, und schließen Sie die Baugruppe leicht Drücken des Rahmens an den Rändern.
    4. Schneiden Sie die Teile, die sich Gel mit einem scharfen Lanzette, offene und neu auszurichten Gel-Schichten bei Bedarf, bis eine glatte Plattenoberfläche erhalten wird. Befestigen Sie die Montage mit Schrauben.
    5. Befeuchten Sie die DGT Sampler mit mehreren Milliliter des Elektrolyten (zB 10 mM NaNO 3). Bewahren Sie nass in einem verschlossenen Plastikbeutel bis zu mehreren Wochen bei 4-5 ° C.
  2. Deployment von dgts in einem natürlichen Gewässer
      Abbildung 4 dargestellt.
    1. Bereitstellen DGTS in den Wasserkörper entweder die Aussetzung auf ein starkes Seil oder die Installation auf einer stabilen vertikalen Träger in einer Weise, um einen konstanten Wasserstrom tangential entlang der Oberfläche der DGT bereitzustellen. Bereitstellen von DGT-Geräte in den Binnengewässern für zwei bis drei Wochen, um das Pu in einer ausreichenden Konzentration für Messungen akkumulieren.
  3. Behandlung von abgerufenen dgts
    1. Abrufen dgts aus dem Wasser. Schrauben Sie die Baugruppe, nehmen Sie die Filtermembran und entsorgen. Nehmen Sie die obere Gelschicht (PAM diffusive Gel) und entsorgen.
    2. Übertragen Sie die Harz-Gel in ein Becherglas mit 20 ml 8 M HNO 3 und Spike-Proben mit einer Ausbeute Tracer analysiert werden. Verwenden Sie eine Spitze von 1,00 ml von 242 Pu-Tracer von 0,25 mBq ml -1 (1,7 pg ml -1) Aktivitätskonzentration für AMS-Messungen. Nachdem auch agitated, lassen Proben O / N für Pu Elution.
  4. Zustand DGT Eluate
    1. Filtern Sie die Lösungen aus den Harz Gelproben; Spülen Sie die verbleibende Harz Gele mit 5 ml 8 M HNO 3 und kombinieren Auswaschungen mit Proben. Werden 20 mg NaNO 2 zu jeder Probe, Erwärmen der Lösung bei 70 ° C während 10 min. Dieser Schritt ermöglicht die Anpassung der Oxidationszustand von Pu + IV.
  5. Festphasenextraktion von Pu
    1. Befeuchten Sie ein quaternäres Amin-basierte Anionenaustauscherharz Kartusche mit 10 ml 8 M HNO 3. Übergeben Sie die Lösungen von Punkt 7.4.1 durch das Austauscherharz Kartusche mit Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1 ml min -1. Spülen Sie die Probenbecher mit 5 ml 8 M HNO 3 dreimal und übertragen Sie die Auswaschungen an Austauschharzpatrone.
  6. Elute Pu
    1. Mit 10 ml 9 M HCL waschen Patronen. Elute Pu mit 15 ml Lösung 9 M HCl / 0,1 M HALLO. Verdampfen Eluats auf einer heißen Platte. Behandeln Sie mit 2 ml konzentrierter HNO 3, evaporate zur Trockne ein. Bei Bedarf wiederholen, bis die braune Jodfarbe vollständig verschwunden ist.
    2. Wiederholen radiochemische Trennung von Pu 1-2 weitere Male, wenn höhere Reinigung erforderlich ist - in Abhängigkeit von der Leistung des Pu-Erfassungssystem. Führen Sie die zweite und die dritte Trennungen auf Mikro-Säulen von 1 ml Pipettenspitze mit 100 mg Austauschharz mit 1,5 ml 8 M HNO 3 Anlage gefertigt.
    3. Bestimmen Pu-Konzentration in den Proben. Verwenden Sie die Massenspektrometrie-Techniken bis 239 Pu wegen der sehr niedrigen Niveau von Plutonium in der unberührten Umgebung zu messen.
      Hinweis: In dieser Arbeit verwenden Sie die AMS-Anlage abgestimmt für die Analyse von Aktiniden im Labor für Ionenstrahlphysik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich.

8. Analyse der Daten

  1. Berechnen Sie die Konzentration (C DGT in μBq ml -1) bioverfügbar (labilen) Pu spECIES in der Wassermasse aus der Menge an Pu der DGT während des Bereitstellungszeitraums angesammelt. Verwendung der Gleichung (2):
    Gleichung 2 (2)
    wobei A für die Aktivität (μBq) von Pu in der Bindephase, & Dgr; g der Diffusionsschicht (Gel + Filtermembran) Dicke (cm), D der Diffusionskoeffizient von Pu in der PAM-Gel (cm 2 s -1), S akkumuliert die Diffusionsfläche (cm 2) und t die Dauer des Einsatzes (sec).
  2. Vergleichen C DGT Pu durch DGTS mit insgesamt Pu-Konzentration in der Wassermasse, als auch mit anderen erhältlichen Speziationsdaten bestimmt.

9. radiochemischen Trenn für die Bestimmung der Gesamt Pu in der Wassermasse

  1. Zustand Wasserprobe
    1. Pumpe Wasser aus dem untersuchten Körper von Wasser durch ein 45 um-Membranfilter in ein plastic Empfänger. Arbeiten mit Proben von 10 bis 50 L für AMS-Messungen. Säuern das Wasser, um mit HNO 3 pH 2 sofort nach der Probenahme an der Probenahmestelle vor dem Transport in das Labor.
  2. Auszufällen Pu auf Eisenhydroxide
    1. Im Labor einzuführen ein Rührwerk in den Empfänger. Spike der Probe mit Pu Ausbeute Tracer. Verwenden Sie eine Spitze von 1,00 ml von 242 Pu-Tracer von 0,25 mBq ml -1 (1,7 pg ml -1) Aktivitätskonzentration für AMS-Messungen.
    2. In FeCl 3 · 6 H 2 O unter etwa 0,25 g pro 10 L Probe. Nachdem für 30 Minuten gerührt, auszufällen Eisenhydroxide mit NH 4 OH bei pH 8.
  3. Zweiten Fällung von Pu auf Eisenhydroxide
    1. Den Überstand umfüllen von Wasserprobe von Punkt 9.2.2. Wiederherstellen der Niederschlag von Eisenhydroxiden in einen 2 l-Becherglas, spülen Sie den Empfänger mit VE-Wasser und kombinieren Sie die Auswaschungen mit der sample.
    2. Man löst den Niederschlag in ca. 100 ml 5 M HCl, wird auf 90 ° C zu Karbonaten zu zersetzen. Auswählen, wenn notwendig, wenn die Lösung abgekühlt ist. Re-Ausfällung Eisenhydroxide mit NH 4 OH bei pH 8.
  4. Zustand Eisenhydroxide zur Analyse
    1. Den Überstand umfüllen von der Probe von Punkt 9.3.2. Wiederherstellen des Niederschlags von Eisenhydroxid in eine Zentrifugationsgefäß. Zentrifuge, den Überstand verwerfen. Der Niederschlag wird mit VE-Wasser waschen. Wiederholen Sie 2-3 mal.
    2. Der Niederschlag in 10 ml 8 M HNO 3, um radiochemische Trennung von Pu unterbreiten, wie zuvor in den Abschnitten 7,4 bis 7,6 beschrieben.

10. Bereiten Sie die Proben für die AMS-Messungen

  1. Auszufällen Pu auf Eisenhydroxide
    1. Nach der radiochemischen Trenn, lösen sich die endgültige Probe in 0,5 ml 1 M HCl, übertragen Sie die Probe mit einer Plastikpipette in ein 2,5 ml-Glasgefäß. Spülen Sie die Probenbecher TWICE mit 0,5 ml 1 M HCl, übertragen Auswaschungen zu derselben Ampulle.
    2. 0,5 ml von 2 mg ml -1 Fe 3+ Stammlösung zu 1 mg Eisen bereitzustellen. Auszufällen Eisenhydroxide Zugabe von einigen Tropfen konzentrierter NH 4 OH. Zentrifuge und Dekantieren des Überstandes.
    3. Der Niederschlag wird mit VE-Wasser, Zentrifuge und Dekantieren des Überstandes. Trocknen des Niederschlags auf die heiße Platte bei 90 ° C.
  2. Bereiten Sie Ziel für AMS-Messungen
    1. Backen Sie die Hydroxide auszufällen von Punkt 10.1.3 in einem Ofen für 2-3 h bei 650 ° C. Gründlich mit 3-4 mg Niobmetallpulver und drücken Sie mischen in eine Ti-Target Halter für AMS-Messungen.
      Hinweis: Wir messen die Proben mit der kompakten (0,6 MV) AMS-System "TANDY" an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH Zürich) für die Messung von Aktiniden 15,16 abgestimmt.

Representative Results

Diffusionsexperimente

Auftragen der Aktivitäten von 239 Pu in das Fach B der Diffusionszelle als Funktion der Zeit diffundiert gibt eine visuelle Darstellung des Flusses der 239 Pu Spezies Diffundieren durch den PAM-Gel. Diffusionskoeffizienten von diesen Parzellen nach Gleichung 1 ein zusätzliches Mittel, um die Mobilität von unterschiedlichen 239 Pu Redoxspezies in verschiedenen chemischen Umgebungen (Abbildung 2) zu vergleichen, berechnet. 5 zeigt den Diffusionsexperimenten mit Pu (IV) und Pu (IV) -Pu (V) gemischt Arten, die jeweils in der MOPS-Puffer und in Gegenwart von 20 ppm HA. Ein Vergleich dieser Grundstücke zeigt, dass Pu (V) wesentlich mobiler als Pu (IV) .Dies gilt insbesondere für Pu (IV) und Pu (V), wenn HA (MW 5-40 kDa in unseren Versuchen, dadurch gekennzeichnet, die SI durch Cusnir et al.) 10 ist als Komplexbildner-Moleküle zugesetzt. Pu (V) Quelle solutIonen, die gemäß dem in diesem Dokument beschriebenen Protokoll enthält überwiegend Pu (V) Arten. Flüssigphasen-Extraktion mit HDEHP am Ende des Diffusionsexperiment im MOPS gepufferten Lösung wurden 80% ± 10% des Pu (V). Die chemische Ausbeute der Extraktion beträgt 80%. Die Lösung mit Pu (V) in Gegenwart von 20 ppm HA wurde während 24 Stunden und Pu (V) Fraktion in diesem Modell Lösung wurde 35% ± 10% äquilibriert.

Studien über Pu Bioverfügbarkeit in natürlichen Süßwasser

Mehrere DGT-Geräte in unserem Labor konstruiert wurden erfolgreich für die Dauer von zwei bis drei Wochen in einer Karstquelle des Schweizer Jura ausgesetzt. Dies ist eine Mineralquelle mit dem pH-Wert des Wassers im Bereich von 6,5 bis 7,5, Leitfähigkeit oberhalb von 400 & mgr; S cm -1 und mit Sauerstoff gesättigt. Diese Versuche zeigten eine gute Anwendbarkeit und Robustheit der Gel Anordnungen ohne eine Spur von Biofouling, möglicherweise auch wegen ter niedrige Temperatur der Feder (7 ° C). Dgts nach den Bereitstellungen abgerufen wurden gut erhalten, mit Gel-Schichten intakt ist, die Erhaltung der ursprünglichen Form und Optik. Pu durch dgts sammelt wurde vom AMS analysiert. AMS bietet erhebliche Vorteile gegenüber anderen analytischen Techniken: es sehr empfindlich ist (bis auf Unter fg Ebenen), und erfordert viel geringeren anfänglichen Probenmenge als Alpha-Spektrometrie oder ICP-MS-Techniken. Zusätzlich werden Molekular isobare Interferenzen, wie beispielsweise die Uranhydrid (238 UH) oder andere Moleküle effizient während der AMS-Messung unterdrückt wird und nicht mit dem 239 Pu Detektion stören. Für einige aus technischen Gründen (wahrscheinlich eine Kontamination mit 239 Pu bei chemischen Trennungen), waren wir nicht in der Lage, die Daten für 239 Pu für die ersten Anwendungen der dgts im Feld zu verwenden. Dennoch waren die 240 Pu Ergebnisse unvoreingenommene. So berechneten wir die 239 Pu-Gehalt aus der gemessenen <sup> 240 Pu unter 0,18 als 240 Pu / 239 Pu-Atomverhältnis für Fallout Plutonium. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

239 Pu-Konzentrationen in Großwasserproben gemessen ähneln Konzentrationen zuvor für diesen Grundwasserleiter (1-7 μBq L -1) 11 gemeldet. Darüber hinaus sind 239 Pu-Konzentrationen von DGT Messungen berechnet ähnlichen innerhalb der Unsicherheiten der Messung. Seit dgts akkumulieren nur freie und labile Pu Arten, kann man den Anteil der bioverfügbaren Pu in diesem Wasser zu schätzen. Daten in Tabelle 1 angegebenen hervor, dass sämtliche 239 Pu in der Wassermasse vorhandenen Spezies sind in einer biologisch verfügbaren Form vorhanden. Dies ist ein interessantes Ergebnis angesichts der bisherigen Erkenntnisse 11, die den überwiegenden Anhäufung von 239 + 240 Pu in den intrazellulären Anteil der Wassermoose offenbart haben wachsen im Frühjahr im Vergleich zu und 90 Sr. Die Autoren 11 vorgeschlagen, dass die erhöhte Mobilität von Pu in dieser natürlichen wasserführenden Schicht war aufgrund der Bildung eines löslichen Carbonats Pu-Komplex, gegebenenfalls als Pu (V) Plutonyl Form, ähnlich zu natürlich vorkommenden Uranylcarbonato-Komplexes. Wasser des Venoge Feder hartem Wasser mit hoher Carbonatkonzentration und sehr niedrige NOM Gehalt (etwa 1 ppm).

Abbildung 1
Abbildung 1. Diffusionszelle für Experimente an Pu Diffusion durch die PAM-Gel verwendet wird. Die Nut Dicke von 0,5 cm, die Rillentiefe 0,39 mm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2. Snapshot der für die Berechnung des Diffusionskoeffizienten verwendet Excel-Arbeitsblatt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 3
Abbildung 3. Großflächige DGT Einrichtung zur Umwelt Pu Artbildung Messungen Teile der DGT-Gerät. - Die Bodenplatte und der Deckrahmen -. Auf der linken Seite, der Montage mit Rundlöcher auf der rechten Seite dargestellt Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version zu sehen dieser Figur.

Figur 4
Abbildung 4. DGT Sampler-Geräte in der Halterung fixiert (links) in der Venoge spri ausgesetztng (rechts) für Pu Bioverfügbarkeit Messungen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 5
Figur 5. Plot der 239 Pu in B Abteil der Diffusionszelle in unterschiedlicher chemischer Umgebung diffundiert. Experimental Datenpunkte für 239 Pu (IV), und 239 Pu (V), bzw. in MOPS-Puffer als auch für 239 Pu (IV) - 239 Pu (V) gemischt Spezies (35% ± 10% des Pu (V)) in Gegenwart von HA. Die für 239 Pu (IV) -HA gezeigten Linie wurde mit einem Diffusionskoeffizienten von 0,50 × 10 -6 cm 2 s -1 zuvor 10 bestimmt, berechnet. Diffusionskoeffizienten aus Gleichung 1 berechnet werden,: Pu (IV) in MOPS-Puffer - 2,29 × 10 -6 cm 2 s -1, Pu (V) in MOPS-Puffer - 3,50 × 10 -6 cm 2 s -1, Pu (IV) - Pu (V) mit HA - 0,92 × 10 -6 cm 2 s -1. Von oben nach unten: Pu (V) in MOPS-Puffer (offener roter Kreis), Pu (IV) in der MOPS-Puffer (blau offene Dreiecke), Pu (IV) - Pu (V) in Gegenwart von 20 ppm HA (grün offene Quadrate), Pu (IV) in Gegenwart von 20 ppm HA (braun offene Rauten). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Probentyp Anzahl der Messungen 239 Pu-Konzentration, μBq L -1
Großwasser 2 1,9 ± 0,55
DGT 0,39 mm 2 1,74 ± 0,9
DGT 0,78 mm 1 1,79 ± 0,9

Tabelle 1 Repräsentative Ergebnisse für 239 Pu-Messungen von AMS in der Masse Wasser und DGT Samplern. 239 Pu in der Wassermasse wurde aus 20 l Wasser copräzipitierten mit Eisenhydroxiden, auf der Aktiniden-spezifische Austauschharz extrahiert und durch AMS gemessen . 239 Pu Konzentrationen für DGT Messungen berechnet unter Verwendung von Gleichung 2 und der Diffusionskoeffizient für die Pu (IV). Unsicherheiten für k = 2; u (95).

Discussion

Die für Experimente mit Pu Verwendung einer Diffusionszelle hier beschriebenen DGT Methodik liefert eine zuverlässige Vorgehensweise für verschiedene Untersuchungen an Pu Redoxspezies und deren Wechselwirkungen mit organischen Molekülen, kolloidalen Partikeln und simulierten Umwelttechnik. Weitere Anwendungen dgts für Umweltmessungen von Pu zu unserem Verständnis der Bioverfügbarkeit und das Schicksal dieser Radionuklide in aquatischen Ökosystemen beitragen.

Labor-Diffusionsexperimente

Um eine erfolgreiche Diffusionsexperiment mit aussagekräftigen Schlussfolgerungen zu Pu Mobilität und Interaktion zu einem bestimmten chemischen Umgebung durchführen, gut definierten und kontrollierbaren Bedingungen vorzulegen. Die Einstellung der Pu Oxidationsstufen vor dem Versuch wesentlich ist, die die Interpretation der Daten zu vereinfachen, sowie um verschiedene Stoffkreisverhalten der Pu Redoxspezies simulieren. Die Empfindlichkeit Pu SpeziespH-Schwankungen macht Puffern der Lösungen ein Muss. Besondere Aufmerksamkeit sollte der Diffusionszelle Eigenschaften und die Einrichtung gezogen werden: die Verwendung von nicht-sorbierende Teflon Polymermaterial vermeidet Adsorption an den Zellwänden und ermöglicht eine robuste Montage dicht Verlust vermieden Pu diffundiert Lösungen während des Experiments.

Die anfängliche Konzentration Pu in die Kompartimente sowie das Abtastintervall eingeführt und das Volumen jeder Probe während des Diffusionsexperiment genommen abhängig von der Analysemethode im Laboratorium. Beliebige verfügbare analytische Verfahren zur Bestimmung von Pu-Konzentration in den Proben aus der Diffusionszelle, aber diese Wahl ist fest mit der Ausgangsaktivität von Pu für das Experiment nicht gebunden werden. 10 von 239 Bq Pu, wie in diesem Protokoll empfohlen (was 100-140 mBq ml -1 oder ~ 2 × 10 -13 mol ml -1) sind ausreichend, um genug Sensibilität für Measurem liefernents durch Alpha-Spektrometrie und in der Regel nicht stellen besondere Anforderungen an Strahlenschutzbestimmungen. Die Anfangskonzentration von Pu kann reduziert werden, wenn andere, empfindlichere Analysetechniken sind für Pu Bestimmung (zB Massenspektrometrie) zur Verfügung. Abtastintervall für jede Diffusionsexperiment ausgewählt werden, abhängig von Pu Anfangskonzentration, und die erwartete Rate der Diffusion durch den PAM-Gel. Trotz der Tatsache, dass die Aliquote von Diffusionsexperimenten keine anderen Bauteile als Pu Radionuklide enthalten, kann die Anwesenheit von Mineralsalzen und der MOPS-Puffer mit Analysenverfahren stören, wodurch die Effizienz und die Genauigkeit der quantitativen Analyse. Daher ist es vorzuziehen, um eine chemische Trennung von Pu an diesen Proben durchzuführen.

Die Diffusionszelle liefert den besten Ansatz zur Diffusion in der PAM Gel zu untersuchen, da das Gel direkt zu einer gut gerührten Lösung ausgesetzt. Somit werden die Wirkungen der diffusive boundary Schicht (DBL) in der Gel-Oberfläche werden als vernachlässigbar angesehen. Gutem Rühren der Lösungen während einer Diffusionsexperiment ist wichtig, so dass für die Minimierung der DBL-Effekte. In der gleichen Zeit, sollte man sich sorgfältig um die PAM-Gel nicht stören fortzufahren.

Studium der Pu Bioverfügbarkeit in natürlichen Süßwasser

Die Ergebnisse dieses Protokoll zeigen, dass die Messung von Plutonium mit DGT-Geräte stellt ein effizientes Instrument, um die Bioverfügbarkeit von Plutonium in Süßwasser untersuchen produziert. DGT Messungen ergeben Zeit-Durchschnittskonzentration von freien und labile Spezies, die beiden wichtigsten Formen für die biologische Aufnahme von lebenden Organismen. Zusätzlich kann die Kinetik der Wechselwirkung von Pu mit organischen Stoffen unter Verwendung von Gelen unterschiedlicher Dicke untersucht werden. Die benötigte Zeit für Pu-NOM Spezies durch das Gel diffundieren für die labile Komplexe dissoziieren können. DGT Messungen b ergänzt werdeny Ultrafiltrationstechniken, die den Prozentsatz der Pu kolloidale Spezies oberhalb einer bestimmten Größe (zB 8 kDa) erhalten wird. Pu kolloidale Spezies sind in der Regel als nicht-bioverfügbare Spezies angesehen und sind Teil des Pu-Fraktion nicht messbar mit DGT.

An diesem Punkt wurden die DGT-Geräte nur im Süsswasser einer Karstquelle des Schweizer Jura im Einsatz. Geringe Umwelt Konzentrationen von Pu erfordern eine Langzeitbereitstellung von DGT Vorrichtungen, die potentiellen Nachteile auftreten können. Biofouling der DGT Oberfläche stellt einen bedeutenden Nachteil, die Erhöhung der DBL Dicke und damit den Fluss von Pu Begrenzung durch die PAM-Gel. Verbindliche Phase der dgts in Meeresgewässern oder Wasser der hohen Mineralisierungs ausgesetzt rasch mit anderen Spurenmetallen gesättigt, missachtet die Daten für die Anreicherung von Pu. Spurenbestimmung von Umwelt Pu erfordert eine gründliche radiochemischen Trenn und sehr empfindlichen analytischen Methoden. AMS-Messungs in der Anwendung dieses Protokolls sind nicht allgemein verfügbar sind, können aber durch andere massenspektrometrische Techniken ersetzt werden. Jedoch ist eine rigorose radiochemischen Trenn notwendig, die isobare Interferenzen 238 UH von natürlich vorkommenden Uran beseitigen.

Gleichung 2 zeigt, dass die Größe der DGT Vorrichtung ist ein wesentlicher Parameter, der abgestimmt werden kann, um die Menge der akkumulierten Pu während einer bestimmten Einsatzzeit zu erhöhen. Kommerzielle Gelstreifen sind nur mit einer maximalen Fläche von 6 cm x 22 cm erhältlich. Daher hat das Fenster des DGT Sampler bis 105 cm 2 (5 cm × 21 cm) erhöht wurde, es möglich wird, genug von Pu Spezies relativ kurzen Einsatzzeiten zu akkumulieren. Die Montage einer solchen DGT Sampler erfordert Präzision und besonderer Berücksichtigung der PAM Gelfolie Eigenschaften, während die Manipulation. Es ist von grundlegender Bedeutung, um eine homoge bereitzustellen, um Gel-Schichten in eine glattflächige gleichmäßige "Sandwich" zu montierenzeitigen Fluss von Pu Arten aus der Wassermasse durch den diffusiven Gel. Gute Wasserströmung am DGT Oberfläche ist auch ein wichtiger Parameter, aber es wird hauptsächlich von der Strömungsverhältnisse im Grundwasserleiter bestimmt. Es wird empfohlen, DGT Vorrichtungen für Pu Messungen bei etwa 45 ° gegenüber der Richtung der Wasserströmung, um eine stabile Wasserversorgung bereitzustellen, und die Wirkungen der DBL minimieren platzieren.

Diffusionskoeffizienten in der Gleichung 2 verwendet muss korrigiert werden, wenn die Temperatur in dem untersuchten Körper von Wasser unterscheidet sich von der Temperatur, bei der die Diffusionskoeffizienten bestimmt. Temperatureffekte auf der Diffusionskoeffizienten durch Stokes-Einstein-Gleichung (Gleichung 3) gegeben:
Gleichung 3 (3)
wobei D 1 und D 2 sind Diffusionskoeffizienten (cm 2 s -1) ist, η 1 und η 2 Viskositäten (mPa s) von water bei den Temperaturen T 1 und T 2 (K) sind.

Derzeit gibt es keine Methode, um Pu Speziation unberührten Umgebung zu untersuchen, mit Ausnahme von thermodynamischen Berechnungen, basierend auf, beispielsweise pH- und Redox-Parametern. Diese Parameter sind nur für Makrokomponenten, wie Carbonate, Eisen- oder Mangankationen erhältlich. Somit wird Pu Speziation von diesen messbaren Spezies stammen, aber nicht eine "echte" Mess darzustellen. Hier denken wir, dass die Diffusion in dünnen PAM Gelfilm Technik, wie in diesem Papier ist ein wichtiger Schritt in der Auflösung des Pu Artbildung Problem, weil es erlaubt die Messung in situ frei und labile Spezies und gegebenenfalls Verbriefung Plutonyl Arten. Obwohl nur wenige DGT Messungen der Umwelt Pu in Binnengewässern wurden bisher durchgeführt, werden die Ergebnisse ermutigend für weitere Anwendungen der DGT Technik zur Pu Speziation und Bioverfügbarkeit.Deployment von dgts in organischen reichen Gewässern potenziell liefern wichtige Informationen über Pu Mobilität und Wechselwirkungen in Gegenwart von NOM-Moleküle. Interessante Ergebnisse sollten von DGT Messungen in verschmutzten Meeresumgebungen, wie beispielsweise die Küstenmeere um die Wiederaufbereitungsanlage Sellafield und der beschädigten Fukushima Daiichi Kernkraftwerk erwarten.

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

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References

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Engineering Ausgabe 105 Plutonium Bioverfügbarkeit DGT AMS Speziation Huminsäuren NOM Radionuklid Radioaktivität
Speziation und Bioverfügbarkeit Messungen der Umwelt Plutonium Mit Diffusion in dünnen Schichten
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Cusnir, R., Steinmann, P., Christl, M., Bochud, F., Froidevaux, P. Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films. J. Vis. Exp. (105), e53188, doi:10.3791/53188 (2015).

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