Summary
Здесь мы представляем портативный autoRAD платформу для быстрого радиометрических разделения и определение 90Sr, важным деления продукт весьма уместным для ядерных отходов.
Abstract
Быстрый, автоматизированный и портативные системы для разделения и определение радиостронция в водный образцов, с помощью анализа инъекции Sr смолы и multi последовательного потока, был разработан. Концентрации радиоактивного стронция определялись потока сцинтилляция подсчитывая, позволяя для определения он-лайн и также на территории отеля. Предлагаемая система может определить радиоактивный Стронций промышленных соответствующих уровнях без дальнейших изменений, используя общее время анализа менее 10 мин на водный сэмпл. Предел обнаружения-320 fg·g-1 (1.7 БК/г).
Introduction
Около 150 коммерческих атомные электростанции (АЭС) подвергаются эксплуатации, но общее количество ядерных объектов является гораздо больше, если принять во внимание1исследования и переработке. Эксплуатации ядерных установок является очень дорогостоящим и включает в себя транспорт и покинуть сайт измерения загрязненного материала. Экономия возможна путем принятия измерения на месте и гибкие методы1. Поэтому существует настоятельная необходимость быстрого на сайте аналитические методы, поддерживающие вывода из эксплуатации старых ядерных объектов. Гамма излучателей могут быть легко и выборочно определяется с помощью гамма спектроскопии, но есть недостаток в отеле аналитических методов для поддающихся измерению радионуклидов (HTM)2. Среди HTM, 90Sr представляет большой интерес из-за своей токсичности и высокой энергии выбросов. Его решимость отнимает много времени и требует разделения от помех и количественной оценки, использование центра помощи Lexmark или спектральные методы3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13.
Стандартные методы радиохимической много времени и часто требуют повторений для получения адекватного доходность стронция. Таким образом существует настоятельная необходимость для быстрее и точных методов. Помимо стандартных разделение протоколов поток инъекций методы применяются в очистки и/или предварительным концентрированием радиоизотопов5,14,15. Лаборатории на клапан (LOV) устройства являются дальнейшее развитие методов потока. Они являются программируемые, на основе потока платформы с режимами различных сцепления и проявляют высокую универсальность16. Такие устройства позволяют автоматическое разделение и предварительным концентрированием аналитов до обнаружения, тем самым увеличивая повторяемость и воспроизводимость8,17,18,19. LOV систем в сочетании с multisyringe потока насосов широко использовались для обнаружения радионуклидов, благодаря минимизации потребления химреагентов и отходов поколение8,10,17, 18 , 19 , 20. Тем не менее, сообщили исследования относительно онлайн обнаружения на ультра трассировки уровнях являются разреженными8,17.
На месте измерения радиоактивных материалов имеют много выгод и преимуществ, но есть не применение сцинтилляционные потока 90Sr мониторинга. В основном количественная оценка достигается с помощью онлайн детектор, который смешивает элюата, поступающих от устройства LOV с мерцающим коктейль11,21,22. Смесь перекачивается через подсчета клеток и измерение производится с помощью парных photomultipliers. Из-за небольшого количества клеток время измерения находится в шкале секунд.
Целью данного исследования является разработка полностью автоматизированный метод для обнаружения on-line стронция над большой рабочий диапазон, охватывающий оба экологически значимых концентрациях, а также те нашли в потоки отходов атомной промышленности. Платформа мобильных и может устанавливаться на транспортном средстве для выполнения на местах анализа водных проб.
Protocol
Примечание: Решения были подготовлены высокой чистоты воды (18,2 см MΩ) с помощью устройств, предназначенных для ultratrace анализа. Азотная кислота был очищен с помощью кварц югу кипения дистилляции единицы. Системы очистки воды и югу кипящей дистилляции подразделения действуют в чистой комнате.
Предупреждение: 90Sr остро токсичными и канцерогенными. Практика безопасности необходимы при выполнении экспериментов, в том числе инженерных систем управления и средств индивидуальной защиты.
1. эксперимент подготовка
Примечание: Подробное описание относительно архитектуры программного обеспечения и его функций можно найти в других местах23.
- Подключите порт выхода модульные клапан позиции к порту вход детектора поток радио.
- Подключите к выбранной детектор линии триггера.
- Убедитесь, что порты LOV подключены правильно. Убедитесь, что адекватные объемы рабочие решения для всего протокола и что жидких проб трубы останется погруженной.
- Убедитесь, что автоматический пробоотборник на, запустите программу Автоматический пробоотборник и через интерфейс программного обеспечения, инициализировать Автоматический пробоотборник. Нажмите кнопку инициализировать для создания связи между аппаратом и ПК.
- Убедитесь, что запущен AutoRAD программное обеспечение, проверить коммуникационные порты, используя вкладку Параметры и инициализировать программного обеспечения через пользовательский интерфейс. Обратитесь к разделу обсуждения для получения более подробной информации относительно графический интерфейс программного обеспечения.
- Убедитесь, что последовательность анализа запрограммирован в детектор программного обеспечения. Программа vew последовательности, используя вкладку Редактор метода в AutoRAD программное обеспечение, введя количество шагов, необходимых и задачи и скорость для каждого устройства.
Примечание: Подробное описание работы программного обеспечения можно найти в предыдущей публикации23. - Обратитесь к радиационной защите местных сотрудника и использовать радиационной безопасности измерения, необходимые для завершения процедуры, с помощью 90Sr.
2. Система очистки
- Загрузка 10 мл 18,2 см воды MΩ из колбы шприц на 90 mL·min-1. Убедитесь, что положение клапана шприц установлен в положение для этого шага. В этом положении загрузка происходит непосредственно в шприц, а не через лов.
- Капля воды для отходов через проведение катушка со скоростью потока 90 mL·min-1.
- Загрузка 3 мл этанола для проведения катушка со скоростью потока 3 mL·min-1. Задайте положение клапана шприц из.
- Падение этанола к катушке детектора со скоростью потока 3 mL·min-1.
3. загрузить смолы для люби
- Во время перемешивания смолы подвески в воде (12 mg·mL-1), забрать 3 мл через лов. Установите поток-3 mL·min-1
- Капля смолы подвески в столбце канал со скоростью потока 1,2 mL·min-1
- Очистить Холдинг катушки и удалите остатки смолы на канал столбца. Для этого загрузите 9 мл 18,2 см MΩ воды из колбы шприц со скоростью потока 90 mL·min-1. Убедитесь, что в положении в положение клапана шприца. Капля воды для отходов через проведение катушка со скоростью потока 3 mL·min-1.
4. Анализ последовательности
- Колонка принадлежности
- Загрузка 2 мл HNO3 (4 М) через LOV Холдинг катушку. Значение поток-6 mL·min-1.
- Падение HNO3 на столбец со скоростью потока 1,2 mL·min-1.
- Пример загрузки и устранение помех
- Загрузить образец (1,3 мл) из Автоматический пробоотборник для проведения катушка со скоростью потока 6 mL·min-1.
- Перетащите образец на столбец со скоростью потока 1,2 mL·min-1.
- Загрузите 0,5 мл HNO3 (4 М) для проведения катушка со скоростью потока 6 mL·min-1.
- Промойте столбец с 0,5 мл HNO3 (4 М) для элюировать матрица помех на скорость потока 1,2 mL·min-1.
- Элюирующий пробы и измерения
- Загрузка 5 мл 18,2 см воды MΩ Холдинг катушка со скоростью потока 6 mL·min-1.
- Триггер детектора. Установите скорость потока жидкости сцинтилляционные-2 mL·min-1 в программном обеспечении детектор. Установите жить на 10 s. Образец катушка имеет объемом 2 мл.
- Промойте столбец.
- ополаскивание пробоотборник и проведение катушки
- Загрузите 0,6 мл HNO3 (1%) для проведения катушка со скоростью потока 6 mL·min-1.
- Загрузите 0,6 мл воздуха для проведения катушка со скоростью потока 6 mL·min-1.
- Разряд 1,2 мл смеси отходов.
- Замена смолы
- Загрузите 0,2 мл этанола для проведения катушка со скоростью потока 3 mL·min-1.
- Промойте столбец с 0,2 мл этанола на скорость потока 1,2 mL·min-1.
- Очистите столбец канал с 0,5 мл воды при скорости потока 0,45 mL·min-1.
- Разряда используются смолы для отходов.
Representative Results
Полностью автоматизированная платформа AUTORAD, выполняемых домашним LabVIEW ориентированного программного обеспечения был разработан и внедрен (рис. 1). Программное обеспечение позволяет достаточную гибкость для повседневной эксплуатации в удобной среде (рис. 2). Универсальность платформы также продемонстрировала, связывая его с различных датчиков (рис. 3). Применимость метода было продемонстрировано в водный образцы шипами с 90Sr стандарт (рис. 4). Параметры линейности, диапазона линейной, предел обнаружения (LOD) и повторяемость были оценены (рис. 5).
Рисунок 1. Схематически показаны конфигурации порта и реагенты используемые системы AutoRAD. Центральный порт подключен к шприцевый насос через проведение катушки (10 мл); метакрилат LOV было изготовлено в доме. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2. AutoRAD программного обеспечения вариантов меню. Нижнем правом углу области показывает назначенные порты. Через прокрутки вниз меню пользователь имеет возможность внести изменения в назначении. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3. 86 SR элюции пиков с помощью масс-спектрометрия индуктивно связанной плазмы (ИСП-МС) как детектор. Стронций является этого eluted количественно из столбца во время первых 100 s элюции. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4. 34,5 ± 1 БК 90Sr (6,6 pg·g-1) элюции пик с помощью ß-RAM 5 как детектор. Время пребывания в катушке был 40 s. Общий показатель погашаемости предлагаемой методологии для 90Sr-70% ± 5%. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5. Калибровочная кривая для скорости отсчётов против концентрации радиостронция. Хорошая линейность был получен (R2 = 0,997). Предел обнаружения была рассчитана как 320 fg·g-1 ± 5 (1.7 БК) три точки три раза стандартное отклонение заготовки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Discussion
Радиологических характеристик и защита являются важнейшие вопросы на всех этапах жизненного цикла ядерных установок. Необходимость определения радионуклидов во время снятия с эксплуатации ядерных установок требует постоянного совершенствования аналитических процедур. Это влечет за собой повышение избирательности и чувствительность и сокращение времени анализа. AUTORAD прототип отвечает этим требованиям. Кроме того прототип является портативной и позволяет на месте определения. Предложенный автоматизированных он-лайн метод был успешно применен для определения 90Sr активности в водном пробах.
На рисунке 1 показана схема AutoRAD системы. Связь с прототипом была достигнута с помощью коммерческого языка графического программирования LabVIEW 2014. Архитектура программного обеспечения виртуального инструмента (VISA) режим для настройки, программирование и контроль интерфейсов была развернута. Рисунок 2 показывает на экране графического пользовательского интерфейса, где конфигурация порта могут быть проверены до инициализации системы. ВИЗОВЫЙ режим не зависит от операционной системы и программы окружающей среды, поэтому он обеспечивает исключительную гибкость. Базовая структура и особенности разработанного программного обеспечения широко обсуждались в предыдущей публикации24. Улучшения были достигнуты путем контроля бюретки ПК, используя интерфейс RS232, таким образом позволяя усиление контроля обеих бюретки одновременно и возможность для выполнения измерений в режиме остановки потока. Напротив соединение RS232 быстро реагирует, когда противодавление системы увеличивается. Это может привести к ошибки системы и измерение остановить. Таким образом особое внимание должно уделяться в процессе загрузки смолы и ионной силы образцов.
Оптимизации экспериментальных условий был достигнут ряд экспериментов с использованием стабильных изотопов стронция 86Sr как суррогат для радиоактивных 90Sr и AUTORAD система сцепления для ICP-MS, вместо того, чтобы detctcor бета системы. Рисунок 3 показывает ICP-MS 86профилями элюции Sr. Полученные 86Sr профилями элюции в полном согласии с сообщалось ранее результаты для всего стронция, с помощью устройства разделения низкого давления25и были пустые вычитается. Линейной регрессии метод наименьших квадратов был использован для создания подходят для цели кривой, которая не вводить дополнительную неопределенность компонент. Линейность полученные был 0.995, с p-значения меньше, чем уровень значимости. УД 2 pg·g-1был обусловлен повторных измерений заготовки согласно карри26. Воспроизводимость метода, основанного на относительной стандартное отклонение площади пика, рассчитывается на основе трех повторных запусков, всегда был менее 4% в диапазоне от 10 до 120 pg·g-1. Плечо, стал свидетелем в профилями элюции, скорее артефакт благодаря неоптимальные упаковка столбца в автоматизированных AUTORAD конфигурации.
Рисунок 4 показывает 90Sr профиль с помощью детектора поток радио. AUTORAD система способна эффективно отделить 90Sr в водных проб.
Рисунок 5 показывает, что зависимость 90Sr концентрации с сигналом является линейной в круг интересов. Предел обнаружения производных находится в fg. g-1 диапазон, позволяя без дальнейших изменений, определение радиостронция в образцах отходов характеристика и снятия с эксплуатации ядерных. Воспроизводимость метода, используя поток Сцинтилляционный детектор и на основе относительной стандартное отклонение площади пика, составляет около 30% в диапазоне исследованных концентрации. Текущие настройки прототипа, однако ограничивает его применение для проб окружающей среды, главным образом из-за короткое время, подсчет в детектор. Кроме того комплексных матриц может насытить смолы в столбце мини.
Остановить поток техника, где Гамильтон и радио поток детектор насос остановлены во время измерения, будет осуществляться. Эта функция будет улучшить чувствительность, расширяя время пребывания в самой большой частью образца зоны в ячейке потока. Таким образом статистически значимый сигнал является acculated, прежде чем образец выходит из детектора. Такой подход повысит подсчета статистики и пределов обнаружения. Кроме того разрабатывается новое приложение, включая дополнительные ионообменные мини-колонки для удаления компонентов матрицы, которые могут повлиять на сохранение и разделения различных радионуклидов в сложных матричных образцах.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Авторы хотели бы апознанию коллег и людей участвовать в различных этапах проекта. Коллеги в Карлсруэ СИЦ конструкторское бюро, г-н Дитрих Кноче и Фолькмар Эрнест, в СИЦ Карлсруэ мастерская г христианские Diebold и Иоахим Küst для проектирования и производства лаборатории на клапан (LOV) коллектор и Ringwald GmbH для Программная реализация метода режим обнаружения остановить поток.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| microLAB 600 series | Hamilton | ML600EE6910 | Two dual syringe pump system, equiped with two 10 mL glass syringes. The instruments are interconnected using the CAN port (daisy chain). |
| FlowLogic U | LabLogic | SG-BXX-05 | Liquid scintillator with high flash point |
| ß-RAM 5 | LabLogic | flow detector, 2000 μL coiled Teflon flow cell.Software Laura 4.2.8 (LabLogic, England) run on desktop PC and connected to the detector via USB | |
| SC-μ DX Autosampler | Elemental Scientific Instruments (ESI) | ||
| Cheminert selector | Valco Instruments Co. Inc. | in-house made Lab-on-Valve has been mounted on this selector | |
| Modular Valve Positioner (MVP) |
Hamilton | ||
| mini magnetic stirrer | IKA | ||
| Nitric Acid Suprapur 65% | Merck | 1.00441.1000 | purified using quartz sub-boiling distillation unit |
| Sr-resin | Eichchrom Tecnologies, Inc | SR-B100-A | particle size 100-150 µm |
| Water system Elix 3 in combination with Mili-Q Element A10 | Millipore | high-purity water (18.2 MΩ cm) | |
| Sr-90 standard | Eckert & Ziegler | 7090 | Sr-90 concentration 1.915 kBq/g ± 3.0%, reference date 15-May-2016 12:00 PST |
| MLS quartz sub-boiling distillation unit | MLS GmbH | Subboiling unit for the purification of HCl and nitric acid |
References
- Zapata-García, D., Wershofen, H. Development of radiochemical analysis strategies for decommissioning activities. Applied Radiation and Isotopes. 126, 204-207 (2017).
- Hou, X. Radiochemical analysis of radionuclides difficult to measure for waste characterization in decommissioning of nuclear facilities. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 273 (1), 43-48 (2007).
- Chung, K. H., et al. Rapid determination of radiostrontium in milk using automated radionuclides separator and liquid scintillation counter. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 304 (1), 293-300 (2015).
- Desmartin, P., Kopajtic, Z., Haerdi, W. Radiostrontium-90 (90Sr) Ultra-Traces Measurements by Coupling Ionic Chromatography (HPIC) and on Line Liquid Scintillation Counting (OLLSC). Environmental Monitoring and Assessment. 44 (1), 413-423 (1997).
- Grate, J. W., Strebin, R., Janata, J., Egorov, O., Ruzicka, J. Automated Analysis of Radionuclides in Nuclear Waste: Rapid Determination of 90Sr by Sequential Injection Analysis. Analytical Chemistry. 68 (2), 333-340 (1996).
- Holmgren, S., Tovedal, A., Björnham, O., Ramebäck, H. Time optimization of 90Sr measurements: Sequential measurement of multiple samples during ingrowth of 90Y. Applied Radiation and Isotopes. 110, 150-154 (2016).
- Kavasi, N., et al. Measurement of 90Sr in soil samples affected by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 303 (3), 2565-2570 (2015).
- Kołacińska, K., et al. Automation of sample processing for ICP-MS determination of 90Sr radionuclide at ppq level for nuclear technology and environmental purposes. Talanta. 169, 216-226 (2017).
- Lazare, L., Crestey, C., Bleistein, C. Measurement of 90Sr in primary coolant of pressurized water reactor. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 279 (2), 633-638 (2009).
- Mola, M., et al. Determination of 90Sr and 210Pb in sludge samples using a LOV-MSFIA system and liquid scintillation counting. Applied Radiation and Isotopes. 86, 28-35 (2014).
- Plionis, A. A., Gonzales, E. R., Landsberger, S., Peterson, D. S. Evaluation of flow scintillation analysis for the determination of Sr-90 in bioassay samples. Applied Radiation and Isotopes. 67 (1), 14-20 (2009).
- Temba, E. S. C., Reis Júnior, A. S., Amaral, ÂM., Monteiro, R. P. G. Separation and determination of 90Sr in low- and intermediate-level radioactive wastes using extraction chromatography and LSC. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 290 (3), 631-635 (2011).
- Tomita, J., Yamamoto, M., Nozaki, T., Tanimura, Y., Oishi, T. Determination of low-level radiostrontium, with emphasis on in situ pre-concentration of Sr from large volume of freshwater sample using Powdex resin. Journal of Environmental Radioactivity. 146, 88-93 (2015).
- Egorov, O., Grate, J. W., Ruzicka, J. Automation of radiochemical analysis by flow injection techniques: Am-Pu separation using TRU-resin™ sorbent extraction column. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 234 (1), 231-235 (1998).
- Rodríguez, R., Avivar, J., Leal, L. O., Cerdà, V., Ferrer, L. Strategies for automating solid-phase extraction and liquid-liquid extraction in radiochemical analysis. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 76, 145-152 (2016).
- Miró, M., Oliveira, H. M., Segundo, M. A. Analytical potential of mesofluidic lab-on-a-valve as a front end to column-separation systems. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 30 (1), 153-164 (2011).
- Kołacińska, K., et al. Automation of sample processing for ICP-MS determination of 90Sr radionuclide at ppq level for nuclear technology and environmental purposes. Talanta. , (2016).
- Rodríguez, R., Avivar, J., Ferrer, L., Leal, L. O., Cerdà, V. Automated total and radioactive strontium separation and preconcentration in samples of environmental interest exploiting a lab-on-valve system. Talanta. 96, 96-101 (2012).
- Rodríguez, R., et al. Automation of 99Tc extraction by LOV prior ICP-MS detection: Application to environmental samples. Talanta. 133, 88-93 (2015).
- Villar, M., et al. Automatic and Simple Method for 99Tc Determination Using a Selective Resin and Liquid Scintillation Detection Applied to Urine Samples. Analytical Chemistry. 85 (11), 5491-5498 (2013).
- L'Annunziata, M. F. Handbook of Radioactivity Analysis. , Third Edition, Academic Press. 1117-1178 (2012).
- Roane, J. E., DeVol, T. A., Leyba, J. D., Fjeld, R. A. The use of extraction chromatography resins to concentrate actinides and strontium from soil for radiochromatographic analyses. Journal of Environmental Radioactivity. 66 (3), 227-245 (2003).
- Barbesi, D., et al. A LabVIEW®-based software for the control of the AUTORAD platform: a fully automated multisequential flow injection analysis Lab-on-Valve (MSFIA-LOV) system for radiochemical analysis. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 313 (1), 217-227 (2017).
- Barbesi, D., et al. A LabVIEW®-based software for the control of the AUTORAD platform: a fully automated multisequential flow injection analysis Lab-on-Valve (MSFIA-LOV) system for radiochemical analysis. Journal of Radioanalytical and Nuclear. , 1-11 (2017).
- Strahlenschutz, F. f Moderne Routine- und Schnellmethoden zur Bestimmung von SR-89 und SR-90 bei der Umweltüberwachung : Bericht einer Ad-hoc-Arbeitsgruppe des Arbeitskreises Umweltüberwachung (AKU). , Fachverband für Strahlenschutz e.V. (2008).
- Currie, L. A. Limits for qualitative detection and quantitative determination. Application to radiochemistry. Analytical Chemistry. 40 (3), 586-593 (1968).
