Chemistry

ההפרדה Sr אוטומטי ⁹⁰ו- Preconcentration במערכת המעבדה-על-שסתום ברמה Ppq

Published: June 6, 2018 doi: 10.3791/57722

Victor Vicente Vilas¹, Sylvain Millet¹, Miguel Sandow¹, Laura Aldave de las Heras¹

¹Directorate G - Nuclear Safety & Security, Unit G.III. 8 - Waste Management, European Commission, DG Joint Research Centre - JRC

Summary

כאן, אנו מציגים את הפלטפורמה autoRAD נייד מהיר ההפרדה רדיומטרי והנחישות של ⁹⁰Sr, מוצר ביקוע חשוב מאוד הקשורה פסולת גרעינית.

Abstract

מערכת מהירה, אוטומטית ונייד ההפרדה והנחישות של radiostrontium בדגימות מימית, באמצעות Sr-שרף ורב רציפים הזרקת ניתוח תזרים, פותחה. הריכוזים של סטרונציום רדיואקטיבי נקבעו על ידי זרימה נצנוץ ספירה, המאפשר קביעת ופשוט, גם באתר. המערכת המוצעת ניתן לקבוע סטרונציום רדיואקטיבי ברמות הרלוונטיים תעשייתי ללא שינוי נוסף באמצעות הזמן הכולל ניתוח של פחות מ- 10 דקות לכל דגימה מימית. המגבלה של הזיהוי הוא 320 fg·g^-1 (1.7 Bq/g).

Introduction

כ-150 תחנות כוח גרעיניות מסחרי (NPP) עוברים פירוק, אך המספר הכולל של מתקני הגרעין היא הרבה יותר גדולה אם שהוכתבו מתקנים ומחקר נלקחים בחשבון¹. פירוק של מתקני הגרעין יקר מאוד כרוך תחבורה והנחה באתר המדידה של חומר מזוהם. חיסכון אפשריים על ידי אימוץ טכניקות מדידה באתר וגמיש¹. לכן יש צורך דחוף מהירה על שיטות אנליטיות אתר המשנה את פירוק של מתקני הגרעין הישן. גמא-פולטים יכול בקלות, באופן סלקטיבי להיקבע באמצעות גמא-ספקטרוסקופיה, אבל יש מחסור בשיטות אנליטיות באתר radionuclides (HTM)²קשה למדוד. בין HTM, ⁹⁰Sr הוא עניין רב בשל שלה רעילות פליטת אנרגיה גבוהה. נחישותה הוא זמן רב ודורש את ההפרדה בין הפרעות כימות באמצעות ה-LSC או שיטות ספקטרוסקופיות³^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷^, ⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹²^,¹³.

בשיטות הרגילות רדיוכימי זמן רב, לעיתים קרובות דורשים חזרות כדי להשיג תשואה נאותה של סטרונציום. לכן, יש צורך דחוף שיטות מהיר ומדויק. מלבד הפרוטוקולים ההפרדה סטנדרטי, זרימה הזרקת טכניקות מוחלים טיהור ו/או ריכוז מראש של רדיואיזוטופים⁵^,¹⁴^,¹⁵. המעבדה-על-שסתום (ביחסי אהבה) התקני הם התפתחות נוספת בטכניקות זרימה. הם פלטפורמות לתכנות, המבוססים על זרימה עם מצבי צימוד שונה, התערוכה רב-תכליתיות¹⁶. מכשירים כאלה מאפשרים הפרדה אוטומטית של טרום ריכוז analytes לפני הגילוי, ובכך מגדילים הפארמצבטית והדיר⁸^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹. מערכות ביחסי אהבה מצמידים משאבות זרימת multisyringe היה בשימוש נרחב לאיתור radionuclides, עקב צמצום הצריכה ריאגנט ופסולת דור⁸^,¹⁰^,¹⁷^, ¹⁸ ^, ¹⁹ ^, ²⁰. עם זאת, דיווח על מחקרים לגבי זיהוי מקוון ברמות אולטרה-מעקב הם דלילים⁸^,¹⁷.

מדידות באתר של חומרים רדיואקטיביים יש הטבות ויתרונות רבים, אבל יש אין יישום של נצנוץ זרימה על ⁹⁰Sr ניטור. בעיקרון, כימות מושגת באמצעות גלאי באינטרנט שמשלב את eluate מגיע המכשיר ביחסי אהבה עם מבריק קוקטייל¹¹^,²¹^,²². התערובת נשאבים ואז דרך התא ספירה, מדידה הוא עשה שימוש photomultipliers לזווג. מפאת הכמות קטנה של התא, הפעם המדידה היא בסולם שניות.

מטרת מחקר זה היא הפיתוח של שיטת סטרונציום בעזרת זיהוי אוטומטי לחלוטין על טווח עבודה גדולים, המכסים בשני ריכוזים רלוונטי לסביבה, גם אלה נמצאו זרמי פסולת התעשיה הגרעינית. פלטפורמת הניידים, יכול להיות מותקן ברכב לביצוע ניתוח באתר של דגימות מימית.

Protocol

הערה: פתרונות הוכנו מן המים טוהר גבוהה (18.2 MΩ ס מ) באמצעות התקנים שנועדו לצורך ניתוח ultratrace. חומצה חנקתית היה טהור באמצעות קוורץ רותחים תת יחידה זיקוק. מערכת טיהור מים והן זיקוק רותחים תת היחידה הפעילה בחדר נקי.

זהירות: ⁹⁰Sr היא בחריפות רעילים ומסרטנים. נוהלי בטיחות המתאים חיוניים בעת ביצוע הניסויים, כולל הנדסת מערכות בקרה וציוד מגן אישי.

1. ניסוי הכנה

הערה: תיאור מפורט לגבי הארכיטקטורה תוכנה ופונקציונליות שלה ניתן למצוא במקום²³.

להתחבר מודולרי מיקום שסתום היציאה יציאת הפוסט של הגלאי זרימה רדיו.
לחבר את הקו הדק גלאי שנבחרו.
ודא כי היציאות ביחסי אהבה מחוברים כראוי. ודא כי אמצעי אחסון נאותים של פתרונות עבודה זמינים עבור פרוטוקול כולו כי דגימה נוזלית אבובים יישאר מימיות.
להבטיח מזהמי מזון על הפעלת התוכנה תעשיה, באמצעות ממשק התוכנה, לאתחל את מזהמי מזון. לחץ על לחצן אתחול כדי להפיק את התקשורת בין המנגנון ה-PC.
להבטיח שהתוכנה AutoRAD החלה, בדוק את יציאות תקשורת באמצעות הכרטיסייה ' אפשרויות ', לאתחל את התוכנה באמצעות ממשק המשתמש. עיין בסעיף ' דיון לקבלת פרטים נוספים לגבי הממשק הגרפי של התוכנה.
ודא כי הרצף ניתוח מתוכנת בתוך הגלאי תוכנה. מרכז תוכנית רצפים באמצעות הכרטיסיה עורך שיטות בתוכנת AutoRAD, על-ידי הזנת את מספר השלבים הדרושים משימות ואת מהירות עבור כל התקן.
הערה: ניתן למצוא תיאור מפורט של פעולת תוכנת הפרסום הקודם²³.
התייעץ השוטר המקומי המכון להגנת ולהעסיק את המידות המכון להגנת לצורך ההליך מלאה באמצעות ⁹⁰האב

2. מערכת ניקוי

לטעון 10 מ"ל של 18.2 MΩ ס מ מים מן הבקבוק המזרק-90 mL·min^-1. ודא כי המיקום שסתום מזרק מוגדר למיקום בשלב זה. בתנוחה זו, מתרחשת הטעינה ישירות אל המזרק לא דרך ביחסי אהבה.
הורד את המים אל הפסולת דרך הסליל אחזקות בספיקה של 90 mL·min^-1.
לטעון 3 מ"ל של אתנול לסליל אחזקות בספיקה של 3 mL·min^-1. הגדר את מיקום שסתום המזרק החוצה.
ירידה האתנול לסליל גלאי בספיקה של 3 mL·min^-1.

3. לטעון לשרף אוהבי עדיי

תוך כדי ערבוב את המתלים שרף במים (12 mg·mL^-1), לאסוף 3 מ ל דרך ביחסי אהבה. הגדר את הזרימה 3 mL·min^-1
ולשחרר את המתלים שרף לתוך התעלה עמודה בספיקה של 1.2 mL·min^-1
לנקות את הגליל אחזקות ושחרר את שאריות שרף על הערוץ עמודה. בשביל זה, טען 9 מיליליטר 18.2 MΩ ס מ מים מן הבקבוק כדי המזרק בספיקה של 90 mL·min^-1. ודא כי המיקום שסתום מזרק התנוחה . הורד את המים אל הפסולת דרך הסליל אחזקות בספיקה של 3 mL·min^-1.

4. ניתוח רצף

עמודה מיזוג
1. לטעון מ 2 ל עב ס₃ (4 מ) דרך ביחסי אהבה לסליל אחזקות. הגדר את הזרימה 6 mL·min^-1.
2. זרוק את עב ס₃ אל העמודה בספיקה של 1.2 mL·min^-1.
לדוגמה וטעינה של חיסול של הפרעות
1. לטעון מדגם (1.3 מ"ל) מ תעשיה לסליל אחזקות בספיקה של 6 mL·min^-1.
2. זרוק את הדגימה אל העמודה בספיקה של 1.2 mL·min^-1.
3. לטעון 0.5 מ ל עב ס₃ (4 מ) הגליל אחזקות בספיקה של 6 mL·min^-1.
4. יש לשטוף את העמודה עם 0.5 מ ל עב ס₃ (4 מ) כדי elute מטריקס הפרעות בקצב הזרימה של 1.2 mL·min^-1.
• תנאי של המדגם, מדידה
1. לטעון 5 מ ל מים ס מ MΩ 18.2 הגליל אחזקות בספיקה של 6 mL·min^-1.
2. תפעיל את הגלאי. הגדר את קצב זרימת הנוזל נצנוץ mL·min 2^-1 בתוכנה גלאי. הגדר להתעכב 10 s. הגליל לדוגמה יש נפח של 2 מ.
3. יש לשטוף את העמודה.
שטיפה של המכשיר מדגם והחזקת סליל
1. לטעון 0.6 מ"ל עב ס₃ (1%) הגליל אחזקות בספיקה של 6 mL·min^-1.
2. לטעון 0.6 מ"ל של אוויר לסליל אחזקות בספיקה של 6 mL·min^-1.
3. פריקה 1.2 מ של התערובת את הפסולת.
החלפת שרף
1. לטעון 0.2 מ"ל אתנול לסליל אחזקות בספיקה של 3 mL·min^-1.
2. יש לשטוף את העמודה עם 0.2 מ"ל אתנול בספיקה של 1.2 mL·min^-1.
3. לרוקן את הערוץ עמודה עם 0.5 מיליליטר מים בספיקה של 0.45 mL·min^-1.
4. פרוק לשרף בשימוש הפסולת.

Representative Results

פלטפורמת AUTORAD ממוחשב המופעל על ידי תוכנה מבוססת-LabVIEW תוצרת בית כבר פיתח, מיושם (איור 1). התוכנה מאפשרת גמישות מספקת לתפעול יומיומי בסביבה ידידותי למשתמש (איור 2). צדדיות של פלטפורמת הוכח גם על ידי צימוד זה כדי הגלאים השונים (איור 3). תחולתה של השיטה הוכח בדגימות מימית עם⁹⁰Sr סטנדרטי (איור 4). הפרמטרים ליניאריות, טווח ליניארי, גבול של זיהוי (לוד), הדיר היה מוערך (איור 5).

איור 1. ייצוג סכמטי של מערכת AutoRAD מציג את תצורת יציאה, ריאגנטים בשימוש. הנמל המרכזית מחובר את משאבת מזרק דרך הסליל אחזקות (10 מ ל); methacrylate ביחסי אהבה היה מפוברק בבית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

באיור 2. תוכנה AutoRAD אפשרויות תפריט. האזור בפינה הימנית התחתונה מציגה את היציאות מוקצות. באמצעות הגלילה למטה בתפריט, המשתמש הוא מסוגל לבצע שינויים במשימה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 3. ⁸⁶ Sr • תנאי פסגות באמצעות ספקטרומטר מסה של פלזמה Inductively בשילוב (ICP-MS) כמו גלאי. סטרונציום הוא eluted באופן כמותי מהעמודה במהלך ה-100 הראשונים s של • תנאי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

באיור 4. 34.5 ± 1 Bq ⁹⁰Sr (6.6 pg·g^-1) • תנאי שיא באמצעות ß-ראם 5 כמו גלאי. הפעם בית הסליל גיל 40 s. שיעור ההחלמה הכוללת המתודולוגיה המוצעת עבור ⁹⁰Sr הוא 70% ± 5%. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 5. עקומת כיול עבור קצב הספירה לעומת ריכוז radiostrontium. ליניאריות טובה הושג (R² = 0.997). המגבלה זיהוי מחושב כמו fg·g 320^-1 ± 5 (1.7 Bq) על ידי שלוש נקודה שלוש פעמים סטיית התקן של הריק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Discussion

אפיון רדיולוגי והגנה הן בעיות קריטיות במהלך כל שלבי מחזור החיים, מתקן גרעיני. הצורך של רדיונוקלידים נחישות במהלך פירוק של מתקני הגרעין דורש שיפור מתמיד של תהליכים אנליטיים. זה כרוך של השיפור של סלקטיביות, רגישות, קיצור הזמן ניתוח. האבטיפוס AUTORAD מממש דרישות אלה. בנוסף, האב-טיפוס הוא נייד ומאפשר נחישות באתר. השיטה המוצעת הופך אוטומטית הוחל בהצלחה מצפני ⁹⁰Sr פעילות בדגימות מימית.

איור 1 מציג תרשים סכימטי של מערכת AutoRAD. תקשורת עם האבטיפוס הושג באמצעות שפת תכנות גרפי מסחרי LabVIEW 2014. מצב ארכיטקטורת תוכנה כלי נגינה וירטואלי (ויזה) להגדרת התצורה, תכנות ולשליטה ממשקים נפרס. איור 2 מציג את המסך ממשק משתמש גרפי איפה תצורת היציאה יכול לאמת לפני אתחול המערכת. מצב ויזה הוא עצמאי על מערכת ההפעלה ועל הסביבה תוכנית, ולכן הוא מספק רב-תכליתיות יוצאת דופן. המבנה הבסיסי ואת התכונות של התוכנה המפותחות דנו רבות הפרסום הקודם²⁴. שיפורים הושגו על ידי שליטה על ביורטות על-ידי המחשב באמצעות ממשק RS232, ובכך מאפשר בקרה משופרת על שני ביורטות בו זמנית וכן את האפשרות לבצע מדידות במצב עצירה זרימה. לעומת זאת, החיבור RS232 מגיב במהירות כאשר מגביר המערכת backpressure. זה יכול להוביל שגיאת מערכת ומדידה לעצור. לכן, תשומת לב מיוחדת יש לשלמם בתהליך של שרף טוען וכוח יוניים של הדגימות.

אופטימיזציה של התנאים ניסיוני הושג סדרה של ניסויים באמצעות איזוטופ יציב סטרונציום ⁸⁶Sr בתור פונדקאית בגלל ה רדיואקטיבי ⁹⁰Sr ועל-ידי התאמת המערכת AUTORAD של ICP-MS מאשר של detctcor בטא מערכת. איור 3 מראה ICP-MS ⁸⁶Sr • תנאי פרופילים. The שהושג ⁸⁶Sr • תנאי פרופילים הן בהסכם מלא עם תוצאות שדווחה בעבר סטרונציום הכולל שימוש בלחץ נמוך ההפרדה התקנים²⁵, היה ריק המופחת. שיטת הריבועים הפחותים רגרסיה ליניארית שימש ליצירת התאמה עבור העקומה מטרה אשר לא להציג את מרכיב נוסף אי ודאות. ליניאריות שהושג היה 0.995, עם p-ערכים פחות רמת המובהקות. לוד של 2 pg·g^-1נקבע על ידי מדידות חוזרות של הריק על פי קורי²⁶. הפארמצבטית של השיטה, בהתבסס על סטיית התקן היחסי של האזור שיא מחושבת על בסיס שלושה, סיבובים חוזרים ונשנים, תמיד היה פחות מ- 4% בטווח של 10 עד 120 pg·g^-1. הכתף עדים הפרופילים • תנאי סביר להניח חפץ עקב אריזה בלתי אופטימאליים של העמודה בתצורה AUTORAD אוטומטית.

איור 4 מראה ⁹⁰Sr פרופיל משתמש הגלאי זרימה רדיו. מערכת AUTORAD היא מסוגל להפריד ביעילות ⁹⁰Sr בדגימות מימית.

איור 5 מראה שהתלות של ⁹⁰Sr ריכוז עם האות היא לינארית בטווח של ריבית. המגבלה הנגזר לאיתור נמצא fg. טווח^-1 גרם, הפיכת, ללא שינוי נוסף, הקביעה של radiostrontium ב פירוק גרעיני ודוגמאות אפיון הפסולת. הפארמצבטית של השיטה, באמצעות גלאי נצנוץ זרימה, המבוסס על סטיית היחסי של אזור הפסגה, נמצא במרחק של-30% בטווח ריכוז למד. הסידור הנוכחי של האב-טיפוס, לעומת זאת, מגביל את תחולת דגימות הסביבה, בעיקר בשל הזמן הקצר לספור את הגלאי. יתר על כן, מורכבים מטריצות אולי להרוות את השרף בעמודה מיני.

הטכניקה זרימה עצר, איפה המילטון ורדיו זרימה גלאי משאבת מופסקים במהלך המדידה, תיושם. תכונה זו תשפר את הרגישות על-ידי הרחבת הזמן מגורים בחלקו הגדול של אזור הדגימה בתוך התא זרימה. לפיכך, אות משמעותי מבחינה סטטיסטית הוא acculated לפני המדגם היציאות הגלאי. גישה זו תשפר את הסטטיסטיקה הספירה והן למגבלות זיהוי. בנוסף, יישום חדש מפותח כולל עמודת מיני יונים נוספים עבור הסרת רכיבים מטריקס העלולה להשפיע על השמירה והפרדה של radionuclides שונים בדגימות matric מורכבים.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים רוצה aknowledge של עמיתים; אנשים המעורבים השלבים השונים של הפרויקט. העמיתים בקרלסרוהה נוסד עיצוב המשרד, מסרס דיטריך Knoche ו ארנסט Volkmar, ב נוסד קרלסרוהה סדנת מסרס הנוצרית Diebold ו יואכים Küst בעיצוב וייצור של המעבדה על שסתום (ביחסי אהבה) רב-שימושי רינגוולד GmbH עבור תוכנת יישום הטכניקה מצב זרימה עצר לזיהוי.

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