Chemistry

自動⁹⁰Sr の分離と濃縮 Ppq レベルで研究室のバルブシステムで

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

⁹⁰Sr、核廃棄物を高度関連の重要な核分裂生成物の迅速放射分離及び定量のためのポータブル autoRAD プラットフォームを紹介します。

Abstract

分離と放射性 Sr 樹脂とマルチ順次フローインジェクション分析、水溶液サンプルでの測定のため、自動化された迅速かつポータブルシステムが開発されました。放射性ストロンチウムの濃度は、オンラインとも敷地内の測定を可能にするフローシンチレーションにより決定しました。提案システムは、試料水溶液あたり 10 分以内の全体的な分析時間を使用してさらに変更することがなく産業の関連するレベルで放射性ストロンチウムを判断できます。検出限界が 320 fg·g^-1 (1.7 Bq/g) です。

Introduction

約 150 の商業原子力発電所 (原子力発電所) を廃止、受けているが、原子力施設の総数は研究および再処理施設の考慮考察¹に場合はるかに大きい。原子力施設の廃止措置は非常に高価と輸送を含み、汚染物質の測定をオフします。敷地内で柔軟な計測技術¹を採用することによりコスト削減が可能です。したがって、古い原子力施設の廃止措置支援サイト分析に関する迅速急務です。ガンマ放射体が選択的に使用して決定されるガンマの分光学、しかし、メジャーハード (HTM) 放射性核種²オンサイト分析方法に不備があります。HTM、間⁹⁰Sr はその毒性と高エネルギー放射のための大きい興味のです。その決定は時間がかかるとの干渉および LSC または分光法³^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷^{を使用して定量化からの分離を必要とします。} ⁸^,⁹^,¹⁰^、¹¹^,¹²^,¹³。

標準的な放射化学方法は時間がかかると、ストロンチウムの十分な収量を得るに繰り返しを多くの場合必要があります。したがって、高精度及び高速化のための緊急の必要性があります。標準的な分離のプロトコルのほか浄化および/または放射性同位元素⁵^,¹⁴^,¹⁵の前濃度流注入手法が適用されます。研究室のバルブ (LOV) デバイスは、フロー技術の発展です。彼らは異なった結合モードでプログラム可能なフローベースのプラットフォームであり、汎用性の高い¹⁶を展示します。このようなデバイスは、自動分離や再現性と再現性⁸^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹が増えて検出前にキレートを許可します。LOV システム multisyringe 流ポンプに結合試薬消費量の最小化のための放射性核種の検出に広く用いられているし、無駄に世代⁸^,¹⁰^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰. それにもかかわらず、超微量レベルでのオンライン検出に関する研究は、スパース⁸^,¹⁷を報告します。

放射性物質の現地測定は、多くの利点と利点が流れシンチレーションの⁹⁰Sr のモニタリングへの適用はありません。基本的には、機知に富んだカクテル¹¹^,²¹^,²²LOV デバイスから溶出液をミックスしたオンライン検出器を用いた定量化を実現します。混合物は数えるセルを励起し、ペアのフォトマルを使った測定。セルの少量のため測定時期は秒スケールです。

本研究の目的は、両方の環境に関連する濃度をカバー広い作業範囲を完全に自動化されたオンラインのストロンチウム検出法の開発、またそれらは原子力産業廃棄物ストリームで発見します。プラットフォームは、モバイルで水性試料のオンサイト分析を実行する車両に搭載することができます。

Protocol

注: ソリューションは、超微量分析のために設計されたデバイスを用いた高純度水 (18.2 MΩ cm) から調製しました。硝酸は、常圧蒸留装置をサブ沸騰水晶を用いた精製しました。水の浄化システムとサブ沸騰の常圧蒸留装置は、クリーンルームで手術しました。

注意: ⁹⁰Sr は鋭く有毒で発がん性です。エンジニアリング・コントロールシステム、個人用保護具など、実験を行う際は、適切な安全対策が不可欠です。

1. 実験準備

注: ソフトウェアアーキテクチャとその機能に関して詳細な説明見つけることができます他の場所²³。

モジュラーバルブ位置の出口ポートをラジオ流れ検出器の入力ポートに接続します。
トリガーラインを選択した検出器に接続します。
LOV ポートが正しく接続されていることを確認します。作業ソリューションの適切なボリュームが全体のプロトコルで使用できる液体サンプリングチューブが水中に残ることを確認します。
オートサンプラーのことを確認、オートサンプラーソフトウェアを起動し、ソフトウェアインターフェイスを介して、オートサンプラーを初期化します。機器と PC 間の通信を生成するための初期化ボタンをクリックします。
AutoRAD ソフトウェアが開始されていることを確認、[オプション] タブを使用して通信ポートをチェックして、ユーザーインターフェイスを介してソフトウェアを初期化します。詳細についてはソフトウェアのグラフィカルなインターフェイスに関する議論を参照してください。
解析シーケンスは検出ソフトウェアでプログラミングされることを確認します。プログラムビューシーケンス AutoRAD ソフトウェアで必要なステップ数を入力して [メソッドエディター ] タブを使用して、タスク、および各デバイスの速度。
注: 以前の文書²³ソフトウェア操作の詳細な説明を見つけることが。
ローカル放射線防護官を相談し、 ⁹⁰の sr を使用して完全な手順に必要な放射線防護測定を採用

2. 洗浄システム

18.2 MΩ cm 水 10 mL をフラスコから 90 mL·min^-1で注射器をロードします。シリンジバルブ位置がこのステップの位置に設定されているを確認します。この位置に注射器に直接、LOV ではなく、読み込みが行われます。
90 mL·min^-1の流量に保持コイル経由で無駄に水をドロップします。
3 mL·min^-1の流量に保持コイルにエタノールの 3 mL をロードします。うちに注射器バルブ位置を設定します。
3 mL·min^-1の流量に検波コイルにエタノールをドロップします。

3 負荷の LOV に樹脂

水 (12 mg·mL^-1) 樹脂懸濁液を攪拌しながら LOV を介して 3 mL を拾います。流れを 3 mL·min^-1に設定します。
1.2 mL·min^-1の流量で列チャネルに樹脂懸濁液をドロップします。
きれいに保持コイル、列チャネル上に樹脂残渣をドロップします。このため、90 mL·min^-1の流量で注射器にフラスコから 18.2 MΩ cm 水 9 mL を負荷します。シリンジバルブ位置がの位置にあることを確認します。3 mL·min^-1の流量に保持コイル経由で無駄に水をドロップします。

4. 分析シーケンス

列をご利用いただけます
1. HNO₃保持コイルに LOV (4 M) の 2 mL をロードします。流れを 6 mL·min^-1に設定します。
2. 1.2 mL·min^-1の流量で列に HNO₃をドロップします。
サンプルの読み込みとの干渉の低減
1. 6 mL·min^-1の流量に保持コイルに、オートサンプラーからサンプル (1.3 mL) を読み込みます。
2. 1.2 mL·min^-1の流量の列にサンプルを削除します。
3. HNO₃ 6 mL·min^-1の流量に保持コイル (4 M) の 0.5 mL をロードします。
4. 0.5 ml HNO₃の溶出が 1.2 mL·min^-1の流量のマトリックス干渉 (4 M) の列をすすいでください。
サンプルとその測定の溶出
1. 5 mL の 6 mL·min^-1の流量に保持コイルに 18.2 MΩ cm 水をロードします。
2. 検出器をトリガーします。2 mL·min^-1検出器ソフトウェアのシンチレーション液体の流量を設定します。ドウェルを 10 に設定 s。サンプルのコイルは、2 mL のボリュームを持っています。
3. 列をすすいでください。
サンプルプローブの洗浄、コイルを保持
1. HNO₃ 6 mL·min^-1の流量に保持コイル (1%) の 0.6 mL をロードします。
2. 6 mL·min^-1の流量に保持コイルへの空気の 0.6 mL をロードします。
3. 廃棄物の混合物の 1.2 mL を放電します。
樹脂交換
1. 3 mL·min^-1の流量に保持コイルへのエタノール 0.2 mL をロードします。
2. 1.2 mL·min^-1の流量でエタノール 0.2 mL で列をすすいでください。
3. 0.5 ml の 0.45 mL·min^-1の流量で水列チャネルをフラッシュします。
4. 廃棄物に使用されている樹脂を排出します。

Representative Results

完全に自動化された AUTORAD プラットフォームが自家製 LabVIEW ベースのソフトウェアによって運営されていますを開発し、(図 1) を実装します。ソフトウェアは、ユーザーフレンドリーな環境 (図 2) で毎日の操作のための十分な柔軟性をことができます。プラットフォームの汎用性は、さまざまな検出器 (図 3) に結合することによっても実証されています。法の適用は、⁹⁰Sr 標準 (図 4) スパイク水溶液サンプルで実証されています。パラメーターの線形性, 線形の範囲, (LOD) の検出と再現性の制限がされている (図 5) を評価します。

図 1。ポートの構成と使用する試薬を示す AutoRAD システムの模式図。中央のポートを介して保持コイル (10 mL); シリンジポンプに接続されます。メタクリル酸 LOV は、家の中で作製しました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2。AutoRAD ソフトウェアオプション] メニュー 。下右隅の領域は、割り当てられているポートを示しています。メニュースクロールを介してユーザーが割り当てを変更することができます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 3。⁸⁶Sr 溶出ピーク検出器として、高周波誘導結合プラズマ質量分析法 (ICP-MS) を使用します。ストロンチウムを溶出定量的列から最初の 100 の中に溶出の s。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4。34.5 ± 1 Bq の⁹⁰Sr (6.6 pg·g^-1) 溶出ピークの検出器として β-RAM 5 を使用しています。コイルの滞留時間は 40 秒。⁹⁰Sr の提案された方法論の全体的な回収率は 70% ± 5% です。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 5。放射性の濃度と計数率の校正曲線。良好な直線性が得られた (R² = 0.997)。検出限界は、ブランクの標準偏差の 3 ポイント 3 倍 320 fg·g^-1 ± 5 (1.7 Bq) として計算されました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

Discussion

放射線評価と保護は、重要な問題を原子力施設のライフサイクルのすべてのフェーズ。原子力施設の廃止措置中の放射性核種の定量のための必要性では、分析的手続の継続的な改善が必要です。これは選択性と感度、分析時間の短縮化を伴います。AUTORAD プロトタイプは、これらの要件を満たしています。さらに、プロトタイプはポータブルは、オンサイト定量をことができます。自動オンライン手法は⁹⁰Sr 活動水溶液試料中の微量のため正常に終了しました。

AutoRAD システムの概略図を図 1に示します。プロトタイプとの通信は、商業のグラフィカルなプログラミング言語 LabVIEW 2014 を使用して達成されました。構成、プログラミング、およびインターフェイスを制御するための仮想計測器ソフトウェアアーキテクチャ (ビザ) モードが展開されました。図 2では、システムを初期化する前にポートの構成を確認できるグラフィカルなユーザー・インターフェイス画面を示しています。ビザ・モードは、優れた汎用性を提供できるようにオペレーティングシステムとプログラムの環境には無関係です。基本的な構造と先進のソフトウェアの機能は以前の文書²⁴で広く議論されています。改善はストップフローモードで計測を実行するので両方のビュレットの制御を強化、同時に RS232 インターフェイスを使用して PC と可能性によってビュレットを制御することによって達成されています。対照的に、システムの背圧が増加するとき、RS232 接続がすぐに反応します。これはシステムエラーと測定につながることができますを停止します。したがって、特別な注意は樹脂の読み込みとサンプルのイオン強度の過程で支払われます。

放射性⁹⁰Sr、および ICP-MS ではなく、ベータ版 detctcor に AUTORAD システムを結合することにより、代理としてストロンチウム安定同位体⁸⁶Sr を用いた実験のセットで実現した実験条件の最適化システム。図 3は、ICP-MS ⁸⁶Sr 溶出プロファイルを示しています。得られた⁸⁶溶出プロファイル低圧分離デバイス²⁵を使用して合計のストロンチウムの以前に報告された結果との完全な合意であり、空白にされている Sr は減算されます。最小二乗線形回帰分析法は、不確実性の余分なコンポーネントを導入していませんが目的の曲線のフィットを生成に使用されました。得られた直線性は 0.995 のp-値が有意水準よりも小さい。2 pg·g^-1の LOD は、カリー²⁶によると空白の繰り返された測定によって決定されました。3 つの反復実行に基づいてピーク面積の相対標準偏差に基づく手法の再現性は常に 10 に 120 pg·g^-1の範囲で 4 割以下だった溶出プロファイルで目撃した肩はほとんど自動 AUTORAD 構成の列の非最適なパッキングのためアーチファクトであります。

⁹⁰Sr を使用してプロファイル図 4ショー、ラジオ流れ検出器。AUTORAD システムは水溶液試料中⁹⁰Sr を効果的に分離することができます。

図 5は、 ⁹⁰Sr 濃度信号の依存性は興味の範囲で直線を示しています。派生の検出限界は、fg です。放射性廃炉、廃棄物特性サンプルの定量をさらに変更することがなく有効にした g^-1の範囲。流れシンチレーション検出器を使用した、ピーク面積の相対標準偏差に基づく法の再現性は研究濃度範囲で 30% を前後です。プロトタイプの現在のセットアップは、しかし、本質的にカウントを検出器に短時間のための環境試料への応用を制限します。さらに、複雑なマトリックスがミニ列で樹脂を飽和させます。

測定中に停止して、ハミルトンとラジオの流れ検出器ポンプストップトフロー法を実装予定です。この機能は、フロー・セル内サンプルの領域の最も大きい部分での滞留時間を拡張することで感度が向上します。したがって、統計的に意味のある信号はサンプルが検出器を終了する前に acculated であります。このアプローチは、カウント統計と検出限界が向上します。さらに、複雑なマトリックサンプルの保持に影響を与えることができるマトリックス成分の除去と異なる放射性核種の分離のため追加イオン交換ミニカラムを含む新しいアプリケーションを開発中です。

Disclosures

著者が明らかに何もありません。

Acknowledgments

著者たい aknowledge 同僚や人々、プロジェクトの各ステップに関与します。JRC カールスルーエの同僚デザイン事務所、両氏ディートリッヒ Knoche Volkmar アーネスト、JRC カールスルーエワークショップ両氏キリスト教ディーボルドとヨアヒム Küst バルブ (LOV) マニホールドにラボのつくり・リングウォルド社、ストップトフロー検出モード技術のソフトウェア実装。

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