Otomatik 90Sr ayrılık ve Preconcentration bir laboratuvar Vana sistemde Ppq düzeyinde

Özet

Burada, hızlı radyometrik ayırma ve ⁹⁰Sr, nükleer atık için son derece uygun bir önemli fisyon ürünü belirlenmesi için taşınabilir autoRAD platform mevcut.

Özet

Ayırma ve radiostrontium sulu örneklerinde, sıralı enjeksiyon analizi, Sr-reçine ve çoklu kullanılarak belirlenmesi için hızlı, otomatik ve taşınabilir bir sistem geliştirdi. Radyoaktif Stronsiyum konsantrasyonları akışı mercek sayarak, on-line ve ayrıca otel bünyesindeki belirlenmesi için izin belirlenmiştir. Önerilen sistem, endüstriyel ilgili düzeyde radyoaktif Stronsiyum az 10 dk sulu örnek başına genel analiz zaman kullanarak daha fazla değişiklik yapmadan belirleyebilirsiniz. Algılama 320 fg·g^-1 (1.7 Bq/g) sınırıdır.

Giriş

Yaklaşık 150 ticari nükleer enerji santralleri (NPP) açığa alma geçiyor ama nükleer tesislerin toplam sayısı dikkate¹araştırma ve imkanları reprocessing alınırsa çok daha büyüktür. Nükleer tesislerin hizmet dışı bırakma çok maliyetlidir ve taşıma içerir ve site ölçüm kontamine olmuş malzeme kapalı. Tasarruf yerinde ve esnek ölçüm teknikleri¹benimseyerek mümkündür. Bu nedenle hızlı site analitik yöntemleri eski nükleer tesislerin hizmet destek için acil bir ihtiyaç olduğunu. Gama yayımlayıcılara kolayca ve seçmeli olarak gama-spektroskopi kullanarak belirlenebilir ama sert tedbir (HTM) radyonükleidler²için yerinde analitik yöntemleri bir eksikliği olduğunu. HTM arasında ⁹⁰Sr toksisite ve yüksek enerji emisyon nedeniyle büyük ilgi olduğunu. Onun belirlenmesi zaman alıcıdır ve etkileşimler ve LSC veya spektroskopik Yöntemler^{3,4,5,6,7kullanarak miktar ayrılması gerektirir, 8,9,10,11,12,13}.

Standart radiochemical yöntemleri zaman alıcı ve sık sık tekrarlar Stronsiyum yeterli bir verim elde etmek için gerektirir. Bu nedenle, daha hızlı ve doğru yöntemler için acil bir ihtiyaç vardır. Standart ayırma protokolleri yanı sıra, arıtma ve/veya radioisotopes^5,14,15öncesi konsantrasyonu içinde akış enjeksiyon teknikleri uygulanır. Bir daha da geliştirilmesi akışı teknikleri laboratuvar vana (LOV) aygıtlardır. Onlar farklı bağlantı modları ile programlanabilir, akış tabanlı platformlar ve yüksek çok yönlülük¹⁶sergi. Bu tür cihazlar otomatik ayırma ve böylece tekrarlanabilirlik ve tekrarlanabilirlik^8,17,18,19artan algılama önce analitler öncesi konsantrasyonu sağlar. Multisyringe akış pompaları için birleştiğinde LOV sistemleri radyonükleidler, reaktif tüketimi indirilmesi nedeniyle tespiti için yaygın olarak kullanılmaktadır ve atık üretimi^{8,10,17, 18 , 19 , 20}. Bununla birlikte, ultra-izleme düzeyde online algılama ile ilgili çalışmalar, seyrek^8,17bildirdi.

Radyoaktif malzemelerin yerinde ölçümler birçok yararları ve avantajları var, ama hiçbir uygulanması akışı mercek ⁹⁰Sr izleme için. Temel olarak, miktar yeterince çekici kokteyl^11,21,22ile LOV aygıtından gelen eluate karışımları bir online dedektörü kullanılarak elde edilir. Karışım sonra sayım hücre pompalanır ve ölçüm eşleştirilmiş photomultipliers kullanılarak yapılır. Hücre küçük hacimli nedeniyle, saniye ölçek ölçüm zamanı.

Bu araştırmanın amacı on-line Stronsiyum algılama için tam otomatik bir yöntem geliştirilmesi her iki çevre ilgili konsantrasyonları kapsayan bir büyük çalışma aralığı ve ayrıca bu nükleer sanayî atık akışları bulundu. Platform hareket halinde ve yerinde analiz sulu örnekleri gerçekleştirmek için bir araca monte edilebilir.

Protokol

Not: Çözümleri ultratrace analiz için tasarlanan aygıt kullanarak yüksek saflıkta su (18,2 MΩ cm) hazırlanmıştır. Nitrik asit damıtma ünitesi alt kaynama bir kuvars kullanılarak saflaştırıldı. Su arıtma sistemi ve alt kaynar damıtma ünitesi bir temiz oda içinde ameliyat.

Dikkat: ⁹⁰Sr akut toksik ve kanserojen'dır. Uygun güvenlik uygulamaları mühendislik kontrol sistemleri ve kişisel koruyucu ekipman gibi deneyler yapılırken gereklidir.

1. deney hazırlık

Not: Yazılım mimarisi ve onun functionalities ile ilgili ayrıntılı bir açıklama²³başka bir yerde bulunabilir.

1. Modüler Vana pozisyonu çıkış bağlantı radyo akışı dedektörü giriş bağlantı noktasına bağlayın.
2. Tetikleyici satırı seçili bulmak-e doğru bağlamak.
3. LOV bağlantı noktalarını düzgün bağlandığından emin olun. Yeterli miktarda çalışma çözümleri için tüm protokol kullanılabilir ve sıvı örnekleme boru batık kalır emin olun.
4. Otomatik Örnekleyici açık olduğundan emin olun, Otomatik Örnekleyici yazılım başlatmak ve Otomatik Örnekleyici yazılım arayüzü üzerinden başlatmak. Cihaz ve PC arasındaki iletişimi oluşturmak için Başlat düğmesini tıklatın.
5. AutoRAD yazılım başladı emin olun, Seçenekler sekmesini kullanarak iletişim bağlantı noktalarını kontrol ve Kullanıcı arayüzü üzerinden yazılım başlatmak. Tartışma bölümünde yazılım grafik arayüzü ile ilgili daha fazla bilgi için bakın.
6. Analiz sıra dedektörü yazılım programlanmıştır olun. Gerekli adımları sayısını girerek AutoRAD yazılımındaki Yöntem Düzenleyici sekmesini kullanarak programı vew dizileri ve görevler ve her aygıt için hız.
   Not: Yazılım işleminin ayrıntılı açıklamasını önceki yayın²³' bulunabilir.
7. Yerel radioprotection memur danışmak ve ⁹⁰Sr. kullanarak yordamın tamamı için gerekli radioprotection ölçümleri istihdam

2. temizleme sistemi

1. 18.2 MΩ cm su 10 mL şırınga 90 mL·min^-1, balonun yük. Şırınga Vana pozisyonu için bu adım içinde konumuna ayarlandığından emin olun. Bu pozisyonda, yükleme doğrudan şırınga ve LOV üzerinden değil oluşur.
2. 90 mL·min^-1akış hızında holding bobin ile atık su bırakın.
3. 3 mL etanol 3 mL·min^-1akış hızında holding bobin için yükleyin. Dışarıiçin şırınga Vana konumunu belirleyin.
4. Etanol dedektörü bobin için 3 mL·min^-1debi bırak.

3. yük reçine LOV için

1. Su (12 mg·mL^-1) reçine süspansiyon karıştırarak, 3 mL LOV üzerinden almak. 3 mL·min^-1 için akış ayarla
2. Reçine süspansiyon 1.2 mL·min^-1 akış hızında sütun kanal içine damla
3. Holding bobin temiz ve reçine artıkları sütun kanal üzerine bırakın. Bunun için 9 mL 18,2 MΩ cm su şişesi 90 mL·min^-1akış hızında şırınga yük. Şırınga valf konum içinde konumda olduğundan emin olun. 3 mL·min^-1akış hızında holding bobin ile atık su bırakın.

4. analiz sıra

1. Sütun Klima
   1. HNO₃ (4 M) via LOV holding bobin için 2 mL yükleyin. Akış 6 mL·min^-1için ayarlayın.
   2. Sütuna HNO₃ 1.2 mL·min^-1debi bırak.
2. Örnek yükleme ve etkileşimler ortadan kaldırılması
   1. Örnek (1.3 mL) 6 mL·min^-1akış hızında holding bobin için Otomatik Örnekleyici yük.
   2. Örnek sütuna 1.2 mL·min^-1debi bırak.
   3. 0.5 mL HNO₃ (4 M) 6 mL·min^-1akış hızında holding bobin için yükleyin.
   4. Sütun HNO₃ (4 M) matris etkileşimler 1.2 mL·min^-1akış hızında elute için 0.5 mL ile yıkayın.
3. Elüsyon örnek ve ölçüm
   1. 5 mL 18,2 MΩ cm su 6 mL·min^-1akış hızında holding bobin için yükleyin.
   2. Dedektör tetikler. 2 mL·min^-1 bulmak bilgisayar yazılımı içinde için mercek sıvı akış hızını ayarlayın. Durmak küme 10 s. Örnek bobin 2 mL bir hacmi vardır.
   3. Sütun durulayın.
4. örnek probe durulama ve bobin holding
   1. HNO₃ (% 1)'e 6 mL·min^-1akış hızında holding bobin 0.6 mL yükleyin.
   2. 0.6 mL hava 6 mL·min^-1akış hızında holding bobin için yükleyin.
   3. Deşarj atık karışıma 1.2 mL.
5. Reçine değiştirme
   1. 0.2 mL etanol 3 mL·min^-1akış hızında holding bobin için yükleyin.
   2. Sütun 0.2 mL etanol ile 1.2 mL·min^-1debi durulayın.
   3. Sütun kanal 0.5 mL 0,45 mL·min^-1akışı oranında su ile yıkayın.
   4. Atık için kullanılan reçine deşarj.

Sonuçlar

Ev yapımı LabVIEW-esaslı bilgisayar yazılımı tarafından işletilen tam otomatik AUTORAD platformu olmuştur geliştirilen ve uygulanan (Şekil 1). Yazılım, Kullanıcı dostu bir ortamda (Şekil 2) günlük işlem için yeterli esneklik sağlar. Platform çok yönlülük de farklı dedektörleri (Şekil 3) kaplin tarafından kanıtlanmıştır. Yöntemin uygulanabilirliğini bir ⁹⁰ile Sr standart (Şekil 4) çivili sulu örnekte gösterilmiştir. Parametreleri doğrusallık, doğrusal Aralık, sınırı algılama (LOD olarak) ve tekrarlanabilirlik olmuştur (Şekil 5) değerlendirildi.

Şekil 1. Bağlantı noktası yapılandırmasını ve kullanılan reaktifler gösterilen AutoRAD sistem şematik gösterimi. Merkezi bağlantı noktası üzerinden holding bobin (10 mL); şırınga pompa bağlı metakrilat LOV içinde ev fabrikasyon. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 2. AutoRAD yazılım menü seçenekleri. Alt sağ köşesinde alanı atanan bağlantı noktası numaraları gösterir. Menü aşağı kaydırma Kullanıcı olarak atamasını değişiklik yapabiliyor. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 3. ⁸⁶ İndüktif Eşleşmiş Plazma Kütle spektrometresi (ICP-MS) bir dedektör kullanarak Sr elüsyon doruklarına. Stronsiyum eluted kantitatif sütundan sırasında ilk 100 elüsyon s. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4. Β-RAM 5 dedektörü olarak kullanarak 34,5 ± 1 Bq ⁹⁰Sr (6.6 pg·g^-1) elüsyon en yüksek. Bobin içinde ikamet süresi 40 oldu s. Genel kurtarma ⁹⁰Sr için önerilen metodoloji %70 ± % 5 oranıdır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 5. Kalibrasyon eğrisi sayısı oranı radiostrontium konsantrasyonu karşı. İyi bir doğrusallık elde edildi (R² 0.997 =). Algılama sınırı 320 fg·g^-1 ± 5 (1.7 Bq) üç nokta üç kez standart sapması boş tarafından hesaplanır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Tartışmalar

Radyolojik karakterizasyonu ve koruma kritik bir nükleer tesis ömrünün tüm aşamalarında sorunlardır. Nükleer tesislerin hizmet dışı bırakma sırasında radyonüklid belirlenmesi için ihtiyaç analitik işlemleri sürekli gelişimi gerektirir. Bu seçicilik ve duyarlılık ve analiz süresini kısaltarak geliştirme kapsamaktadır. AUTORAD prototip bu gereksinimleri yerine getirir. Buna ek olarak, prototip taşınabilir ve yerinde tayini sağlar. Önerilen Otomatik on-line yöntemi ⁹⁰sulu örneklerinde Sr aktivite tayini için başarıyla uygulandı.

Şekil 1 AutoRAD sisteminin bir Şematik diyagramı gösterilmektedir. Prototip ile iletişim ticari grafik programlama dili LabVIEW 2014 kullanılarak sağlanır. Yapılandırma, programlama ve arabirimleri denetlemek için sanal enstrüman yazılım mimarisi (vize) modu dağıtmış. Şekil 2 bağlantı noktası yapılandırmasını sistem başlatma öncesinde nerede doğrulanabilir grafik kullanıcı arayüzü ekran gösterir. Olağanüstü çok yönlü sağlayan bu vize işletim sistemi ve program ortamına, bağımsız modudur. Gelişmiş yazılım özellikleri ve temel yapısını önceki yayın²⁴' te yaygın olarak tartıştık. İyileştirmeler Büretler böylece aynı anda her iki Büretler gelişmiş kontrol sağlayan bir RS232 arabirimi kullanarak PC ve olasılığını ölçümleri durağına akış modunda gerçekleştirmek için kontrol ederek elde edilmiştir. Sistem backpressure arttıkça buna ek olarak, RS232 bağlantı hızlı bir şekilde tepki verir. Bu sistem hatası ve ölçüm yol açabilir durdurmak. Bu nedenle, özel ilgi yükleme reçine ve örneklerin iyonik gücü sürecinde ödenmesi gerekmektedir.

Deneysel koşullar optimizasyonu Stronsiyum kararlı izotop ⁸⁶Sr bir vekil olarak radyoaktif ⁹⁰Sr ve ICP-MS için bir beta detctcor yerine AUTORAD sistem kaplin kullanarak deneyler bir dizi elde edildi sistem. Şekil 3 ICP-MS ⁸⁶Sr elüsyon profilleri gösterir. ⁸⁶elde edilen elüsyon profilleri tam anlaşma için toplam Stronsiyum düşük basınç ayrımı aygıtları²⁵kullanarak daha önce bildirilen sonuçlar ile ve boş olmuştur Sr çıkartılır. En küçük kareler doğrusal regresyon yöntemi için bir ilave belirsizlik bileşen tanıtmak değil amaç eğri bir uyum oluşturmak için kullanılmıştır. 0.995, pile elde edilen doğrusallık yapıldı-değerleri önem düzeyi daha az. 2 pg·g^-1LOD boş Currie²⁶göre tekrarlanan ölçüler tarafından tespit edilmiştir. Tekrarlanabilirlik temelinde üç tekrarlanan ishal, hesaplanan en yüksek alan göreli standart sapması temel yöntem, her zaman az %4 10-120 pg·g^-1aralığında yapıldı. Elüsyon profillerinde tanık omuz çoğu bir yapay doku otomatik AUTORAD yapılandırma sütununda uygun olmayan ambalaj nedeniyle olabilir.

⁹⁰Sr profil kullanarak Şekil 4 gösterir radyo akışı dedektörü. AUTORAD sistem ⁹⁰Sr sulu örneklerinde etkili bir şekilde ayırmak yapabiliyor.

Şekil 5 ⁹⁰Sr konsantrasyon sinyali ile bağımlılık faiz aralığında doğrusal olduğunu gösterir. Fg türetilmiş algılama sınırıdır. g^-1 Aralık, etkinleştirme, daha fazla değişiklik yapılmadan, radiostrontium nükleer açığa alma ve atık karakterizasyonu örnekleri belirlenmesi. Akış mercek dedektörü kullanarak ve pik alanının göreli standart sapma üzerinde temel yöntem, tekrarlanabilirlik okudu konsantrasyon aralığında % 30 civarındadır. Prototip geçerli up ancak, çevre örnekleri, kısa süre içinde belgili tanımlık bulmak sayım nedeniyle aslında onun uygulamaya sınırlar. Ayrıca, karmaşık matrisler mini sütunundaki reçine emdirmek.

Nerede Hamilton ve radyo akışı dedektörü pompa ölçüm sırasında durdurulur, durdu-akış tekniği uygulanacaktır. Bu özellik duyarlılığı örnek bölge akış hücre içinde en büyük kısmında ikamet süresi genişleterek artıracaktır. Böylece, örnek Dedektör çıkar önce acculated istatistiksel olarak anlamlı bir sinyal geliyor. Bu yaklaşım sayım istatistiklerini ve algılama sınırları artıracaktır. Buna ek olarak, yeni bir uygulama bir ek iyon değişimi mini sütun tutma etkileyebilecek matris bileşenlerin kaldırılması ve farklı radyonükleidler ayrılması için karmaşık matric örnekleri de dahil olmak üzere geliştirilmektedir.

Malzemeler

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