Name: speciation and bioavailability measurements of environmental plutonium using diffusion in thin films
Uploaded: 2015-11-09T14:00:00
Duration: 12 min 22 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films at JoVE.com

This work was funded by the Swiss National Science Foundation (grant n&#176; 200021-140230) and by the Swiss Federal Office of Public Health (PF and PS). We thank the Swiss Federal Office of Public Health for providing financial support for the open-access publication of this paper.

<ol>
	<li>Kaplan, D. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+oxidation+states+on+plutonium+mobility+during+long-term+transport+through+an+unsaturated+subsurface+environment.">Influence of oxidation states on plutonium mobility during long-term transport through an unsaturated subsurface environment.</a> Environ. Sci. Technol. 38 (19), 5053-5058 (2004).</li><li>Taylor, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmental+plutonium+-+Creation+of+the+universe+to+twenty-first+century+mankind.">Environmental plutonium - Creation of the universe to twenty-first century mankind.</a> Plutonium in the Environment. 1, 1-14 (2001).</li><li>Maher, K., Bargar, J. R., Brown, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmental+Speciation+of+Actinides.">Environmental Speciation of Actinides.</a> Inorganic Chemistry. 52 (7), 3510-3532 (2013).</li><li>Kurosaki, H., Kaplan, D. I., Clark, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+environmental+curium+on+plutonium+migration+and+isotopic+signatures.">Impact of environmental curium on plutonium migration and isotopic signatures.</a> Environ. Sci. Technol. 48 (23), 13985-13991 (2014).</li><li>Orlandini, K. A., Penrose, W. R., Nelson, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pu(V)+as+the+stable+form+of+oxidized+plutonium+in+natural-waters.">Pu(V) as the stable form of oxidized plutonium in natural-waters.</a> Marine Chemistry. 18 (1), 49-57 (1986).</li><li>Kaplan, D. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eleven-year+field+study+of+Pu+migration+from+Pu+III,+IV,+and+VI+sources.">Eleven-year field study of Pu migration from Pu III, IV, and VI sources.</a> Environ. Sci. Technol. 40 (2), 443-448 (2006).</li><li>Morgenstern, A., Choppin, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+the+oxidation+of+Pu(IV)+by+manganese+dioxide.">Kinetics of the oxidation of Pu(IV) by manganese dioxide.</a> Radiochim. Acta. 90 (2), 69-74 (2002).</li><li>Davison, W., Zhang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-situ+speciation+measurements+of+trace+components+in+natural-waters+using+thin-film+gels.">In-situ speciation measurements of trace components in natural-waters using thin-film gels.</a> Nature. 367 (6463), 546-548 (1994).</li><li>Zhang, H., Davison, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusional+characteristics+of+hydrogels+used+in+DGT+and+DET+techniques.">Diffusional characteristics of hydrogels used in DGT and DET techniques.</a> Anal. Chim. Acta. 398 (2-3), 329-340 (1999).</li><li>Cusnir, R., Steinmann, P., Bochud, F., Froidevaux, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+DGT+Technique+for+Plutonium+Bioavailability+Measurements.">A DGT Technique for Plutonium Bioavailability Measurements.</a> Environ. Sci. Technol. 48 (18), 10829-10834 (2014).</li><li>Froidevaux, P., Steinmann, P., Pourcelot, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Term+and+Long-Range+Migration+of+Radioactive+Fallout+in+a+Karst+System.">Long-Term and Long-Range Migration of Radioactive Fallout in a Karst System.</a> Environ. Sci. Technol. 44 (22), 8479-8484 (2010).</li><li>Bajo, S., Eikenberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+a+stable+tracer+solution+of+plutonium+(IV).">Preparation of a stable tracer solution of plutonium (IV).</a> Radiochim. Acta. 91 (9), 495-497 (2003).</li><li>Saito, A., Roberts, R. A., Choppin, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+solutions+of+tracer+level+plutonium+(V).">Preparation of solutions of tracer level plutonium (V).</a> Anal. Chem. 57 (1), 390-391 (1985).</li><li>Bajo, S., Eikenberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+actinides+for+alpha-spectrometry.">Electrodeposition of actinides for alpha-spectrometry.</a> Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 242 (3), 745-751 (1999).</li><li>Dai, X. X., Christl, M., Kramer-Tremblay, S., Synal, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-trace+determination+of+plutonium+in+urine+samples+using+a+compact+accelerator+mass+spectrometry+system+operating+at+300+kV.">Ultra-trace determination of plutonium in urine samples using a compact accelerator mass spectrometry system operating at 300 kV.</a> Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 27 (1), 126-130 (2012).</li><li>Christl, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ETH+Zurich+AMS+facilities:+Performance+parameters+and+reference+materials.">The ETH Zurich AMS facilities: Performance parameters and reference materials.</a> Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 294, 29-38 (2013).</li><li>Blinova, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox+interactions+of+Pu(V)+in+solutions+containing+different+humic+substances.">Redox interactions of Pu(V) in solutions containing different humic substances.</a> Journal of Alloys and Compounds. 444, 486-490 (2007).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

המתודולוגיה DGT המתוארת כאן לניסויים עם פו באמצעות תא דיפוזיה מספקת גישה אמינה למחקרים שונים במינים חיזור פו ויחסי הגומלין שלהם עם מולקולות אורגניות, חלקיקי colloidal ומערכות סביבתיות מדומה. יישומים נוספים של DGTs למדידות סביבתיות של פו יתרמו להבנה של הזמינות הביולוגית שלנו ואת גורלו של רדיונוקלידים זה במערכות אקולוגיות ימיות. ניסויי המעבדה דיפוזיה על מנת לבצע את ניסוי דיפוזיה מוצלח עם מסקנות משמעותיות על ניידות פו ואינטראקציות לגבי סביבה כימית מסוימת, מוגדר היטב ויש לספק תנאים לשליטה. ההתאמה של מצבי חמצון פו לפני הניסוי היא חיונית כדי לפשט את פרשנות נתונים, כמו גם כדי לדמות התנהגויות biogeochemical שונות של מיני חיזור פו. הרגישות של מיני פו לוריאציות pH עושה חציצת פתרונות חובה. תשומת לב מיוחדת צריך להיות נמשך לתכונות תא דיפוזיה והתקנה: השימוש בחומר פולימר טפלון sorbing שאינו מונע ספיחה על קירות התא ומאפשר הרכבה leakproof חזקה, מניעת אובדן של פו מלשדר פתרונות במהלך הניסוי. ריכוז פו הראשוני ליוכנס לתא, כמו גם את מרווח הדגימה והנפח של כל דגימה שנלקחה במהלך ניסוי דיפוזיה תלוי בשיטת הניתוח זמינה במעבדה. כל שיטה אנליטית זמינה יכולה לשמש לקביעת ריכוז פו בדגימות מתא דיפוזיה, אולם בחירה זו כרוכה באופן הדוק לפעילות הראשונית של פו נלקחה לניסוי. 10 בקרל של 239 פו כמומלץ בפרוטוקול זה (נותן 100-140 מיליליטר mBq -1 או ~ 2 × 10 -13 מיליליטר mol -1) מספיקים כדי לספק מספיק רגישות לmeasuremמציג ידי אלפא-ספקטרומטריית ובדרך כלל אינו מהווה בעיות מיוחדות לתקנות הגנה מפני קרינה. הריכוז הראשוני של פו יכול להיות מופחת אם טכניקות אחרות, רגישות יותר, אנליטיים זמינות לנחישות פו (למשל, ספקטרומטר מסה). מרווח דגימה ניתן לבחור עבור כל ניסוי דיפוזיה, תלוי בריכוז ראשוני פו, והשיעור של דיפוזיה הצפויה באמצעות ג&#39;ל PAM. למרות העובדה שaliquots מניסויי דיפוזיה אינו מכיל רדיונוקלידים אחרים מאשר פו, הנוכחות של מלחים ושל חיץ מגבים יכולה להפריע להליך אנליטיים, הקטנת היעילות והדיוק של ניתוח כמותי. לכן עדיף לבצע הפרדה כימית של פו על דגימות אלה. תא דיפוזיה מספק הגישה הטובה ביותר ללמוד דיפוזיה בג&#39;ל PAM מאז ג&#39;ל חשוף ישירות לפתרון עורר גם. לפיכך, את ההשפעות של bo diffusiveשכבת undary (DBL) על פני השטח ג&#39;ל נחשבת זניחה. ערבוב טוב של הפתרונות במהלך ניסוי דיפוזיה הוא חיוני, המאפשר למזעור השפעות DBL. באותו הזמן, יש להמשיך בזהירות על מנת שלא לשבש את הג&#39;ל PAM. מחקרים של זמינות ביולוגית פו בfreshwaters הטבעי התוצאות המיוצרות על ידי הצגת פרוטוקול זה שמדידת פלוטוניום עם התקני DGT מספקת כלי יעיל כדי ללמוד את הזמינות הביולוגית של פלוטוניום במים מתוקים. מדידות DGT להניב ריכוז בזמן הממוצע של מינים חופשיים ויציבים, שתי צורות החשובות ביותר לספיגה ביולוגית על ידי אורגניזמים חיים. בנוסף, קינטיקה של האינטראקציה של פו עם חומר אורגני יכולה להיחקר באמצעות ג&#39;לים של עובי שונה. הזמן הדרוש למיני פו-NOM ללנטרל באמצעות ג&#39;ל יאפשר למתחמים יציב ביותר לניתק. יכולות להיות כהשלמה מדידות DGT בטכניקות y אולטרה סינון, שתנבנה את אחוז מיני colloidal פו מעל גודל מסוים (לדוגמא, 8 KDA). מיני colloidal פו נחשבים בדרך כלל כמינים שאינם זמינים ביולוגיים ומהווים חלק משבר פו לא המדיד באמצעות DGT. בשלב זה, מכשירי DGT נפרסו רק במים מתוקים של אביב הקארסט של הרי היורה השוויצריים. ריכוזים סביבתיים נמוכים של פו דורשים פריסה ארוכת טווח של מכשירי DGT, אשר יכול להיתקל חסרונות פוטנציאליים. Biofouling של פני השטח DGT מייצגת חסרון משמעותי, הגדלת עובי DBL ובכך להגביל את השטף של פו דרך ג&#39;ל PAM. שלב מחייב של DGTs נחשף במים או מים הגבוה מינרליזציה הימיים עשוי להיות רווי במהירות עם מתכות אחרות עקבות, מצג שווא נתונים להצטברות של פו. קביעת רמות שמץ של פו הסביבתי דורשת הפרדת radiochemical יסודית ושיטות אנליטיות מאוד רגישות. מדידת AMSשל מיושם בפרוטוקול זה אינם זמין באופן נרחב, אבל יכול להיות מוחלף על ידי טכניקות ספקטרומטר מסה אחרות. עם זאת, הפרדת radiochemical קפדני יש צורך לחסל את ההפרעה 238 UH isobaric מאורניום טבעי. משוואה 2 מראה כי גודלו של מכשיר DGT הוא פרמטר חיוני שיכול להיות מכוון כדי להגדיל את הכמות של פו שנצבר במהלך זמן פריסה נתון. רצועות ג&#39;ל מסחריות זמינות רק עם משטח מרבי של 6 סנטימטרים X 22 סנטימטר. לכן, החלון של סמפלר DGT כבר עלה ל 105 סנטימטר 2 (5 סנטימטרים × 21 סנטימטרים), מה שהופך את אפשרי לצבור מספיק מיני פו לזמני פריסה קצרים יחסית. ההרכבה של דגם DGT כזה דורשת דיוק והתחשבות מסוימת של נכסי גיליון ג&#39;ל PAM תוך מניפולציה. זה הוא בעל חשיבות עליונה כדי להרכיב שכבות ג&#39;ל למדים חלקים פנים &quot;כריך&quot; על מנת לספק homogeשטף neous של מיני פו מהמים בכמות גדולה דרך ג&#39;ל מתרחב. זרימת מים טובה על פני השטח DGT היא גם פרמטר חשוב, אבל זה בעיקר נקבע על ידי תנאי זרימה באקוויפר. מומלץ למקם את מכשירי DGT למדידות פו ב 45 מעלות לכיוון על כיוון זרימת מים על מנת לספק אספקת מים יציבה ולמזער את ההשפעות של DBL. מקדם דיפוזיה מועסקות במשוואה 2 חייבים להיות מתוקן אם הטמפרטורה בגוף למד מים היא שונה מהטמפרטורה שבה מקדם דיפוזיה נקבעה. השפעות טמפרטורה על מקדמי דיפוזיה ניתנות על ידי משוואת סטוקס-איינשטיין (משוואה 3): <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/53188/53188eq3.jpg" /> (3) שם D 1 ו- D 2 הם מקדמי דיפוזיה (סנטימטר 2 שניות -1), η 1 וη 2 הם צמיגויות (MPA שניות) של wאטר בT טמפרטורות 1 ו- T 2 (K) בהתאמה. נכון לעכשיו, לא קיימת שיטה לחקור התפצלות פו בסביבה וטהור, פרט לחישובים תרמודינמיים מבוססים על, למשל, pH ופרמטרי חיזור. פרמטרים אלה זמינים רק למקרו-רכיבים, כגון פחמתי, ברזל או קטיונים מנגן. לפיכך, התפצלות פו נגזרת ממינים המדידים אלה, אך אינו מייצגת את מדידה &quot;אמיתית&quot;. כאן אנו חושבים שדיפוזיה בטכניקת סרט ג&#39;ל PAM דקה כפי שהוצג במאמר זה היא צעד חשוב בפתרון בעיית התפצלות פו כי זה מאפשר מדידה באתר ללא תשלום ומינים יציב ו, אולי, המעיד מיני plutonyl. למרות שרק כמה מדידות DGT של פו הסביבתי בfreshwaters כבר התחייבו עד כה, התוצאות שהתקבלו מעודדות עבור יישומים נוספים של טכניקת DGT ללימודי התפצלות וזמינות ביולוגית פו.פריסה של DGTs במים האורגניים עשירים בפוטנציאל תניב מידע חשוב על ניידות פו ואינטראקציות בנוכחות של מולקולות NOM. צריכה להיות צפויות תוצאות מעניינות ממדידות DGT בסביבות ימיות מזוהמות, כגון ים החוף סביב מפעל העיבוד מחדש גרעיני Sellafield ותחנת הכח גרעיני שנפגעה Fukushima Daiichi.

פלוטוניום הוא הווה רדיונוקלידים מלאכותי בסביבה כתוצאה מהנשורת הגלובלית הבאים בדיקות פצצה הגרעיניות ותאונות גרעיניות. יש הכימיה חיזור של פלוטוניום השלכות חשובות על ההגירה שלה ורכיבה על אופני biogeochemical במערכות מים סביבתיים 1. יש פלוטוניום כימיה מורכבת ויכול להתקיים בארבעה מצבי חמצון (III, IV, V, VI) באותו הזמן. לכן, ההפצה של מיני חיזור של פלוטוניום במים הטבעיים היא רגישה מאוד לסביבה כימית מקומית 2,3. מצב החמצון של פלוטוניום תלוי גם במוצאו של המקור - הצהרה זו היא בעיקר רלוונטית לסביבות מזוהמות ואתרי סילוק. מיני פלוטוניום מופחתים (+ III ו+ IV) נמצאים ברובה בסביבות anoxic ומקורן הנשורת הגלובלית ומצוידי שפכי פסולת, ואילו ניתן למצוא מצבי חמצון גבוהים יותר (+ V ו+ VI) בין מוצרי דעיכה של אקטינידים אחריםובסביבות oxic 4. הניידות וההתנהגות הסביבתית של פלוטוניום ניתן לחזות מהתפצלות חיזור במידה מסוימת. פלוטוניום ב+ שלישי והרביעי + מצבי חמצון קיימים ברובה בשלב מוצק וגדל יכולת sorb לקולואידים אורגניים וטבעיים חומר אורגני מולקולות (NOM). פלוטוניום ב+ שלישי והרביעי + מצבי חמצון נחשב פחות ניידת. צורות חמצון מסיסים יותר של פלוטוניום (+ V ו+ VI, + להיות סביר ביותר V) 5 עלולים לתרום להעברה ביולוגית גבוהה יותר לאורגניזמים החיים במים בשל ניידות גבוהה יותר. עם זאת, בנוכחותם של NOM, במיוחד של חומצת humic, פו (V) מצטמצם 17, הסטת המחיצות כמה סדרי גודל לטובת משקעים. למרות העובדה כי שיעור ההפחתה של פו (V) לפו (IV) הוא 4 עד 5 סדרי הגודל מהר יותר מאשר התגובה ההפוכה, remobilization של פו (IV) תחת תנאי חמצון may גם יתקיים 1. נתוני ניסוי אחרונים על משקעי מינרלים מתוקנים עם פו (IV) והכפופים לתנאי חמצון טבעיים הראו כי הריכוז של פו המסיס בשלב המימי מוגבר לאורך זמן 1,6. המחברים להסביר את זה על ידי desorption חמצוני של פו (IV) והיווצרות של פו יותר מסיס (V) ופו מינים (VI). חמצון של פו (IV) עלול להתרחש גם עקב תחמוצות מנגן נתקלו באופן טבעי 7. תצפיות אלה חשובים עבור מודלים זמינות ביולוגית והערכת סיכונים סביבתית של סילוק פסולת ואתרים מזוהמים. מחקרים על זמינות ביולוגית והתפצלות של פלוטוניום הוא משימה מאתגרת בשתי המעבדה ובאתר תנאים. ריכוזים סביבתיים נמוכים, ההשתנות של מיני חיזור והאינטראקציות עם קולואידים טבעיים לעשות את זה קשה כדי לדמות את התנהגות biogeochemical של פלוטוניום. הטכניקה של מילויים מתרחבים בשכבות דקות (DGT) המבוססת עלדיפוזיה של מינים מזהמים חופשיים ויציבים דרך polyacrylamide ג&#39;ל (PAM) נמצאת בשימוש נרחב למדידות סביבתיות של יסודות קורט 8. סמפלר DGT מייצג מכשיר תלת שכבתי עשוי משלב מחייב (עבור רוב מתכות עקבותיו היא שרף Chelex הכלול בג&#39;ל PAM), שכבת ג &#39;מתרחבת (ג&#39;ל PAM משתנה עובי) וקרום מסנן הגנת ג&#39;ל ו מחזיק ההרכבה יחד. סרטים דקים של ג&#39;ל polyacrylamide, בהיקף של 85% ממים, יאפשר מינים מורכבים חופשיים ויציבים כדי לפזר במהירות רבה יותר מאשר פלוטוניום חייב מולקולות NOM גדולות או חלקיקי colloidal טבעיים. הגדרה שנועדה ללמוד דיפוזיה פלוטוניום בסרטי ג&#39;ל הדק PAM בתנאי מעבדה נקראת תא דיפוזיה 9. תא דיפוזיה הוא כלי דו-תא שבו שני תאים נפרדים הם מחוברים על ידי פתיחה של פני השטח נתון. הפתיחה, כלומר, החלון שבין שני התאים גontains דיסק של ג&#39;ל דיפוזיה של עובי נתון. אנו נבנו תא טפלון עם שני תאים 100 מיליליטר וחלון עגול דיפוזיה 1.7 סנטימטרים קוטר. תא אחד הוא נשלף, המאפשר הרכבה. חריץ רחב 0.5 סנטימטר המגולף סביב חלון דיפוזיה בתא הקבוע משמש למקום דיסק ג&#39;ל מתרחב. עומק החריץ צריך להיות דומה לעובי ג&#39;ל PAM המיועד לשימוש. אנחנו בוחרים לעבוד עם ג&#39;ל PAM 0.39 מ&quot;מ, ובכך עומק החריץ בתא דיפוזיה שלנו הוא 0.39 מ&quot;מ. תמונה מפורטת של תא דיפוזיה ניתנת באיור 1. כאשר פתרון תחילה מכיל פלוטוניום ממוקם לתוך תא אחד (), לשדר מיני פו יקימו מפל ריכוזים בג&#39;ל ויתחיל להצטבר בתא השני (B), בתחילה מכיל פתרון של אותו הרכב כימי ללא פו . הריכוז הראשוני של מיני פו בתא מוגדר כך שמאהלרNS קבוע או שינויים קטנים מאוד (על ידי 1% -2% לכל היותר) לאורך ניסוי דיפוזיה. זומם הסכום של פו מתפזר לעומת הזמן מספק אמצעי לנתח את הניידות של מיני פו השוררים בתנאים הסביבתיים השונים מדומים. דיפוזיה בשכבות דקות מספקת אלטרנטיבה יקרה ללימודים בניידות פו והתפצלות ויכולה להיות מיושמת בהצלחה בתנאי שטח 10. אפשר להחליף את תא דיפוזיה ידי סמפלר פסיבי, מיוצר עם ג&#39;ל PAM מתרחב ושרף Chelex כשלב המחייב, המשמש לצבור מיני פו לשדר. כגון סמפלר יכול להיחשף בתנאי שטח - כמות פו הצטברו בשרף תהיה מעידה על התפצלות והזמינות הביולוגית של פו בסביבה המתאימה 10. בעבודה זו, השתמשנו תא דיפוזיה לחקור את הניידות של פו (IV) ופו מינים (V) ויחסי הגומלין שלהם עם NOM בתנאי מעבדה. פוrthermore, אנחנו מוחלים דוגמי DGT פסיביים גדולים של פני השטח של 105 סנטימטר 2 ללמוד את הזמינות הביולוגית של פו במעיין קרסטי של שוויצרי יורה ההרים (Venoge הנהר) שבו חלק משמעותי של פו נמצא בחלקים תאיים של טחבים מימיים ב עבודה קודמת 11. בגלל הרמה הנמוכה מאוד של הווה פלוטוניום בסביבה וטהור זה, ספקטרוסקופיית מסות טכניקות (AMS) המבוסס על מאיץ זמינות במכון הטכנולוגי של ציריך שמשו למדידת איזוטופים פלוטוניום.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>239Pu tracer</td>
			<td>CEA</td>
			<td></td>
			<td>Source PU239-ELSC10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>242Pu tracer</td>
			<td>LNSIRR</td>
			<td></td>
			<td>Source Pu242 N&#176; 790 from Laboratory for National Standards of Ionizing Radiation of Russia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25 ml Beakers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette</td>
			<td>Socorex</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable plastic pipettes</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 ml Plastic scintillation vial</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminium foil</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Actinide exchange resin - TEVA - B</td>
			<td>Triskem</td>
			<td>TE-B50-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Actinide exchange resin - TEVA - R cartridges</td>
			<td>Triskem</td>
			<td>TE-R10-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 ml Pipette tips</td>
			<td>Socorex</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PAM gel strip 6&#215;21 cm</td>
			<td>DGT Research Ltd</td>
			<td></td>
			<td>0.39 mm and 0.78 mm thickness / www.dgtresearch.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chelex gel strip 6&#215;21 cm</td>
			<td>DGT Research Ltd</td>
			<td></td>
			<td>0.40 mm thickness / www.dgtresearch.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffusion cell</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Fabricated / in-house workshop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#216; 27 mm Punch</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Fabricated / in-house workshop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic tray</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DGT set-up</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Fabricated / in-house workshop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Membrane filter</td>
			<td>PALL Corporation</td>
			<td></td>
			<td>HT-450 Tuffryn Polysulfone Membrane Disc Filter 0.45 &#956;m / 145 &#956;m thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid&#160;</td>
			<td>Carlo Erba</td>
			<td align="right">408025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">84720</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrocloric acid</td>
			<td>Carlo Erba</td>
			<td align="right">403981</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydriodic acid</td>
			<td>Merck</td>
			<td align="right">100341</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium permanganate</td>
			<td>Merck</td>
			<td align="right">105082</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydrogen sulfate</td>
			<td>Merck</td>
			<td align="right">106352</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfate</td>
			<td>Merck</td>
			<td align="right">106647</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">31440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrite</td>
			<td>Fluka</td>
			<td align="right">71759</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium acetate</td>
			<td>Merck</td>
			<td align="right">106281</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium oxalate</td>
			<td>Fluka</td>
			<td align="right">9900</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bis-(2-ethyl hexyl) phosphoric acid (HEDHP)</td>
			<td>Merck</td>
			<td align="right">177092</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-thenoyltrifluoroacetone (TTA)</td>
			<td>Fluka</td>
			<td align="right">88300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MOPS buffer</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M9381</td>
			<td>MOPS sodium salt</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyclohexane</td>
			<td>Carlo Erba</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Humic acid</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Extracted from an organic-rich soil of an Alpine Valley, freeze-dried, MW 5-40 kDa</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NH4OH</td>
			<td>Carlo Erba</td>
			<td align="right">419943</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeCl3&#183;H2O</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">44944</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

speciation and bioavailability measurements of environmental plutonium using diffusion in thin films

הספיגה הביולוגית של פלוטוניום (פו) במערכות אקולוגיות ימיות היא מדאיגה במיוחד שכן הוא פולט חלקיקי אלפא עם זמן מחצית חיים ארוכים שעלולים לתרום לחשיפה של Biota ובני אדם. מילויים מתרחבים בטכניקת סרטים דקה הוא הציג כאן למדידות באתר של זמינות ביולוגית פו והתפצלות. תא דיפוזיה נבנה עבור ניסויי מעבדה עם פו והפרוטוקול החדש שפותח מאפשר לדמות את ההתנהגות הסביבתית של פו בפתרונות מודל של הרכב כימי שונים. התאמה של מצבי החמצון לפו (IV) ופו (V) שתוארו בפרוטוקול זה היא חיוני כדי לחקור את הכימיה חיזור המורכבת של פלוטוניום באיכות הסביבה. הכיול של טכניקה זו והתוצאות שהתקבלו בניסויי המעבדה יאפשרו לפתח מכשיר DGT ספציפי למדידות פו באתר בfreshwaters. מדידות ספקטרומטר המסה מבוססת Acceleratorשל פו שנצבר על ידי DGTs באביב הקארסט אפשר קביעת הזמינות הביולוגית של פו בסביבת מים מתוקים מינרלים. יישום של פרוטוקול זה למדידות פו באמצעות מכשירי DGT יש פוטנציאל גדול לשיפור ההבנה של התפצלות וההעברה הביולוגית של פו במערכות אקולוגיות ימיות שלנו.

ניסויי דיפוזיה זומם את פעילותם של 239 פו מתפזרת לתוך תא B של תא דיפוזיה לעומת הזמן נותן ייצוג חזותי של השטף של 239 מיני פו לשדר באמצעות ג&#39;ל PAM. מקדמי דיפוזיה מחושבים מחלקות אלה על פי משוואת 1 מספק אמצעים נוספים כדי להשוות את הניידות של 239 מיני חיזור פו השונים בסביבות שונות כימיות (איור 2). איור 5 ממחישים את ניסויי דיפוזיה עם פו (IV) ופו (IV) -Pu (V) מינים מעורבים, בהתאמה, במגבי חיץ ובנוכחותם של 20 עמודים לדקה של HA. השוואה של חלקות אלה מראה כי פו (V) הוא באופן משמעותי יותר מאשר נייד פו (IV) .זה תקפה במיוחד עבור פו (IV) ופו (V) כאשר HA (MW 5-40 kDa בניסויים שלנו, מאופיין ב SI ידי Cusnir et al.) 10 הוא הוסיף כcomplexing מולקולות. פו solut (V) המקורהיון נערך בהתאם לפרוטוקול שתואר במאמר זה מכיל מיני רובה פו (V). חילוץ שלב נוזלי עם HDEHP בסוף ניסוי דיפוזיה במגבים שנאגרו פתרון מצא 80% ± 10% מפו (V). התשואה הכימית להפקה זו היא 80%. הפתרון עם פו (V) בנוכחות של 20 עמודים לדקה של HA היה equilibrated במהלך 24 שעות ופו חלק (V) בפתרון מודל זה היה 35% ± 10%. מחקרים על זמינות ביולוגית פו בfreshwaters הטבעי מכשירי DGT כמה שנבנו במעבדה שלנו נחשפו בהצלחה לתקופות של שבועות עד שלושה שבועות באביב הקארסט של הרי היורה השוויצריים. זהו אביב מינרלים עם pH של המים בטווח של 6.5-7.5, מוליכות מעל 400 סנטימטר מייקרו-שני -1 ורווי בחמצן. ניסויים אלה הוכיחו תחולה טובה וחוסנו של מכלולי ג&#39;ל ללא שמץ של biofouling, אולי גם בגלל tהוא בטמפרטורה נמוכה של האביב (7 מעלות צלזיוס). DGTs תוחזר לאחר הפריסות השתמרו היטב, עם שכבות ג&#39;ל שלמות, שימור הצורה הראשונית ומראה חזותי. פו שנצבר על ידי DGTs נותח על ידי AMS. AMS מספק יתרונות רבים על פני שיטות אנליטיות אחרות: הוא רגיש מאוד (עד לרמות תת-FG), ודורש סכום מדגם ראשוני נמוך בהרבה מאשר אלפא-ספקטרומטריית או טכניקות ICP-MS. בנוסף, הפרעות isobaric מולקולריות, כגון האורניום הידריד (238 UH), או מולקולות אחרות מדוכאות ביעילות במהלך מדידת AMS ולא להפריע לזיהוי פו 239. עבור חלק מסיבות טכניות (ככל הנראה זיהום עם 239 פו בהפרדות כימיות), שלא היינו מסוגל להשתמש בנתונים לפו 239 ליישומים הראשונים של DGTs בתחום. עם זאת, 240 תוצאות פו היו משוחדת. לפיכך, חישבנו את תוכן פו 239 מנמדד &lt;sup&gt; 240 פו, לוקח 0.18 240 פו / 239 יחס אטומי פו לפלוטוניום נשורת. התוצאות מסוכמות בטבלה 1. 239 ריכוזי פו נמדדו בדגימות מים בכמות גדולה דומים לריכוזים שדווחו בעבר לאקוויפר זה (-1 L 1-7 μBq) 11. יתר על כן, 239 ריכוזי פו מחושבים ממדידות DGT דומים בתוך אי הוודאויות של המדידה. מאז DGTs לצבור רק מיני פו חופשיים ויציבים, ניתן להעריך את החלק היחסי של פו הזמין הביולוגי במים זה. הנתונים מובאים בטבלה 1 מצביעים על כך שכל 239 מיני פו ההווה במים בכמות גדולה נמצאים בצורה זמינה ביולוגית. זוהי תוצאה מעניינת לאור הממצאים הקודמים 11, שחשפו את ההצטברות הדומיננטית של 239 240 + פו בחלק תאיים של הטחבים מימיים גדלו באביב בהשוואה ל <sup&gt; 241 Am והאב 90 המחברים 11 הציעו כי הניידות המשופרת של פו באקוויפר זה טבעי הייתה עקב היווצרות של פו מורכב פחמה מסיס, אולי כסוג פו (V) plutonyl, דומה להתרחשות מורכבת uranyl-פחמתי באופן טבעי. מים של המעיין Venoge הוא מים קשים, עם ריכוז גבוה קרבונט ותוכן NOM נמוך מאוד (כ 1 עמודים לדקה). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53188/53188fig1.jpg" /> תא איור 1. דיפוזיה המשמש לניסויים בדיפוזיה פו דרך ג&#39;ל PAM. 0.5 סנטימטרים עובי החריץ, מ&quot;מ עומק חריץ 0.39. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53188/53188fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53188/53188fig2.jpg" /> Snapsh 2. איורOT של גיליון העבודה של Excel המשמשת לחישובים של מקדם הדיפוזיה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53188/53188fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53188/53188fig3.jpg" /> מכשיר איור 3. גדול משטח DGT למדידות התפצלות פו סביבתיות חלקים של מכשיר DGT -. הצלחת התחתונה ומסגרת כיסוי -. מתוארת בצד השמאל, ההרכבה עם חורי צוות על הזכות <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53188/53188fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53188/53188fig4.jpg" /> מכשירי סמפלר איור 4. DGT הקבועים בבעל (משמאל) שנחשפו בspri Venogeng (מימין) למדידות זמינות ביולוגית פו. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53188/53188fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53188/53188fig5.jpg" /> מגרש איור 5. של 239 פו מתפזר לתוך תא B של תא דיפוזיה בסביבות כימיות שונות. מקבלות נקודות נתונים ניסיוניות עבור 239 פו (IV) ופו 239 (V), בהתאמה, במגבי חיץ כמו גם עבור 239 פו (IV) - 239 פו (V) מעורב מינים (35% ± 10% מפו (V)) בנוכחות של HA. הקו הראה לפו 239 (IV) חאג&#39;י חושבו באמצעות מקדם דיפוזיה של 0.50 × 10 -6 סנטימטרים 2 שניות -1 נקבע בעבר 10. מקדמי דיפוזיה מחושבים מהמשוואה 1 הם: פו (IV) במאגר מגבים - 2.29 × 10 -6 סנטימטרים 2 שניות -1, פו (V) במאגר מגבים - 3.50 × 10 -6 סנטימטרים 2 שניות -1, פו (IV) - פו (V) עם HA - 0.92 × 10 -6 סנטימטרים 2 שניות -1. מלמעלה למטה: פו (V) במאגר מגבים (עיגול אדום פתוח), פו (IV) במאגר מגבים (משולשים פתוחים כחולים), פו (IV) - פו (V) בנוכחות של 20 עמודים לדקה של HA (ירוק ריבועים פתוחים), פו (IV) בנוכחות של 20 עמודים לדקה של HA (יהלומים פתוחים חומים). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53188/53188fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> סוג המדגם </td><td> מספר המדידות </td><td> 239 ריכוז פו, L μBq -1 </td></tr><tr><td> מים בכמות גדולה </td><td> 2 </td><td> 1.9 ± 0.55 </td></tr><tr><td> מ&quot;מ DGT 0.39 </td><td> 2 </tד&gt; <td> 1.74 ± 0.9 </td></tr><tr><td> מ&quot;מ DGT 0.78 </td><td> 1 </td><td> 1.79 ± 0.9 </td></tr></tbody></table> טבלת 1. תוצאות עבור נציג 239 מדידות פו על ידי AMS במים בכמות גדולה ודוגמי DGT. 239 פו במים בכמות גדולה הייתה שיתוף זירזה מ -20 ליטר של מים עם hydroxides ברזל, שחולצו על שרף חילוף actinide הספציפי ונמדדו על ידי AMS . 239 ריכוזי פו למדידות DGT מחושבים באמצעות משוואה 2 ומקדם הדיפוזיה לפו (IV). אי ודאויות לk = 2; u (95).

Watch this Scientific Journal Video about Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films at JoVE.com

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

הטכניקה של מילויים מתרחבים בשכבות דקות (DGT) מוצע ללימודי התפצלות של פלוטוניום. פרוטוקול זה מתאר ניסויי דיפוזיה חיטוט ההתנהגות של פו (IV) ופו (V) בנוכחותו של חומר אורגני. DGTs נפרס במעיין קרסטי לאפשר הערכה של הזמינות הביולוגית של פו.

מדידות התפצלות וזמינות ביולוגיות של הסביבה פלוטוניום שימוש דיפוזיה בThin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Engineering

Evolution

Speciation and Diversity

SCIENTISTS IN ACTION

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

איתור והשחזור של פלדיום, מתכות זהב וקובלט ממכרה העירונית באמצעות חיישנים / Adsorbents רומן יעודיים עם נקבוביות-בצורת גלגל עגלה ננומטריים

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

ייצור עקיף של סריג מתכות סעיפים דקים באמצעות יציקה צנטריפוגלי

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

הפקדת electrospray של עובי אחיד Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; וכפי<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; סרטי זכוכית Chalcogenide

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

Dynamics רקומבינציה ב חומרים פוטו סרט דק באמצעות מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

בחיי עיר פיקוח על הפגיעה בביצועים מואצת של תאים סולריים מודולים: חקר מקרה של תאים סולריים2 Se Cu (ב, Ga)

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

ייצור של סרטים צבע דקים עם מאוד קליטת מדיה באמצעות התצהיר זווית אלכסונית

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

פעפוע של המשדרים פסיבי בזרימת הטיה למינריות

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

סרט שליטה ללמוד תרומות של גלים Droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם דק

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

Determining Tribocorrosion Rate and Wear-Corrosion Synergy of Bulk and Thin Film Aluminum Alloys

קביעת קצב Tribocorrosion ואת הסינרגיה ללבישה-קורוזיה של סגסוגות אלומיניום בתפזורת ושכבות דקות

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, ...

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

מולקולרית בסיוע מולקולרי הקרן הצמיחה הגידול של Mg3n2 ו Zn3n2 סרטים דקים

This article describes a procedure for growing Mg3N2 and Zn3N2 films by plasma-assisted molecular beam epitaxy (MBE). The films are grown on 100 oriented ...