在这里, 我们提出了便携式 autoRAD 平台快速辐射分离和确定的90Sr, 一个重要的裂变产品高度相关的核废料。
开发了一种快速、自动化、便携的水样品中放射性锶的分离和测定系统, 采用 Sr 树脂和多序贯流注入分析法。放射性锶的浓度由流动闪烁计数确定, 允许在线和现场确定。该系统可在工业相关水平上确定放射性锶, 而无需进一步修改, 使用的总分析时间为每水样品少于10分钟。检测的限制为 320 fg·g-1 (1.7)。
大约150个商业核电厂正在退役, 但如果将研究和再加工设施考虑到1, 核设施的总数量就会大得多。核设施退役非常昂贵, 涉及运输和关闭污染材料的现场测量。通过采用现场和灵活的测量技术1可以节省开支。因此, 迫切需要迅速提供支持旧核设施退役的现场分析方法。伽玛发射器可以很容易和有选择地确定使用伽玛光谱学, 但在现场分析的方法, 难以测量 (HTM) 放射性核素2。在 HTM 中, 90Sr 由于其毒性和高能量排放引起了极大的兴趣。它的决心是耗时的, 需要分离从干扰和量化使用或分光光度法3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13。
标准的放射化学方法费时费力, 通常需要重复才能获得足够的锶产量。因此, 迫切需要更快、更准确的方法。除标准分离协议外, 流动注射技术还适用于放射性同位素5、14、15的纯化和/或预浓缩。实验室阀门 (爱) 装置是流动技术的进一步发展。它们是可编程的、基于流的平台, 具有不同的耦合模式, 并且具有高通用性16。这种装置允许在检测之前自动分离和预浓缩分析器, 从而增加再现性和重复性8,17,18,19。与 multisyringe 流泵耦合的爱系统被广泛用于检测放射性核素, 因为试剂消耗和废物产生的最小化8,10,17,18,19,20. 然而, 关于超微量水平在线检测的报告研究是稀疏817。
放射性材料的现场测量有许多优点和优点, 但在90Sr 监视中没有应用流闪烁。基本上, 量化是使用在线检测器, 混合的洗脱液来自爱的设备与闪烁鸡尾酒11, 21, 22.然后通过计数单元泵浦混合物, 用配对光电倍增管进行测量。由于单元格体积小, 测量时间为秒刻度。
本研究的目的是开发一种全自动的在线锶检测方法, 其范围广泛, 涵盖了与环境有关的浓度, 也包括在核工业废料流中发现的。该平台是移动的, 可以安装在车辆上进行水样品的现场分析。
放射性特征和保护是核设施生命周期所有阶段的关键问题。核设施退役期间需要进行放射性核素测定, 需要不断改进分析程序。这需要提高选择性和灵敏度, 缩短分析时间。AUTORAD 原型满足了这些要求。此外, 该原型是便携的, 并允许现场确定。建议的自动在线方法成功地应用于测定水样品中的90Sr 活动。
图 1显示了 AutoRAD 系统的示意图。使用商用图形编程语言 LabVIEW 2014 实现了与原型的通信。部署了用于配置、编程和控制接口的虚拟仪器软件体系结构 (VISA) 模式。图 2显示了图形用户界面屏幕, 在系统初始化之前可以验证端口配置。签证模式在操作系统和程序环境上是独立的, 因此提供了特殊的通用性。已开发的软件的基本结构和特点在以前的出版物24中得到了广泛的讨论。通过使用 RS232 接口控制 PC 机的滴定管, 实现了改进, 从而允许同时加强对两滴定管的控制, 以及在停止流模式下进行测量的可能性。相反, 当系统背压增加时, RS232 连接会迅速反应。这可能导致系统错误和测量停止。因此, 在树脂的加载过程中, 必须特别注意样品的离子强度。
用锶稳定同位素86sr 作为放射性90sr 的代理, 并将 AUTORAD 系统耦合到 ICP-MS 而不是 beta detctcor, 实现了实验条件的优化。系统。图 3显示了 ICP-MS 86Sr 洗脱配置文件。获得的86Sr 洗脱配置文件与以前报告的总锶使用低压分离设备25的结果完全一致, 并已被减去空白。采用最小二乘法线性回归法生成不引入额外不确定分量的目的曲线拟合。所得到的线性度为 0.995, 与p值小于意义水平。2 pg·g-1的 LOD 是根据柯里26对空白的重复测量确定的。该方法的重现性基于峰值面积的相对标准偏差, 根据三次重复运行计算, 在10到 120 pg·g-1的范围内始终小于4%。在洗脱剖面中目击的肩部最有可能是由于自动 AUTORAD 配置中列的非最佳包装造成的。
图 4显示了使用无线电流量检测器的90Sr 配置文件。AUTORAD 系统能够有效地在水样品中分离90Sr。
图 5显示了90Sr 浓度与信号在感兴趣范围内是线性的依赖性。导出的检测限制在成品中。g-1范围, 启用, 不作进一步修改, 在核退役和废物表征样品中确定放射性锶。该方法的重现性, 利用流闪烁探测器, 并根据峰值面积的相对标准偏差, 在研究的浓度范围内约为30%。然而, 目前的原型设置限制了它在环境样品中的应用, 这主要是由于探测器的时间数很短。此外, 复杂的矩阵可能饱和的树脂在迷你柱。
在测量过程中, 哈密顿和无线电流量检测器泵停止流动的技术将被实现。这项功能将延长停留时间在样品区域的最大的部分在流动细胞之内, 提高灵敏度。因此, 在样本退出检测器之前, acculated 有统计学意义的信号。这种方法将改进计数统计和检测限制。此外, 正在开发一个新的应用, 其中包括一个额外的离子交换小柱, 用于去除可能影响复杂基质样品中不同放射性核素的保留和分离的基质元件。
The authors have nothing to disclose.
作者希望 aknowledge 参与项目不同步骤的同事和人员。在 JRC 卡尔斯鲁厄设计办公室的同事, Knoche 和 Volkmar 欧内斯特, 在 JRC 卡尔斯鲁厄讲习班基督教 Diebold 和 Küst 为实验室的设计和制造阀门 (爱) 歧管和林瓦尔德 GmbH 为停止流检测模式技术的软件实现。
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 |