ANALÝZA ANORGANICKÝCH SPECIÍ SELENU S VYUŽITÍM HPLC A ICP/MS PRO SLEDOVÁNÍ MOBILITY SELENU V INŽENÝRSKÝCH BARIÉRÁCH JADERNÉHO ÚLOŽIŠTĚ

Význam tématu

Udržení dlouhodobé bezpečnosti jaderných úložišť závisí na účinném zadržení radionuklidů, zejména izotopu 79Se, jehož mobilita silně závisí na chemické speciaci. Spolehlivé stanovení anorganických forem selenu (selenitan, selenan) je proto klíčové pro hodnocení migračních procesů v inženýrských bariérách, například v bentonitu.

Cíle a přehled studie

Hlavními cíli bylo optimalizovat chromatografickou separaci nedradiativních forem selenu (HSe⁻, Se(IV), Se(VI)), navrhnout kvantifikační metodu s ICP-MS a aplikovat ji na sledování změn speciace selenu v syntetické póré vodě kompatibilní s bentonitem při různých hodnotách pH.

Použitá metodika a instrumentace

Byly testovány dvě chromatografické techniky:

• Reverzní fáze (kolona RP-C8, Purospher 250×4,6 mm, 5 µm) s mobilní fází obsahující sodný butansulfonát, malonovou kyselinu, hydroxid tetramethylamoný a metanol.
• Aniontově-výměnná chromatografie (kolona PRP X100, Hamilton 250×4,6 mm, 5 µm) s mobilní fází amonného citrátu a metanolu.

Detekce byla zajištěna on-line spojením HPLC s ICP-MS (Perkin Elmer Elan DRC-e) vybaveným dynamickou reaktivní celou a metanem jako reakčním plynem. Pro sorpční pokusy se použily třepačka IKA KS 130, centrifuga Hemrle Z366 a filtr Millex 0,45 µm.

Hlavní výsledky a diskuse

Reverzní fáze nevykázala dostatečné rozlišení Se(IV) a Se(VI) (R max. 1,4), proto byla metoda přesměrována na IEC, která dosáhla vynikajícího rozlišení (R > 20 při pH 5) s časem analýzy kolem 25 minut. Linearita kalibrace byla potvrzena; meze detekce činily 0,12 µg l⁻¹ pro Se(IV) a 0,16 µg l⁻¹ pro Se(VI). Hydrogenselenid se ukázal jako nevhodný kvůli rychlé oxidaci na elementární selen a nízkému zotavení (< 2 %).

Sorpční experimenty prokázaly částečnou oxidaci selenitanu na selenan: při pH 8 se z 100 % Se(IV) stalo 3,3 % Se(VI), při pH 11,5 až 16,9 % Se(VI). Selenan zůstal při pH 8 i 11,5 většinou nezměněn; při pH 7 se z něj přeměnilo pouze 0,29 % na Se(IV).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí vysokou selektivitu a citlivost pro speciační analýzu stopových koncentrací Se(IV) a Se(VI) v prostředí simulujícím bariérový systém jaderného úložiště. Umožňuje online monitorování a podporuje geochemické hodnocení stability radionuklidů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další výzvou je stabilní analýza hydrogenselenidu za přísně redukčních podmínek, např. v inertní atmosféře nebo s novými redukčními činidly. Perspektivní je rovněž rozšíření metody na organické formy selenu, miniaturizace systému a jeho integrace do in situ monitorovacích sítí jaderných úložišť.

Závěr

On-line spojení IEC s ICP-MS se prokázalo jako spolehlivý nástroj pro separaci a kvantifikaci Se(IV) a Se(VI) ve vodách interagujících s bentonitem. Stanovené detekční limity, linearita a schopnost sledovat konverzi specií v závislosti na pH poskytují cenná data pro hodnocení migrace izotopu 79Se.

Reference

• Křížová V.: Výzkumná zpráva č. BIZ95-O6. VŠCHT, Praha 1995.
• Narty N., Fritéz B., Clement A., Michau N.: Appl. Clay Sci. 47, 82 (2010).
• Arcos D. et al.: J. Contam. Hydrol. 102, 196 (2008).
• Ashworth D. J., Moore J., Shaw G.: J. Environ. Radioact. 99, 1136 (2008).
• Breynaert E. et al.: Environ. Sci. Technol. 44, 6649 (2010).
• Mulugeta M. et al.: J. Chromatogr., A 1217, 6186 (2008).
• Dumont E. et al.: J. Anal. At. Spectrom. 19, 167 (2004).
• Eichler Š., Mestek O.: Chem. Listy 105, 24 (2011).