STANOVENÍ PLUTONIA A DALŠÍCH VYBRANÝCH AKTINOIDŮ METODOU URYCHLOVAČOVÉ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE
Vědecké články | 2023 | Chemické listyInstrumentace
Urychlovačová hmotnostní spektrometrie (AMS) představuje jednu z nejcitlivějších metod pro stanovení ultra-stopových koncentrací dlouhodobě přeměňujících se radionuklidů ze skupiny aktinoidů. Precizní měření izotopických poměrů plutonia a dalších transuranů má klíčový význam při environmentálních studiích, identifikaci zdrojů kontaminace, sledování oceánských proudů i ověřování nepřípustného šíření jaderných materiálů.
Článek shrnuje postupy separace plutonia a ostatních aktinoidů ze vzorků mořské vody a korálů, přípravu terčových matric (oxidy a fluoridy) a detekční protokol na systému AMS MILEA. Cílem je demonstrovat optimalizaci všech kroků od předkoncentrace, přes chromatografickou separaci až k vlastní hmotnostní analýze za účelem dosažení co nejnižšího detekčního limitu a potlačení izobarických interferencí.
Postup přípravy vzorků zahrnuje:
Spojené protokoly pro mořskou vodu a korálové vzorky dosahují radiochemických výtěžků nad 80 % pro Pu a přítomné aktinoidy. Optimalizace terčových matric umožnila zvýšit iontové proudy PuO⁻, PuF₄⁻ a PuF₅⁻, což vede k vynikající citlivosti a vysoké „abundance sensitivity“. Srovnání oxidových a fluoridových terčů ukázalo, že fluoridová matrice ve směsi s PbF₂ poskytuje vyšší signálové špičky a lepší potlačení izobarických interferencí.
Výzkum směřuje k paralelnímu stanovení více aktinoidů v jediném měření bez další separace, dalšímu snižování limitu detekce pod 10⁻¹⁴ a ke zdokonalení terčových matric i detektorů. To otevře nové aplikační obory v environmentální chemii, oceánografii a jaderném dohledu.
AMS zůstává nepostradatelnou metodou pro ultra-stopovou analýzu aktinoidů. Díky pokroku v chemické separaci, přípravě matric a technickém vylepšení přístrojů (AMS MILEA) lze dosahovat dosud nepřekonaných detekčních limitů a spolehlivosti měření, což významně podporuje environmentální monitoring a záruky nešíření jaderných materiálů.
Ostatní
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceSouhrn
Význam tématu
Urychlovačová hmotnostní spektrometrie (AMS) představuje jednu z nejcitlivějších metod pro stanovení ultra-stopových koncentrací dlouhodobě přeměňujících se radionuklidů ze skupiny aktinoidů. Precizní měření izotopických poměrů plutonia a dalších transuranů má klíčový význam při environmentálních studiích, identifikaci zdrojů kontaminace, sledování oceánských proudů i ověřování nepřípustného šíření jaderných materiálů.
Cíle a přehled studie / článku
Článek shrnuje postupy separace plutonia a ostatních aktinoidů ze vzorků mořské vody a korálů, přípravu terčových matric (oxidy a fluoridy) a detekční protokol na systému AMS MILEA. Cílem je demonstrovat optimalizaci všech kroků od předkoncentrace, přes chromatografickou separaci až k vlastní hmotnostní analýze za účelem dosažení co nejnižšího detekčního limitu a potlačení izobarických interferencí.
Použitá metodika a instrumentace
Postup přípravy vzorků zahrnuje:
- Spolusrážení aktinoidů s Fe(OH)₃ pro předkoncentraci z velkých objemů.
- Extrakční chromatografii na sloupcích TEVA Resin™ (PuIV) a UTEVA Resin™ (UVI) pro rozdělení Pu a U; DGA Resin™ pro separaci Am.
- Odpaření eluátů a převedení do terčových matric: oxidových (Fe₂O₃, TiO₂) nebo fluoridových (PrF₃/NdF₃, PbF₂).
- Detekci na urychlovači AMS MILEA s gas ionization detector (Pu³⁺) a Faradayovým detektorem (U).
- Nastavení elektrostatického analyzátoru a magnetických elementů pro potlačení přeslechů ²³⁸U/²³⁹Pu.
Hlavní výsledky a diskuse
Spojené protokoly pro mořskou vodu a korálové vzorky dosahují radiochemických výtěžků nad 80 % pro Pu a přítomné aktinoidy. Optimalizace terčových matric umožnila zvýšit iontové proudy PuO⁻, PuF₄⁻ a PuF₅⁻, což vede k vynikající citlivosti a vysoké „abundance sensitivity“. Srovnání oxidových a fluoridových terčů ukázalo, že fluoridová matrice ve směsi s PbF₂ poskytuje vyšší signálové špičky a lepší potlačení izobarických interferencí.
Přínosy a praktické využití metody
- Identifikace původu plutonia (globální spad vs. provozní emise) pomocí poměru ²⁴⁰Pu/²³⁹Pu.
- Stopování sedimentačních a migračních procesů díky nízké mobilitě Pu a Am v prostředí.
- Analýza oceánských proudů a vertikálního míchání vodních mas na základě distribuce aktinoidů.
- Ověřování nešíření jaderných materiálů prostřednictvím přesných izotopických poměrů.
Budoucí trendy a možnosti využití
Výzkum směřuje k paralelnímu stanovení více aktinoidů v jediném měření bez další separace, dalšímu snižování limitu detekce pod 10⁻¹⁴ a ke zdokonalení terčových matric i detektorů. To otevře nové aplikační obory v environmentální chemii, oceánografii a jaderném dohledu.
Závěr
AMS zůstává nepostradatelnou metodou pro ultra-stopovou analýzu aktinoidů. Díky pokroku v chemické separaci, přípravě matric a technickém vylepšení přístrojů (AMS MILEA) lze dosahovat dosud nepřekonaných detekčních limitů a spolehlivosti měření, což významně podporuje environmentální monitoring a záruky nešíření jaderných materiálů.
Použitá instrumentace
- Urychlovačová hmotnostní spektrometrie AMS MILEA (ETH Zürich)
- Extrakční chromatografické kolony TEVA Resin™, UTEVA Resin™, DGA Resin™ (Eichrom Technologies)
- Gas ionization detector, Faradayův detektor
- Terčové matrice: Fe₂O₃, TiO₂, PrF₃, NdF₃, PbF₂
Reference
- Hrnecek E., Steier P., Wallner A.: Appl. Radiat. Isot. 63, 633 (2005).
- http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/, staženo 11. 11. 2022.
- Hou X., Roos P.: Anal. Chim. Acta 608, 105 (2008).
- Wallner A. et al.: Nat. Commun. 6, 5956 (2015).
- Kazi Z. H. et al.: Anal. Chim. Acta 829, 75 (2014).
- Christl M. et al.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 331, 225 (2014).
- Geckeis H. et al.: https://www.osti.gov/servlets/purl/1606477, staženo 11. 11. 2022.
- Steier P. et al.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 458, 82 (2019).
- Lopez Lora M. et al.: Talanta 178, 202 (2018).
- Hain K. et al.: Front. Mar. Sci. 9, 837515 (2022).
- Nomura T. et al.: Mar. Chem. 190, 28 (2017).
- Dai X. et al.: Anal. Chem. 88, 2832 (2016).
- Gastaud J. et al.: Prog. Oceanogr. 89, 92 (2011).
- Hain K. et al.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 361, 505 (2015).
- Eichrom Technologies: www.eichrom.com, staženo 11. 11. 2022.
- Winkler S. R., Steier P., Carilli J.: Earth Planet. Sci. Lett. 124, 359 (2012).
- Špendlíková I.: Disertační práce, ČVUT v Praze (2015).
- Kazi Z. H. et al.: R. Soc. Chem. 30, 2235 (2015).
- Zhao X.-L. et al.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 268, 807 (2010).
- Steier P. et al.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 66, 2246 (2008).
- Christl M. et al.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 294, 29 (2013).
- Němec M.: Chem. Listy 117, 86 (2023).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
PRINCIPY A POUŽITÍ URYCHLOVAČOVÉ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE
2023||Vědecké články
Referát www.chemicke-listy.cz PRINCIPY A POUŽITÍ URYCHLOVAČOVÉ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE Mojmír Němec Katedra jaderné chemie, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT v Praze, Břehová 7, 115 19 Praha 1 [email protected] Došlo 2.6.22, přijato 19.7.22. Urychlovačová hmotnostní spektrometrie (AMS) představuje ultracitlivou analytickou metodu…
Klíčová slova
ams, amsiontů, iontůsvazek, svazekurychlovače, urychlovačesvazku, svazkuizotopů, izotopůdatování, datováníjaderných, jadernýchionty, iontypro, propři, přizáporných, zápornýchjsou, jsounebo, nebovelmi
STANOVENÍ 236U URYCHLOVAČOVOU HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIÍ A JEHO VYUŽITÍ
2023||Vědecké články
Referát www.chemicke-listy.cz STANOVENÍ 236U URYCHLOVAČOVOU HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIÍ A JEHO VYUŽITÍ Tomáš Prášek, Mojmír Němec a Kateřina Fenclová Katedra jaderné chemie, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT v Praze, Břehová 7, 115 19 Praha 1, Česká republika [email protected] Došlo 27.10.22, přijato…
Klíčová slova
uranu, uranuuteva, utevapro, proteva, tevaams, amseichrom, eichromspadu, spaduseparaci, separacispolusrážení, spolusráženítrasy, trasyjeho, jehonuclear, nuclearproduktové, produktovévzorků, vzorkůstanovení
METODIKA A APLIKACE STANOVENÍ KOSMOGENNÍCH RADIONUKLIDŮ 10Be A 26Al URYCHLOVAČOVOU HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIÍ
2023||Vědecké články
Referát www.chemicke-listy.cz METODIKA A APLIKACE STANOVENÍ KOSMOGENNÍCH RADIONUKLIDŮ 10 Be A 26Al URYCHLOVAČOVOU HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIÍ Jan Kučeraa, Jan Kameníka, Roman Garbaa,b a Pavel P. Povinecc a Ústav jaderné fyziky AV ČR, v. v. i, Řež 130, 250 68 Husinec-Řež, Česká…
Klíčová slova
datování, datováníams, amsstáří, stářízáření, zářeníkosmogenních, kosmogenníchuložení, uloženíradionuklidů, radionuklidůkřemeni, křemenikosmického, kosmickéhoatmosféře, atmosféřeexpozice, expozicepro, propaleoklimatologii, paleoklimatologiistanovením, stanovenímnuklidu
MILNÍKY A VYBRANÉ APLIKACE RADIOUHLÍKOVÉHO DATOVÁNÍ
2023||Vědecké články
Referát www.chemicke-listy.cz MILNÍKY A VYBRANÉ APLIKACE RADIOUHLÍKOVÉHO DATOVÁNÍ Vojtěch Valášeka,b, Markéta Petrováa,c, Ivo Světlíka, Veronika Brychováa, Jan Kubančákd a Kateřina Pachnerová Brabcováa a Ústav jaderné fyziky AV ČR, v.v.i., Na Truhlářce 39/64, 180 00 Praha, b Ústav pro životní prostředí,…
Klíčová slova
datování, datováníradiouhlíkové, radiouhlíkovéradiouhlíku, radiouhlíkuradiouhlíkového, radiouhlíkovéhokalibrační, kalibračníkřivky, křivkymoderních, moderníchbombové, bombovénarození, narozenínebo, nebobombového, bombovéhopromítá, promítáživočichy, živočichydesítky, desítkystáří