Increasing accuracy and precision of uranium isotope ratios by Thermal Ionization Mass Spectrometry using 1013 Ω amplifier technology

Význam tématu

Precizní stanovení izotopových poměrů uranu je klíčové v jaderné ochraně, forenzní analýze a průmyslové kontrolní analytice. Zlepšení citlivosti a přesnosti umožňuje spolehlivou detekci stopových množství minoritních izotopů a rozšíření aplikací na vzorky s omezeným objemem.

Cíle a přehled studie / článku

Studie porovnává klasické 1011 Ω zesilovače s novou 1013 Ω Amplifier Technology™ v termální ionizační hmotnostní spektrometrii (TIMS). Hlavním cílem bylo ověřit zlepšení přesnosti a spolehlivosti stanovení izotopových poměrů 234U/238U, 236U/238U a 235U/238U při různých množstvích uranu ve vzorcích NBS U-500 a NBS U-010.

Použitá metodika a instrumentace

• Technika total evaporation na přístroji Thermo Scientific™ Triton™ XT TIMS.
• Zesilovače: standardní 1011 Ω a inovované 1013 Ω Amplifier Technology™ pro Faradayovy detektory.
• Vzorky: NBS U-500 a NBS U-010, množství 0,5–20 ng uranu aplikované na dvojitá rhenová vlákna.
• Průběh analyzy: kontinuální a řízená evaporace s cílovou intenzitou iontového proudu.
• Prováděné experimenty:
  1. Porovnání 234U/238U a 236U/238U u 20 ng vzorků se 1011 Ω a 1013 Ω zesilovači.
  2. Analýza 235U/238U při velmi nízkých množstvích 235U (0,2 ng až 5 pg) s 1013 Ω zesilovačem pro 235U.

Hlavní výsledky a diskuse

• 1013 Ω zesilovače zlepšily přesnost 234U/238U až čtyřnásobně (z 0,19 % na 0,05 % 1 RSD) a 236U/238U až desetinásobně (z 1,08 % na 0,08 % 1 RSD) u 20 ng vzorků.
• Při množství 0,5 ng uranu byl při 235U/238U dosažen 1 RSD ~0,5 % (odpovídá 5 pg 235U), což dokazuje vysokou stabilitu i na hranici detekce.
• Zachování vysoké opakovatelnosti u stopových hladin rozšiřuje možnosti aplikace v jaderných forenzních a safeguard programech.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšená citlivost a přesnost měření izotopových poměrů v malých vzorcích pro jaderný průmysl, environmentální monitoring a forenzní analýzu.
• Metoda total evaporation zajišťuje kompletní využití vzorku bez hmotnostní bias korekce.
• Schopnost analyzovat stopová množství uranu (řádově pg) otevírá novou perspektivu pro sledování nízkoabundantních izotopů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další vývoj zesilovačových technologií směřující ke snížení šumu a rozšíření dynamického rozsahu.
• Integrace vysoce stabilních zesilovačů do mobilních přenosných zařízení pro on-site jaderný monitoring.
• Rozšíření aplikace na další radioizotopy a kombinace s jinými spektrometrickými technikami pro multidisciplinární analýzy.

Závěr

Použití 1013 Ω Amplifier Technology™ v TIMS výrazně zvyšuje přesnost a spolehlivost stanovení uranových izotopových poměrů, zejména u malých vzorků. Total evaporation umožňuje úplnou analýzu vzorku bez dodatečného mass biasu, což přináší vyšší opakovatelnost i při stopových koncentracích.

Reference

• Richter S. et al. J. Anal. At. Spectrom. 2011, 26, 550–564.