Trace-level determination of anions in the primary circuit of a PWR-type nuclear power plant using ion chromatography after inline sample preparation

Význam tématu

Analýza aniontů v primárním okruhu tlakovodních reaktorů (PWR) je klíčová pro zajištění bezpečného provozu jaderné elektrárny. Stopy chloridů, nitrátů, síranů i organických kyselin mohou indikovat korozi materiálů nebo degradaci ionexů a ovlivnit účinnost řízení reaktoru. Přítomnost vysokých koncentrací borové kyseliny a přechodových kovů však komplikuje přesnou kvantifikaci ultrastopových hladin aniontů, což vyžaduje pokročilé techniky přípravy vzorku a citlivou detekci.

Cíle a přehled studie

Cílem popsané práce je vyvinout a validovat metodu pro stopovou determinaci aniontů (inorganických i organických degradačních produktů) v silně borátovaném vodném roztoku primárního okruhu PWR. Metoda kombinuje inline přípravu vzorku (eliminace matice, kationtovou výměnu, prekoncentraci a kalibraci) s iontově chromatografickou separací a detekcí.

Použitá metodika a instrumentace

Postup zahrnuje následující kroky:

• Inline kationtová výměna k odstranění interferujících kovových iontů
• Eliminace borové matice prostým proplachem sorbentu vodou po prekoncentraci
• Inline prekoncentrace na předkoloně (PCC) s objemem vzorku až 2000 µL
• Isokratická chromatografie na kolóně Metrosep A Supp 7 – 250
• Inline kalibrace využívající jedinou zředěnou standardní směs
• Chemická suppressní technika pro zvýšení citlivosti detekce

Použitá instrumentace

• Professional IC 850 Anion – MCS – Prep 2
• Professional Sample Processor 858 – Pump – Injector
• 833 Advanced IC Liquid Sample Preparation Unit
• Dosing Unit 10 mL a 800 Dosino
• Metrohm inline prekoncentrační kolona Metrosep A PCC 1HC
• Separanční kolona Metrosep A Supp 7 – 250 se strážní kolónou Metrosep RP Guard

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožnila kvantifikaci deseti aniontů v rozsahu jednotek až stovek ppb s vynikající linearitou korelačních koeficientů nad 0,9999. Relativní standardní odchylky byly typicky pod 1 % (výjimkou pouze organické kyseliny glykolát s RSD 0,07 % a fluorid 0,29 %). Inline kalibrace z jediného standardu prokázala konzistentní výsledky napříč různými objemy vzorku. Eliminace boru i kovů proběhla bez ovlivnění separace a detekce aniontů. Robustnost systému potvrzuje stabilita výsledků v náročných provozních podmínkách turbínové haly.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přináší tyto výhody:

• Minimální zásah obsluhy díky plně automatizované inline přípravě
• Možnost prevence koroze v primárním okruhu včasným detekováním stopových kontaminantů
• Vyšší spolehlivost měření v silně borátovaných vodách
• Rychlá a přesná multiiontová analýza v jedné isokratické separaci

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšíření metody do online sledování kvality vody v reálném čase a její integrace do řídicích systémů jaderných elektráren představuje perspektivní směr dalšího vývoje. Další možnosti spočívají ve spojení s hmotnostní spektrometrií pro zpřesnění identifikace organických produktů a ve využití miniaturizovaných kapilárních systémů pro mobilní monitoring.

Závěr

Inline příprava vzorku spojená s iontově chromatografickou separací poskytuje spolehlivou, přesnou a robustní metodu pro stopovou analýzu aniontů v náročných podmínkách primárního okruhu PWR. Díky vysoké citlivosti, linearitě a automatizaci je metoda vhodná pro pravidelné monitorování kvality vody a prevenci korozních procesů.