STANOVENÍ PLUTONIA A DALŠÍCH VYBRANÝCH AKTINOIDŮ METODOU URYCHLOVAČOVÉ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

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).