Brzo određivanje 89,90Sr u kompleksnim uzorcima Čerenkovljevim brojenjem na kromatografskoj koloni

disertacija

• Naslov (engleski): Rapid determination of 89,90Sr in complex samples by Cherenkov counting on chromatographic column
• Autor: Ivana Coha
• Mentor: Danijela Ašperger (mentor)
• Mentor: Željko Grahek (mentor)
• Član povjerenstva: Stjepan Milardović (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Vladimir Dananić (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Željka Knežević Medija (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2019-10-30, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: PRIRODNE ZNANOSTI; Kemija; Analitička kemija
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 54 - Kemija. Kristalografija. Mineralogija

Sažetak

U radu je razvijena metoda brzog, pouzdanog i jednostavnog istovremenog određivanja 89,90Sr na koloni u kompleksnim uzorcima iz okoliša, s granicom detekcije koja zadovoljava najstrože propise. U cilju smanjenja udjela ljudskog rada, trajanja analize i proizvodnje otpada razvijen je automatizirani sustav vezanja 89,90Sr na stroncij specifičnoj koloni volumena do 1 mL i odjeljivanja od svih interferirajućih elementa sa off line detekcijom Čerenkovljevog zračenja direktno na koloni. Istraživanja usmjerena na karakterizaciju visoko specifičnih smola za izolaciju stroncija iz kompleksnih matica (utemeljenih na principima molekularnog prepoznavanja) pokazala su kako SuperLig 620 ima visok afinitet prema stronciju iz širokog raspona koncentracija dušične kiseline, ali i klorovodične kiseline, visoko je selektivan te ne mijenja svojstva pri različitim ispitanim brzinama protoka od 1 do
10 mL/min. Stoga je korištenjem SuperLig 620 pronađen optimalan postupak koncentriranja i izolacije 89,90Sr i 90Y iz tekućih i krutih uzoraka te njihovog odjeljivanja od interferirajućih elementa uz visoku učinkovitost izolacije stroncija iz uzoraka različitih sastava (voda, tlo, vegetacija). Primjenom ravnotežno disperzijskog modela kromatografije studirana je osjetljivost kolona punjenih različitim visoko specifičnim smolama na varijacije koncentracije stroncija i prisutnost drugih elementa s ciljem predviđanja maksimalne učinkovitosti izolacije. Rezultati dobiveni razvojem i optimiranjem metode Čerenkovljeve sukcesivne detekcije na koloni pokazali su kako se smanjenjem anizotropnosti Čerenkovljevog zračenja može povećati učinkovitost detekcije. Kolona na kojoj je vezan stroncij prije detekcije stavlja se u scintilacijsku bočicu napunjenu vodom kako bi se povećalo raspršenje proizvedenih fotona i povećala učinkovitost detekcije Čerenkovljevog zračenja. Dodatno, prisutnost nitratnih iona u uzorku odnosno na koloni povećava učinkovitost detekcije brojanjem uzoraka na Tri-Carb instrumentu, korištenjem opcije za niskoaktivne uzorke. Tijekom istraživanja osmišljen je upravljački program pomoću kojeg se vodi automatizirani sustav koji se sastoji od sekvencijskih ventila, peristaltičke pumpe i kolona. Radi proširenja omjera aktivnosti 89Sr/90Sr u kojem je moguće brzo i pouzdano odrediti oba izotopa, razvijena metoda usmjerena je na detekciju izotopa na koloni odmah nakon izolacije i naknadnog eluiranja 90Y pomoću 0,01 mol/L HNO3 samo nekoliko sati nakon prirasta, a radi dodatnog skraćivanja vremena analize, DGA kolona spojena je u seriju sa SuperLig kolonom, gdje se odmah nakon odjeljivanja, 89Sr odredi na SuperLig koloni, a 90Sr preko 90Y vezanog na DGA kolonu. Na temelju provedenih istraživanja kreiran je automatizirani postupak izolacije koji je u kombinaciji s razvijenom tehnikom detekcije na koloni rezultirao razvojem pouzdane i brze metode određivanja 89,90Sr koja zahtijeva minimalan ljudski angažman, te bitno skraćuje vrijeme analize (trajanje analize sada najviše ovisi o tehničkim karakteristikama instrumenta). Razvijena metoda testirana je određivanjem oba izotopa u interkomparacijskim uzorcima dobivenih od međunarodnih organizacija (Analytics, ERA, IAEA) te je dokazano kako je primjenjiva za različite vrste uzoraka od niskoaktivnog otpada pa sve do morske vode gdje je moguće odrediti i koncentraciju aktivnosti 90Sr manju od 0,3 Bq/L. Dodatno, dokazano je da je metodologija primjenjiva i za izolaciju 210Pb, te njegovo gama-spektrometrijsko određivanje u uzorcima vode. Primjenom novorazvijenog minijaturiziranog eksperimentalnog postava i automatiziranog postupka izolacije 89,90Sr te off line Čerenkovljeve detekcije direktno na koloni bitno je skraćeno vrijeme trajanja analize, uz smanjenje udjela ljudskog rada, potrošnje reagenasa i posljedično proizvedenog otpada.

Sažetak (engleski)

The paper presents a method of rapid, reliable and simple simultaneous on column determination of 89,90Sr in complex environmental samples, with detection limits that meets the strictest regulations. In order to reduce human labor, time of analysis and waste production, semi - automated procedure for 89,90Sr determiation was developed. For this purpose, a strontium specific columns of volume up to 1 mL were used to separate Sr from all interfering elements with off line detection of Cherenkov's radiation directly on column. Investigations directed to the characterization of highly specific resin for Sr isolation from complex matrix (based on molecular recognition principles) have shown that SuperLig 620 has a high affinity for strontium from a wide range of nitric acid concentrations as well as hydrochloric acid. The SuperLig 620 is highly selective material which does not change it's properties at different tested flow rates from 1 to 10 mL/min. Therefore, by using SuperLig 620, the procedure of 89,90Sr and 90Y isolation and separation from liquid and solid samples was optimized. Thir separation from interfering elements with high yield of strontium isolation was ahieved from samples of different compositions (water, soil, vegetation). Using the equilibrium dispersion model of chromatography, the sensitivity of columns filled with different highly specific resins was studied, by varying strontium concentration and the presence of other elements with the aim of predicting the maximum efficiency of isolation. The results obtained by the development and optimization of Cherenkov's successive on column detection showed that decreasing the anisotropy of Cherenkov's radiation can increase the detection efficiency. The column with bounded strontium prior detection is placed in a scintillation vial filled with water to increase the scattering of the produced photons and consequently to increase the detection efficiency of Cherenkov radiation. In addition, the presence of nitrate ions in the sample or in column increases the detection efficiency without significant increase of background count rate by counting samples on the Tri-Carb instrument, in low level counting mode. Within the research, an automated system for chromatographic separation was developed, which consist of sequential valves, peristaltic pumps and columns. In order to extend the 89Sr/90Sr ratio, where both isotopes can be quickly and reliably determined, the developed method is directed to immediate detection after isolation and subsequent elution of 90Y with 0.01 mol/L HNO3 only few hours after ingrowth. Finally, the DGA column is connected to the SuperLig column, for further analysis time reduction, where immediately after the separation, 89Sr is determined on the SuperLig column and 90Sr via 90Y bounded on DGA column. Based on the investigations conducted, an automated isolation procedure was developed and combined with the developed on column detection technique. The resulted procedure provides reliable and rapid 89,90Sr determination which requires less human work and substantially shortens the time of analysis (duration of analysis now largely depends on the technical characteristics of the instrument). The developed method was tested by determining both isotopes in intercomparison samples obtained from international organizations (Analytics, ERA, IAEA) and proved to be applicable to different types of samples from low-level waste up to seawater where 90Sr activity concentration even lower than 0.3 Bq/L was determined. In addition, it has been proved that the methodology is also applicable for isolation of 210Pb, and its further gamaspectrometric determination in water samples. The newly developed miniaturized and automated setup for 89,90Sr isolation and the subsequent off line Cherenkov detection directly on the column, significantly shortens the time analysis, reduces human work, the consumption of the reagents and consequently the amount of waste produced.

• Ključne riječi: brzo određivanje; Čerenkovljevo zračenje; ekstrakcija na čvrstoj fazi; detekcija na koloni; radioaktivni stroncij; SuperLig 620
• Ključne riječi (engleski): rapid determination procedure; Cherenkov effect; solid phase extraction; column detection; radioactive strontium; SuperLig 620
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:200228
• Datum promocije: 2019
• Studijski program: Naziv: Inženjerska kemija; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski doktorski; Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje kemija (dr. sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Opseg: 225 str. ; 30 cm
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2023-08-28 11:22:49