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Metodología analítica rápida para la
determinación de emisores alfa y beta
mediante centelleo líquido en aguas
Jordi Fons Castells
Laboratori de Radiologia Ambiental
Dept. Enginyeria Química i Química Analítica
Motivación
• Directiva 2013/51/EURATOM
▫ 3H < 100 Bq L-1
▫ 222Rn < 100 Bq L-1
▫ Dosis indicativa < 0,1 mSv año-1
Índices de actividad
α < 0,1 Bq L-1
β < 1 Bq L-1
• Interés de los métodos rápidos
▫ Casos de emergencia
▫ Localización de puntos calientes
Objetivo
• Definir un protocolo para la determinación de la
mayoría de los radionucleidos que contempla la
directiva mediante el uso de métodos rápidos y
análisis multivariante PLS.
▫ Optimizar métodos de análisis rápidos
▫ Crear una librería de espectros para alimentar los
modelos PLS
▫ Desarrollar modelos de calibración multivariante
(PLS) para la deconvolución en espectros de LSC
▫ Validar y aplicar el protocolo a muestras naturales
Métodos
Muestra (500 mL)
Muestra (5 L)
Filtración
RAD disk
Geometría
calibrada
RAD disk con Ra y Pb
MEDIDA (Espec. γ)
Elución
7 mL
HCA
CANBERRA BEGe 3830
Tiempo contaje 300 min
Programa propio Gammalab
Espectrometría gamma
RAD disk (Ra)
HCA eluido (Pb)
RADdisk
+ 20ml
Hisafe III
5ml
+ 15ml
Hisafe III
MEDIDA (LSC)
226Ra, 228Ra
MEDIDA (LSC)
210Pb
RAD disk (LSC)
Métodos
Muestra (100 mL)
Muestra (8 mL)
HCl
Cóctel:
Muestra
8:12
Muestra acidificada
MEDIDA (LSC)
∆
Muestra concentrada
(10 ml)
QUANTULUS 1020
MEDIDA (LSC)
Viales de PE 20 mL
Tiempo contaje 400 min
Ultima Gold AB
PSA = 100
(calibrado con 40K y 236U)
LSC evaporación
LSC directo
Cóctel:
Muestra
8:12
Calibración multivariante en espectrometría de
centelleo líquido. Tratamiento de espectros
Librería de espectros radionucleidos de la directiva,
3 niveles de actividad por triplicado
90
90
90
Sr/90Y BETA SPECTRUM
Sr/ Y ALPHA SPECTRUM
600
600
500
500
400
400
600
600
40
40
Espectro beta
K
Co
500
500
60
60
Espectro
alfa
Counts
300
100
100
400
500
600
Channels
700
800
900
0
0
1000
200
200
100
100
100
200
300
400
500
600
Channels
700
800
900
1000
00
00
700
600
500
400
300
200
100
0
-100
700
600
BETA
a
ALFA
500
400
200
400
400
600
600
500
400
BETA
b
ALFA
500
400
300
200
300
300
Data
300
Data
200
U
241
241
Am
300
300
200
100
nat
nat
300
200
0
0
90
Sr/ Y
137
137
Cs
Cuentas
Counts
90
90
400
400
200
200
100
100
0
0
-100
-100
100
0
-100
0
100
200
300
400
500
500
600
Variables
Canales
700
800
900
1000
1000
1100
100
200
300
400
0
Centrado en la media
Suavizado
500
500
600
Variables
Canales
700
800
900
1000
1000
1100
800800
10001000
1200 1200
Calibración multivariante en espectrometría de
centelleo líquido. Creación del modelo
(Matriz espectros patrón)
VARIABLES OBSERVABLES
(PREDICTORES)
Modelo
PLS
(Actividad de las
muestras)
(Matriz espectros de muestras)
VARIABLES OBSERVABLES
(PREDICTORES)
VARIABLES A
DETERMINAR
(Matriz actividad
patrones)
Modelo
PLS
?
Validación de los modelos creados
-1) kg-1)
(Bq
determinada
Actividad
activity (Bq kg
Predicted
00
11
11
50
50
15
15
10 a
10
55
00
-5
-5
00
15
15
10
10
55
40 d
40
20
20
00
-20
-20
00
10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
60
60
40 b
40
40
40
20
20
20
20
0000
-20
-20
-20
-20
0000
15
15
15
15
e
10
10
10
10
5555
0000
-5
-5-5
-5
0000
44
22
40
40
40
40
c
20
20
20
20
20
20
20
20
40
40
40
40
60
60
60
60
5555
10
10
10
10
15
15
15
15
0000
-20
-20
-20
-20
10
10
0000 10
10
15
15
15
15
f
10
10
10
10
5555
0000
-5
-5-5
-5
0000
50
50
40 50
40
30 40
30
20 30
20
20
50
40
30
20
5555
10
10
10
10
15
15
15
15
Added activity (Bq kg-1)
Actividad añadida (Bq kg-1)
Fons-Castells, J., et. al. Simultaneous determination of specific alpha and beta emitters by
LSC-PLS in water samples, J Environ Radioact 2016
-2--2
Protocolo de aplicación de los distintos métodos
y creación de modelos PLS
100 mL
LSCconc.
1,5 hrs / 6 horas
α < 0,1 Bq L-1
Dosis
indicativa
< 0,1
Si
β < 1 Bq L-1
No
LSC
1000 mL
500 mL
10 mL
RAD disk
Espect. γ
LSCdir.
1 hora / 10 horas
5 min / 5 horas
5 min / 6 horas
Se cuantifican:
226Ra, 228Ra y
210Pb
Se cuantifican:
60Co, 134Cs, 137Cs y
241Am
Se cuantifican:
3H y 14C
PLS
Se cuantifican:
natU, 40K,
90Sr/90Y y
239+240Pu
Se construye un modelo
PLS con los radionucleidos
cuantificados + natU, 40K,
90Sr/90Y y 239+240Pu
Aplicación. Ejercicios de intercomparación
IAEA-TEL-2014-03 muestra 3
Espec. γ
Actividad
(Bq kg-1)
40K
< 10,7
90Sr
134Cs
23,2 ± 0,4
137Cs
19,3 ± 0,3
226Ra
natU*
241Am
21,3 ± 0,3
RAD disk
Actividad
(Bq kg-1)
19,4 ± 0,6
-
LSC conc.
(PLS)
Actividad
(Bq kg-1)
< 0,35
22,60 ± 2,3
31,6 ± 3,2
15,2 ± 1,5
15,2 ± 1,5
6,3 ± 0,6
17,0 ± 1,7
Organizador
Actividad
(Bq kg-1)
24,5 ± 0,2
26,3 ± 0,2
19,6 ± 0,1
17,9 ± 0,1
5,48 ± 0,04
20,0 ± 0,1
Análisis estadístico
Bias
Relativo
-8 %
-12 %
-2 %
8%
14 %
-6 %
Bias
Relativo
-8 %
20 %
-22 %
-15 %
14 %
-15 %
IAEA-TEL-2015-03 muestra 1
90Sr
134Cs
137Cs
Espec. γ
Actividad
Bq kg-1
28,5 ± 2,2
30,2 ± 2,4
LSC conc.(PLS)
Actividad
Bq kg-1
34,1 ± 3,4
31,9 ± 3,2
32,9 ± 3,3
Organizador
Actividad
Bq kg-1
29,6 ± 0,8
30,0 ± 0,9
30,1 ± 0,9
Análisis estadístico
Bias
Bias
Relativo Relativo
15 %
15 %
-5,0 %
6%
0,3 %
9%
Aplicación. Determinación de 3H en aguas
naturales
Código
Mar. 2012
Mar. 2013
Sup. 2012
Sup. 2013
Sup. 2014
Sup. 2015
Subt. 2012
Subt. 2013
Subt. 2014
Subt. 2015
Pot. 2014
Pot. 2015
Destilación 3H
Actividad
Incert.
LID
-1
-1
Bq kg
Bq kg
Bq kg-1
407,5
27,3
1,98
69,1
4,7
1,85
3,07
0,62
1,88
< 1,88
1,88
10,10
1,01
2,32
< 1,66
1,66
3,75
0,67
1,97
2,63
0,60
1,85
4,91
0,80
2,32
< 1,65
1,65
7,85
0,81
1,87
6,63
1,49
1,85
Actividad
Bq kg-1
367,3
66,6
3,55
< 3,15
8,90
< 3,15
3,25
< 3,15
3,59
< 3,15
7,85
6,02
PLS 3H
Incert.
Bq kg-1
36,7
6,7
0,35
0,89
0,32
0,36
0,79
0,60
LID
Bq kg-1
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
Bias
-10%
-4%
16%
-12%
-13%
-27%
0%
-9%
Con el mismo modelo se determinó el 40K (alrededor de 10 Bq kg-1 para las
aguas marinas) y el 14C que se encontró en todos los casos por debajo del
límite de detección (0,35 Bq kg-1).
Conclusiones
• Se ha definido un protocolo para la determinación
simultanea de múltiples radionucleidos mediante
la combinación de varias técnicas y análisis
multivariante PLS.
• Se ha aplicado el protocolo a distintas muestras
naturales obteniéndose resultados satisfactorios.
Metodología analítica rápida para la
determinación de emisores alfa y beta
mediante centelleo líquido en aguas
Jordi Fons Castells
Laboratori de Radiologia Ambiental
Dept. Enginyeria Química i Química Analítica