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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-544773
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.54477
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 13 July 2023 |
| Referee: | Prof. Dr. Antje Bäumner |
| Date of exam: | 20 June 2023 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik Chemistry and Pharmacy > Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik > Chemo- und Biosensorik (Prof. Antje J. Bäumner, formerly Prof. Wolfbeis) |
| Keywords: | Chromatography Radioanalytics Environmental monitoring ⁹⁰Sr ⁹⁰Y, Chromatographie Radioanalytik Umgebungsüberwachung |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 54477 |
Abstract (English)
The subject of this work was the improvement, validation and increase of the efficiency of the established Hot Column Chromatography separation method for the detection of ⁹⁰Sr. The focus was to determine the ⁹⁰Sr activity through its daughter nuclide ⁹⁰Y. The two nuclides are in radioactive equilibrium with each other and have an activity ratio of 1:1. The advantages of ⁹⁰Y as an analyte are ...
Abstract (English)
The subject of this work was the improvement, validation and increase of the efficiency of the established Hot Column Chromatography separation method for the detection of ⁹⁰Sr.
The focus was to determine the ⁹⁰Sr activity through its daughter nuclide ⁹⁰Y. The two nuclides are in radioactive equilibrium with each other and have an activity ratio of 1:1. The advantages of ⁹⁰Y as an analyte are its narrow elution region, faster elution compared to Sr and the good separation between Y and Cs. To test the separation of Y in the Hot Column Chromatography, elution curves of it as well as of the interfering elements K and Ca were recorded. A significant overlap was found, and it was tried to counteract it with a slower elution in the elution region of Y, K and Ca. But this increased the overlap instead of decreasing it. The final goal was a direct Cherenkov measurement of the Y fraction without post treatment. For this, it was tried to find an optimal sampling fraction, which could not exceed 20 mL and should contain as much of the Y and as little K and Ca as possible. Then complete analyses were performed with the Hot Column separation immediately followed by a direct Cherenkov measurement and another after two weeks, for background determination. This is due to the short 64-hour half-life of ⁹⁰Y. The results were satisfactory, with almost all the added tracer activity found in the samples and a complete separation from potassium. But they also showed the susceptibility of this method to slight fluctuations of the elution, due to the narrow elution region of Y.
The established separation method was also tested for different sample types, to find out whether the sample material has a significant effect on the calcium content of the sample ash and on the separation of the ions in the column. The Ca-content showed variations, but it was in the same range for all sample types. The elution experiments also showed comparable results for different sample matrices. The elution region of Y was always quite narrow. The salad sample was the only one that showed a significant overlap between the elution regions of Y and Cs. The overlap between the elution regions of Sr and Cs was a lot less significant for the samples apart from milk.
During the project, the column material Dowex®50WX8 200-400 (H) was no longer available from the original provider Serva. It was purchased from the alternative providers Alfa Aesar and Sigma Aldrich, which unfortunately caused a broadening and shift of the Sr elution region to higher eluent volumes. This would make the analysis even longer and more laborious. To counteract this effect, it was tried to accelerate the elution by changing the eluent from ammonium-lactate to 6 M HCl, as soon as Sr was separated from the interfering substances. The acceleration was successful, but the low pH of the new eluent disrupted the further sample processing, especially the filtration step, so it could not be applied in routine analytics. Then it was tried to accelerate the Sr elution by slightly lowering the pH of the eluent ammonium-lactate from 7 to 6. This method was successful in accelerating the elution and did not interfere with the sample processing. It was tested for environmental samples, ivory age determination and in a ring analysis. Even though it achieved smaller Sr yields than the established method, it was sufficient to reach the necessary levels of detection.
Also, several potential quick separation techniques of Y from Ca and K were tried. It was hoped that these could be implemented as additional separations, either before or after the Hot Column Chromatography. But neither of the tried methods were successful.
Translation of the abstract (German)
Gegenstand dieser Arbeit war die Verbesserung, Validierung und Erhöhung der Effizienz der etablierten Hot Column Chromatographie Auftrennungsmethode zur Bestimmung von ⁹⁰Sr. Der Hauptfokus war die Bestimmung der Aktivität von ⁹⁰Sr über sein Tochternuklid ⁹⁰Y. Die beiden Nuklide liegen im radioaktiven Gleichgewicht vor und haben ein Aktivitätsverhältnis von 1:1. Die Vorteile von ⁹⁰Y als Analyt ...
Translation of the abstract (German)
Gegenstand dieser Arbeit war die Verbesserung, Validierung und Erhöhung der Effizienz der etablierten Hot Column Chromatographie Auftrennungsmethode zur Bestimmung von ⁹⁰Sr.
Der Hauptfokus war die Bestimmung der Aktivität von ⁹⁰Sr über sein Tochternuklid ⁹⁰Y. Die beiden Nuklide liegen im radioaktiven Gleichgewicht vor und haben ein Aktivitätsverhältnis von 1:1. Die Vorteile von ⁹⁰Y als Analyt sind sein schmaler Elutionsbereich, die schnellere Elution im Vergleich zu Sr und die gute Auftrennung zwischen Y und Cs. Um die Abtrennung von Y in der Hot Column Chromatographie zu testen, wurden Elutionskurven davon aufgenommen, genauso wie von den Störelementen K und Ca. Eine signifikante Überlappung der Elutionskurven wurde festgestellt und es wurde versucht dem durch eine Verlangsamung der Elution in den Elutionsbereichen von Y, K und Ca entgegenzuwirken. Aber dies verstärkte die Überlappung nur. Das Endziel war eine direkte Cherenkov Messung der Y Fraktion ohne Nachbehandlung. Dafür wurde versucht einen optimalen Probenahmebereich zu finden, der 20 mL nicht überschreitet und so viel Y und so wenig K und Ca enthält wie möglich. Dann wurden Komplettanalysen durchgeführt, die Abtrennung über Hot Column Chromatographie, eine Cherenkov Messung direkt im Anschluss und eine nach zwei Wochen, zur Untergrund-bestimmung. Der Grund dafür war die 64 h kurze Halbwertszeit von ⁹⁰Y. Die Ergebnisse waren zufriedenstellend. Fast die gesamte zugegebene Tracer Aktivität wurde in den Proben wiedergefunden und eine komplette Abtrennung von K erreicht. Aber sie zeigten auch eine Anfälligkeit dieser Methode für kleine Schwankungen der Elution aufgrund des schmalen Elutionsbereiches von Y.
Die etablierte Auftrennungsmethode wurde auch für verschiedene Probenarten getestet, um herauszufinden, ob das Probenmaterial einen signifikanten Effekt auf den Ca-Gehalt der Probenasche und auf die Auftrennung in der Ionenchromatographie hat. Der Ca-Gehalt variierte, aber war in derselben Größenordnung für alle Probenarten. Die Elutionsexperimente zeigten auch vergleichbare Ergebnisse für alle Probenmatrices. Der Elutionsbereich von Y war immer schmal. Die Salatprobe war die einzige, die eine signifikante Überlappung zwischen den Elutionsbereichen von Y und Cs zeigte. Die Überlappung zwischen den Elutionsbereichen von Sr und Cs war für die anderen Proben viel weniger ausgeprägt als für die Milchprobe.
Während des Projekts war das Säulenmaterial Dowex®50WX8 200-400 (H) von Serva nicht mehr verfügbar. Das Material wurde von den alternativen Anbietern Alfa Aesar und Sigma Aldrich erworben. Unglücklicherweise verursachte das neue Material eine Verbreiterung und Verschiebung des Elutionsbereiches von Sr zu höheren Laufmittel-Volumina, was die Analyse noch länger und aufwändiger machen würde. Um dem entgegenzuwirken, wurde versucht die Elution zu beschleunigen. Dafür wurde der Laufmittelwechsel von Ammoniumlactat zu 6 M HCl, sobald das Sr von den Störsubstanzen abgetrennt ist, getestet. Die Beschleunigung war erfolgreich. Jedoch störte der geringe pH-Wert des neuen Laufmittels die weitere Probenaufarbeitung, insbesondere den Filtrationsschritt. Also konnte sie nicht in der Routineanalytik angewendet werden. Dann wurde versucht die Sr Elution zu beschleunigen, indem der pH des Laufmittels Ammoniumlactat leicht gesenkt wurde, von 7 auf 6. Das führte zu einer erfolgreichen Beschleunigung der Elution und hatte keinen negativen Einfluss auf die weitere Probenaufarbeitung. Diese Methode wurde anhand von Umweltproben, der Elfenbeinaltersbestimmung und in einem Ringversuch in der Praxis getestet. Obwohl dabei kleinere Sr Ausbeuten erzielt wurden als mit der etablierten Methode, reichten sie aus um die nötigen Nachweisgrenzen zu erreichen.
Außerdem wurden mehrere Schnellabtrennungsverfahren von Y von Ca und K getestet. Das Ziel war diese als Zusatzabtrennungen etablieren zu können, entweder vor oder nach der Hot Column Chromatographie. Aber keine der getesteten Methoden war erfolgreich.
Metadata last modified: 13 Jul 2023 04:51
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