Evaluación del tratamiento de matrices sólidas para la determinación de uranio y torio mediante ICP-MS

Abstract

[spa] Hoy en día, la contaminación ambiental se controla mediante la determinación de una gran variedad de elementos o compuestos considerados contaminantes presentes en muestras ambientales, tales como el agua, el aire, el suelo y la biota. Para llevar a cabo el análisis de muestras con matriz sólida, es un requisito indispensable realizar una extracción de los contaminantes, siendo la etapa más laboriosa del análisis. La determinación de los analitos de interés se realiza mediante la técnica instrumental más adecuada en cada caso. En los últimos años, la actividad industrial y la producción de energía nuclear han incrementado el uso de radionúclidos. En particular, el uranio y el torio han cobrado relevancia ambiental, debido a su amplia distribución en los diferentes compartimentos. Para la determinación de uranio y torio, el uso del ICP-MS ha ganado terreno debido a los bajos límites de detección alcanzados. El uso de esta técnica instrumental exige que los analitos de interés estén en disolución, para lo cual son extraídos de la muestra sólida mediante una digestión ácida asistida por microondas, ya que presenta una serie de ventajas respecto a otros digestores. En este trabajo, se presenta un estudio de diferentes tipos de digestiones ácidas aplicadas a cuatro tipos de matrices sólidas de diferente composición (suelo, sedimento, fosfoyeso y cenizas vegetales). Los ácidos utilizados fueron nítrico, clorhídrico y fluorhídrico (usado para alcanzar una digestión total de la muestra), además se ha añadido peróxido de hidrógeno a uno de los tratamientos para aumentar el poder oxidante. Con el objetivo de evaluar los diferentes tratamientos, se analizaron muestras de referencia provenientes de ejercicios de intercomparación, y una muestra de referencia certificada, con diferentes contenidos de uranio y torio. Una vez obtenidas las señales analíticas de muestras y patrones se ha llevado a cabo un análisis estadístico de los resultados, incluyendo el análisis de regresión de las rectas de calibración, los cálculos de los límites de detección y de cuantificación, y pruebas t para determinar si hay o no diferencias significativas entre la concentración de referencia y el resultado obtenido. Los resultados no son concluyentes para todas las muestras analizadas. Sin embargo, se ha encontrado que en el caso de la determinación de uranio para la muestra de fosfoyeso todas las digestiones han resultado válidas, por lo que se aconseja llevar a cabo la más sencilla (solo ácido nítrico). En el caso de la determinación de torio en suelo se recomienda el uso de una digestión con HNO3 y HCl, mientras que para la muestra de sedimento se alcanzó un resultado satisfactorio con el uso de una digestión con HNO3 y HF.

[eng] Nowadays, environmental contamination is controlled by determining a great variety of elements or compounds considered to be pollutant in environmental samples such as water, air, soil and biota. In order to carry out solid matrix sample analysis, an extraction of the contaminants is mandatory, being the most laborious step of the analysis. The determination of the analyte of interest is done by means of the most adequate instrumental technique in each case. In the last years, industrial activity and production of nuclear power have increased the use of radionuclides. Particularly, uranium and thorium began to have major relevance, due to their wide environmental distribution. For uranium and thorium determination, the use of ICP-MS has gained importance because of its lower detection limits. The use of this technique demands that the analytes of interest are in dissolution, for which they are extracted from the solid sample through an acid digestion assisted by microwaves, since it presents a series of advantages regarding other digestion methods. In this work, different types of acid digestions applied to four types of solid samples (soil, sediment, phosphogypsum and vegetable ashes) have been studied. The acids used were nitric, hydrochloric and hydrofluoric (used to reach a total digestion of the sample). In addition, peroxide of hydrogen has been added to one of the treatments to increase the oxidising power. With the objective to evaluate the different treatments, reference samples from intercomparison exercises, and a certified reference sample, were analysed containing different levels of uranium and thorium. Once analytical results were obtained from samples and standards, a statistical analysis of the results has been carried out, including regression analysis of calibration graphs, limits of detection and quantification, and t tests to determine significant differences between reference concentration and the obtained values. Results are not conclusive for all the analysed samples. Nevertheless, in the case of the determination of uranium in phosphogypsum sample, all digestions have turned out to be valid. Thus, the simplest digestion that only use nitric acid is recommended. In case of the determination of thorium in soil, a digestion with HNO3 and HCl is suggested, whereas for the sediment sample a satisfactory result was reached using HNO3 and HF digestion.