Automatización de métodos radioquímicos para la separación y preconcentración de radionúclidos en muestras ambientales

Abstract

[spa] Las concentraciones de radionúclidos en el medio ambiente, tanto artificiales como naturales, se han incrementado de forma significativa como consecuencia de las diferentes actividades humanas, convirtiéndose en un aspecto de interés ambiental y para la salud humana. La automatización de los métodos radioquímicos empleados para la determinación de radionúclidos en el medio ambiente mediante técnicas de análisis por inyección en flujo, simplifica de forma considerable los procesos de extracción del radionúclido de interés con un importante ahorro de reactivos, disminuyendo así de forma considerable la generación de residuos. Además, permite una mayor frecuencia de análisis, con la consecuente reducción de costo y tiempos de respuesta. Los métodos propuestos son altamente reproducibles, precisos y robustos, alcanzando un alto grado de automatización, lo que aumenta la seguridad del analista, por lo que constituyen una importante aportación en materia científica y tecnológica. En esta tesis se han desarrollado cuatro métodos analíticos que permiten la separación y preconcentración de forma automática de 90Sr, 99Tc, uranio natural y 226Ra en muestras ambientales (diferentes tipos de agua y suelo) con bajas actividades. Para lograr la automatización de estos métodos radioquímicos se emplearon técnicas de análisis por inyección en flujo multiconmutadas, y un software que permitió el control instrumental y el desarrollo del protocolo analítico. Se propone un sistema Lab-On-Valve (LOV), que permite el pre-tratamiento automático de muestras de agua, logrando la correcta determinación del estroncio total y radioactivo. En el caso del 99Tc, se presenta un sistema LOV para su extracción y preconcentración automática en muestras ambientales, que permite explotar al máximo las ventajas de determinación ofrecidas por un ICP-MS. Para el caso de la determinación de niveles traza de uranio natural, se ha diseñado un sistema completamente automatizado que a través de la agitación asistida magnéticamente dentro de la jeringa, permite la microextracción líquido-líquido para la determinación de U(VI), explotando la detección espectrofotométrica en línea gracias al acoplamiento de una celda capilar de largo paso óptico. Finalmente, se presenta un sistema basado en el análisis por inyección en flujo multijeringa y LOV diseñado para la separación y preconcentración de 226Ra en muestras de agua natural y potable. Además, se presenta una revisión bibliográfica sobre la automatización de las metodologías basadas en extracción en fase sólida y extracción líquido-líquido para separar y preconcentrar radionúclidos en diferentes matrices ambientales.

[cat] Les concentracions de radionúclids en el medi ambient, tant artificials com naturals , s'han incrementat de forma significativa com a conseqüència de les diferents activitats humanes, convertint-se en un aspecte d'interès ambiental i per a la salut humana. L'automatització dels mètodes radioquímics emprats per a la determinació de radionúclids en el medi ambient mitjançant tècniques d'anàlisi per injecció en flux, simplifica de forma considerable els processos d'extracció del radionúclid d'interès amb un important estalvi de reactius, disminuint així de forma considerable la generació de residus. A més a més, permet una major freqüència d'anàlisi, amb la conseqüent reducció de cost i temps de resposta. Els mètodes proposats són altament reproduïbles, precisos i robustos, aconseguint un alt grau d'automatització, el que augmenta la seguretat de l'analista, per la qual cosa constitueixen una important aportació en matèria científica i tecnològica. En aquesta tesi s'han desenvolupat quatre mètodes analítics que permeten la separació i preconcentració de forma automàtica de 90Sr, 99Tc, urani natural i 226Ra en mostres ambientals (diferents tipus d'aigua i sòl) amb baixes activitats. Per aconseguir l'automatització d'aquests mètodes radioquímics es van emprar tècniques d'anàlisi per injecció en flux multiconmutades, i un software que va permetre el control instrumental i el desenvolupament del protocol analític. Es proposa un sistema Lab-On-Valve (LOV), que permet el pretractament automàtic de mostres d'aigua, aconseguint la correcta determinació de l'estronci total i radioactiu. En el cas del 99Tc, es presenta un sistema LOV per a la seva extracció i preconcentració automàtica en mostres ambientals, que permet explotar al màxim els avantatges de determinació ofertes per un ICP-MS. Per al cas de la determinació de nivells traça d'urani natural, s'ha dissenyat un sistema completament automatitzat que a través de l'agitació assistida magnèticament dins de la xeringa, permet la microextracció líquid-líquid per a la determinació de U(VI), explotant la detecció espectrofotomètrica en línia gràcies a l'acoblament de una cel·la capil·lar de llarg pas òptic. Finalment, es presenta un sistema basat en l'anàlisi per injecció en flux multixeringa i LOV dissenyat per a la separació i preconcentració de 226Ra en mostres d'aigua natural i potable. Es presenta també una revisió bibliogràfica sobre l'automatització de les metodologies basades en l’extracció en fase sòlida i l’extracció líquid-líquid per separar i preconcentrar radionúclids en diferents matrius ambientals.

[eng] In recent decades, the concentrations of natural and artificial radionuclides in the environment have been significantly increase, due to different human activities, becoming an aspect of environmental and human health concern. The automation of radiochemical methods used for radionuclides determination in the environment through flow injection analysis techniques, considerably simplifies the extraction process of the radionuclide of interest with a significant saving of reagents, thus reducing considerably the waste generation. Furthermore, it allows a higher frequency of analysis, with the consequent cost reduction and times of response. The proposed methods are highly reproducible, accurate and robust, reaching a high degree of automation, which increase the analyst security, and therefore constitute an important contribution to science and technology. In this thesis, four analytical automatic methods to separate and preconcentrate 90Sr, 99Tc, natural uranium and 226Ra in environmental samples (water and soil) with low activities were fully developed. To achieve the automation of radiochemical methods of separation and preconcentration, multicommutated flow injection analysis techniques and a software that allowed the instrument control and development of analytical protocol were used. A Lab-On-Valve System (LOV) is proposed, which allows the automatic pretreatment of water samples (drinking and seawater), achieving the correct determination of total and radioactive strontium. For 99Tc, a LOV system is presented allowing its automatic extraction and preconcentration in environmental samples and where advantages offered by ICP-MS determination are fully exploited. In the case of the determination of trace levels of uranium, a fully automated in-syringe magnetic stirring assisted liquid-liquid microextraction method for uranium(VI) determination was developed, exploiting a long path-length liquid waveguide capillary cell with spectrophotometric detection. Finally, an automatic system based on multisyringe flow injection analysis and LOV flow techniques for separation and preconcentration of 226Ra from drinking and natural water samples has been developed. Furthermore, a bibliographic review of automated methodologies using solid phase extraction and liquid-liquid extraction for radionuclides in various environmental matrices was stated.