방사성폐기물학회지 (Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT))

  • 제7권2호
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  • Pages.109-114
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  • 2009
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  • 1738-1894(pISSN)
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  • 2288-5471(eISSN)
한국방사성폐기물학회 (Korean Radioactive Waste Society)
권호 표지

모세관 셀을 이용한 수용액 내 악티나이드 화학종의 고감도 검출

A Sensitive Detection of Actinide Species in Solutions Using a Capillary Cell

  • 발행 : 2009.06.30
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초록

1.0m 길이의 광 경로를 가진 액체 광도파 모세관 셀(LWCC, Liquid Waveguide Capillary Cell)을 이용하여 악티나이드 원소 중 몰흡광계수가 작은 우라늄 6가 (U(VI)) 및 플루토늄 5가 (Pu(V)) 이온의 흡수스펙트럼을 측정하고, 검출한계를 조사하였다. 방사성 동위원소인 플루토늄을 분석하기 위하여 LWCC를 글로브 박스 내부에 설치하였고, 광섬유를 이용하여 상용의 분광광도계에 연결하였다. 이 분광장치를 이용하여 측정한 U(VI), Pu(V)의 몰흡광계수는 각각 8.14${\pm}$0.07 (414 nm), 17.00${\pm}$0.16 (569 nm) $M^{-1}cm^{-1}$이고, 검출한계는 각각 0.74, 0.35 ${\mu}$M이다. 측정한 검출한계는 분광광도계에 일반적으로 장착할 수 있는 1.0 cm 광 경로의 석영 셀을 이용하는 경우와 비교하여 30 배 이상 개선된 값이다. 이 분광장치를 Pu(VI)의 가수분해 반응 측정에 적용하여 Pu(VI)의 환원에 의해 생성되는 미량의 Pu(V)을 검출할 수 있었고, 미량으로 존재하는 Pu(V) 화학종이 Pu(VI) 가수분해 화학종의 형성상수를 측정할 때 오차의 원인으로 작용할 수 있음을 확인하였다.

Absorption spectra for a quantitative analysis of actinide elements such as U(VI) and Pu(V) were measured by using a liquid waveguide capillary cell (LWCC) which has an optical path length of 1.0 meter. In order to investigate radioactive elements, a LWCC is installed in a glove box and is coupled to a spectrophotometer with optical fibers. Limits of detection (LOD) for the system were determined as 0.74 and 0.35 M with molar absorption coefficients of 8.14${\pm}$0.07 (414 nm) and 17.00${\pm}$0.16 (569 nm) $M^{-1}cm^{-1}$ for U(VI) and Pu(V) ions, respectively. The measured LOD values are about 30 times more sensitive when compared to those achievable by using a conventional quartz cell with an optical path length of 1.0 cm. As an application with an enhanced sensitivity, a quantitative analysis for micromolar concentrations of Pu(V) has been performed to decrease the uncertainty in the formation constant of the Pu(VI)-OH complex.

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참고문헌

  1. J.I. Kim, "Significance of Actinide Chemistry for the Long-term Safety of Waste Disposal," Nucl. Eng. Tech., 38(6), pp 459-482 (2006).
  2. G. Geipel, "Some Aspects of Actinide Speciation by Laser-induced Spectroscopy," Coordin. Chem. Rev., 250, pp 844-854 (2006). https://doi.org/10.1016/j.ccr.2005.11.007
  3. C. Walther, C. Bitea, J.I. Yun, J.I. Kim, Th. Fangh¨anel, C.M. Marquardt, V. Neck and A.Seibert, "Nanoscopic Approaches to the Aquatic Plutonium Chemistry," Actinide Research Quarterly, 3rd/4th quarter, pp 12-16 (2003).
  4. S. Okajima and D.T. Reed, "Initial Hydrolysis of Plutonium(VI)," Radiochim. Acta, 60, pp. 173-184 (1993).
  5. V. Neck, J. I. Kim, B. S. Seidel, C. M. Marquardt, K. Dardenne, M. P. Jensen and W. Hauser, "A Spectroscopic Study of the Hydrolysis, Colloid Formation and Solubility of Np(IV)," Radiochim. Acta, 89, pp 439-446 (2001). https://doi.org/10.1524/ract.2001.89.7.439
  6. C. Walther, H. R. Cho, C.M. Marquardt, V. Neck, A. Seibert, J. I. Kim, J. I. Yun and Th. Fanghh¨anel, "Hydrolysis of Plutonium(IV) in Acidic Solutions: No Effect of Hydrolysis on Absorption-spectra of Mononuclear Hydroxide Complexes," Radiochim. Acta. 94, pp 1-10 (2006). https://doi.org/10.1524/ract.2006.94.1.1
  7. 이명호, 김종윤, 김원호, 정의창, 지광용, "산 및 알칼리 매질에서 Pu 산화수에 대한 분광학적 특성 조사," 방사성폐기물학회지, 5(2), pp. 103-108 (2007).
  8. R. E. Wilson, Y. J. Hu and H. Nitsche, "Detection and Quantification of Pu(III, IV, V and VI) using a 1.0-meter Liquid Core Waveguide," Radiochim. Acta, 93, pp 203-206 (2005). https://doi.org/10.1524/ract.93.4.203.64075
  9. 조혜륜, 박경균, 정의창, 지광용, "레이저유도파열검출 기술을 이용한 우라늄(VI) 가수분해불의 용해도 측정," 방사성폐기물학회지, 5(3), pp. 189-197 (2007).
  10. D. Cohen, "Electrochemical Studies of Plutonium Ions in Perchloric Acid Solution," J. Inorg. Nucl. Chem., 18, pp 207-210 (1961). https://doi.org/10.1016/0022-1902(61)80389-8
  11. R. D. Waterbury, W. Yao and R. H. Byrne, "Long Pathlength Absorbance Spectroscopy: Trace Analysis of Fe(II) using a 4.5 m Liquid Core Waveguide," Anal. Chim. Acta, 357, pp 99-102 (1997). https://doi.org/10.1016/S0003-2670(97)00530-8
  12. J. J. Kazt, G. T. Seaborg, L. R. Morss, Chemistry of the Actinide Elements. 2nd ed., Vol. 1., p. 787 (Chapman and Hall, 1986).
  13. R. J. Lemire, J. Fuger, H. Nitsche, P. Potter, M. H. Rand, J. Rydberg, K. Spahiu, J.C. Sullivan, W. J. Ullman, P. Vitorge and H. Wanner, Chemical Thermodynamics of Neptunium and Plutonium. pp. 317-321 (Elsevier, 2001).
  14. S.D. Reilly and M.P. Neu, "Pu(VI) Hydrolysis: Further Evidence for a Dimeric Plutonyl Hydroxide and Contrasts with U(VI) Chemistry," Inorg. Chem., 45, pp. 1839-1846 (2006). https://doi.org/10.1021/ic051760j