A contribution to the development of sensitive and isotope-selective analytical methods based on sector-field ICP-MS : for supporting the development of Gen IV nuclear reactors

Ondanks zijn bijzonder omstreden reputatie, zeker in de nasleep van de kernramp bij Fukushima, voorziet nucleaire energie momenteel nog in een groot deel van de globale elektriciteitsbehoefte. Zodoende is het zeer waarschijnlijk dat nucleaire energie, althans in de nabije toekomst, een belangrijke rol zal blijven spelen. Desalniettemin is het essentieel dat er een nieuwe generatie van nucleaire reactoren ontwikkeld wordt, die er voor zal zorgen dat de duurzaamheid van nucleaire energie in de toekomst verbetert. De inspanningen die het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK●CEN) levert met betrekking tot de ontwikkeling van zulke vernieuwende systemen zijn samengebracht in het MYRRHA project. Van zodra hij operationeel is, zal de MYRRHA onderzoeksreactor dienst doen als bron van protonen en neutronen voor verscheidene toepassingen, onder andere bij het onderzoek naar brandstoffen en structurele materialen voor geavanceerde nucleaire systemen. Daarnaast zal deze reactor onder meer aangewend worden bij het onderzoek naar de transmutatie van zowel bestaand als toekomstig hoogradioactief afval, waardoor de vereiste opslagtijd voor dit type afval in de toekomst drastisch zou kunnen ingeperkt worden. Het innovatieve karakter van de MYRRHA onderzoeksreactor zorgt er wel voor dat er nog een aantal belangrijke uitdagingen bestaan die dienen overwonnen te worden, onder andere met betrekking tot de performantie van de structurele materialen (d.i. hooggelegeerde stalen) die in direct contact staan met het beoogde koelmiddel, een eutectisch mengsel van lood en bismut (LBE). Dit koelmiddel bezit een aantal gunstige thermofysische en neutronische eigenschappen, maar is tegelijk ook uiterst corrosief bij de beoogde werktemperaturen. In deze context is de multi-element sporenanalyse van LBE en hooggelegeerde stalen van groot belang, bijvoorbeeld voor de bepaling van spoorelementen die bepalend zijn voor de mechanische eigenschappen van staallegeringen, of om de opname van corrosieproducten door het koelmiddel te monitoren. In beide gevallen zullen de spoorelementen in kwestie echter slechts op μg/g niveau, of lager, aanwezig zijn, waardoor het gebruik van een uiterst gevoelige analytische techniek essentieel is. Daarbovenop zal er op het SCK●CEN in de toekomst ook een blijvende nood zijn aan isotoop-selectieve analytische methoden, onder andere in het kader van de ontwikkeling van nieuwe nucleaire brandstoffen en bij het onderzoek naar de transmutatie van actiniden in hoogradioactief nucleair afval. Dubbel-focusserende sector-veld inductief gekoppeld plasma-massaspectrometrie (ICP-SFMS) is de analytische techniek bij uitstek voor de multi-element en isotoop-selectieve analyse van een grote verscheidenheid aan monsters, zoals LBE en hooggelegeerde stalen. Door zulk type instrument aan een handschoenkast te koppelen, wordt de analyse van radioactieve monsters, zoals bestraalde kernbrandstoffen, eveneens mogelijk. Ondanks het feit dat ICP-SFMS uiterst geschikt is voor de multi-element ultra-sporenanalyse van LBE en hooggelegeerde stalen, wordt de accurate bepaling van spoorelementen in kwestie vaak gehinderd door het voorkomen van niet-spectrale interferenties (d.i. matrixeffecten). De meest eenvoudige en elegante manier om deze matrixeffecten te elimineren bestaat uit het selectief afscheiden van de matrix, na het oplossen van de monsters in kwestie, alvorens de spoorelementen te bepalen aan de hand van ICP-SFMS. Om dit te bewerkstelligen werd in dit werk gebruik gemaakt van kolomchromatografie, omwille van zijn eenvoud en gebruiksgemak. Hierbij werden zeer selectieve harsen geselecteerd, die in staat waren om de matrixelementen te weerhouden, terwijl ze slechts een beperkte affiniteit vertoonden voor de spoorelementen. De methoden die hiertoe ontwikkeld werden, werden vervolgens gevalideerd en uiteindelijk ook toegepast op echte monsters van LBE en hooggelegeerde stalen, afkomstig van onderzoeksprojecten die verband houden met de ontwikkeling van de MYRRHA onderzoeksreactor. In een laatste fase werd een verkennende studie uitgevoerd, om het gebruik van ICP-SFMS voor de bepaling van isotopenratio’s te evalueren. Hierbij werden onder meer enkele van de belangrijkste aspecten, die gepaard gaan met de bepaling van isotopenratio’s a.d.h.v. ICP-SFMS, zoals de verwezenlijkbare optimale interne precisie, bestudeerd

Development and application of an analyte/matrix separation procedure for multi-element trace analysis of steel alloys by means of sector-field ICP-mass spectrometry

An analytical procedure, based on the use of sector-field ICP-mass spectrometry (ICP-SFMS), was developed for the determination of Be, B, Al, P, S, Ti, Ge, As, Se, Zr, Nb, Rh, Pd, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Ir and Pt in a high-alloy steel matrix, consisting mainly of Cr, Fe and Ni, in addition to lower amounts of Si, V, Mn, Co, Cu and Mo. To reduce the impact of spectral and non-spectral interferences, an analyte/matrix separation procedure based on cation-exchange chromatography was developed and applied. In the chromatographic protocol used, most of the first row transition metals are retained on AG 50Wx8 resin, whereby ca. 97.5% of the initial matrix can be separated from the rapidly eluting target elements. The main matrix constituents accompanying the rapidly eluting target elements are Si, Mo and ca. 5% of the total Cr, the latter of which unavoidably elutes prematurely. The finalised procedure was applied to CRMs and real high-alloy steel samples (T91, 316L and 15-15Ti). The experimentally determined concentrations for the CRMs were found to be in good agreement with certified values. Analysis of the real samples revealed the presence of measureable amounts of most of the target elements in at least one of the three steels, with the exception of Be, S, Se, Hf and Ir. For elements not natively found in the CRMs or the real samples under study, recoveries of 100% (within reproducibility uncertainty) were obtained when analysing mock samples. Procedural limits of quantification (10s LoQs) were determined by subjecting blanks to the entire procedure. These were found to range from low ng g(-1) levels for Re to sub-mg g(-1) levels for S

On the determination of trace elements in lead-bismuth eutectic by means of sector-field inductively coupled plasma-mass spectrometry

Double-focusing sector-field inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-SFMS) was used for the determination of trace amounts of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, Ag, Cd, Te, Ce, Re, Tl, Th and U in lead-bismuth eutectic (LBE). To eliminate matrix effects, an offline analyte/matrix separation procedure was applied. This procedure is based on a combination of extraction chromatography and anion-exchange chromatography. The matrix elements Pb and Bi could be quantitatively separated from the vast majority of the target elements. In all fractions containing target elements, less than 0.5% of the LBE matrix remains. It was shown that the target elements could be quantitatively separated from "mock" samples, which contained ca. 20 000 mg L-1 of the matrix elements and ca. 0.2 mg L-1 of the target elements. For two lead-matrix certified reference materials, IMN PL33 & IMN PL66, experimentally determined concentrations for Ni, Cu, Ag, Cd, Tl and Bi were shown to be in good agreement with the corresponding certified values. A discrepancy was only found for Te in CRM IMN PL66, for which a recovery of only ca. 30% was obtained. Results obtained with the procedure for Cu, Ag and Cd in a series of five real LBE samples are in good agreement with those obtained by means of neutron activation analysis (NAA). Limits of quantitation (LoQ, 10s) ranged from sub-mu g g(-1) levels for the contamination-prone Fe to low ng g (1) levels for Th

A PLETHORA-auxin transcription module controls cell division plane rotation through MAP65 and CLASP [Retracted article. See vol. 155, pg. 1189, 2013]

Our paper reported that Arabidopsis PLETHORA transcription factors regulate cell division planes by transcriptional activation of MAP65, which interacts with the CLASP protein to guide microtubule orientation. We recently identified mistakes affecting Figures 4N, S4B, and S6E in which original data were processed inappropriately such that the panels do not accurately report the original data. At least in one case, the original data did not support the figure’s conclusion. We believe that the most responsible course of action is to retract the paper. We sincerely apologize to the scientific community for any inconvenience that this might cause

A PLETHORA-auxin transcription module controls cell division plane rotation through MAP65 and CLASP [Retraction of vol. 149, Issue 2, 13 April 2012, pages 383–396]

Our paper reported that Arabidopsis PLETHORA transcription factors regulate cell division planes by transcriptional activation of MAP65, which interacts with the CLASP protein to guide microtubule orientation. We recently identified mistakes affecting Figures 4N, S4B, and S6E in which original data were processed inappropriately such that the panels do not accurately report the original data. At least in one case, the original data did not support the figure’s conclusion. We believe that the most responsible course of action is to retract the paper. We sincerely apologize to the scientific community for any inconvenience that this might cause