Assessment of isotopic signatures of 'nuclear' and concomitant elements in environmental and human samples by ICP-MS

In dieser Arbeit wurden nukleare Aktivitäten in drei aktuellen Fragestellungen durch Herkunftsbestimmungen mittels Isotopensignaturen verfolgt. Zunächst wurden Urin und Haare eines österreichischen UNO-Soldaten nach einer möglichen Uranvergiftung mittels ICP-Q-MS untersucht. Die Werte im Urin waren nicht hoch genug, um eine Kontamination festzustellen. Jedoch wurde ein hoher Hintergrund in den Blanks gemessen, der von ubiquitären natürlichen Uranquellen stammt. Auch bei den mit LA-ICP-MS untersuchten Haaren konnte keine Kontamination beobachtet werden. Zweitens wurde in Schilddrüsen aus Operationen an Weißrussen zweier Regionen Blei und Uran bestimmt, um herauszufinden, ob eine Belastung durch den Reaktorunfall von Tschernobyl festgestellt werden kann. Die Konzentrationen und Isotopenverhältnisse wurden mit einem SF-ICP-MS bzw. einem MC-ICP-MS gemessen. Durch die Konzentrationen konnten die Regionen unterschieden werden. Die Schilddrüsen enthielten mehr Blei als Uran. Die Verhältnisse 208Pb/206Pb und 207Pb/206Pb der Bodenproben aus der Nähe von Tschernobyl stimmten mit dem Mittelwert von Hauptproduktionsstätten von Blei der ehemaligen UdSSR gut überein. Die Schilddrüsen aus dem Süden von Weißrußland zeigten Werte nahe der Bodenproben. Zuletzt wurde versucht, eine Methode für die Messung von Mikropartikeln mittels LA-MC-ICP-MS für die Überwachung der nuklearen Sicherheit zu entwickeln. Es wurden dafür Uranoxidpartikel mit zertifizierter Isotopenzusammensetzung auf Graphit-, Silizium- und CA-unterlagen untersucht. Die Verhältnisse 235U/238U, 236U/235U und 234U/238U konnten gemessen werden. Die Methode wurde jedoch durch die Befestigung der Teilchen auf der jeweiligen Unterlage begrenzt. Bewertung und gegenwärtige Grenzen der angewendeten analytischen Technik werden in dieser Arbeit erörtert.In this thesis the attention was directed to keep track of nuclear activities by origin determination via isotopic signatures of three real-world problems. First, urine and hair of an Austrian UN-soldier were analysed with ICP-MS as a consequence of a possible uranium contamination. The values were not high enough to detect a contamination. However, a high background level was observed in the blanks deriving from ubiquitous occuring natural U sources. Hair is more useful than urine for the assessment of contaminations with heavy metals dated back in time. Thus, hair material was directly analysed with LA-ICP-QMS. Again, no contamination was discovered. The second example was an investigation of thyroids obtained after operations on Belarusian residents of two different regions. Lead and uranium were determined in order to find out whether a contamination from the Chernobyl NPP accident can be observed or not. Concentrations and isotopic ratios were measured with a SF-ICP-MS and a MC-ICP-MS, respectively. The two regions could be distinguished by analyzing the concentration ranges. The thyroids revealed more Pb than U. The ratios 208Pb/206Pb and 207Pb/206Pb of soil samples from the vicinity of Chernobyl agreed well with major lead production sites of former USSR from literature. The thyroids from the south of Belarus revealed values close to that obtained in the soil samples. Third, investigations were performed aimed at development of a method for the measurement of micro-particles by the use of LA-MC-ICP-MS for nuclear safeguards purposes. Uranium oxide particles of certified isotopic composition on graphite, silicon and CA backing were analysed. The ratios 235U/238U, 236U/235U and 234U/238U could be measured even though the method was limited in all cases by the fixation of the particles on the particular underlay. The figures of merit and present limitations of the applied analytical technique are discussed in this work.von Karin KönigZsfassung in dt. SpracheWien, Univ. für Bodenkultur, Dipl.-Arb., 2008(VLID)103571