Determinación de Ra-228 soportado en agar-agar mediante espectrometría gamma

Facultad de Ciencias Trabajo Fin de Grado LABORATORIO DE TÉCNICAS INSTRUMENTALES (LTI) Servicio de radiaciones ionizantes Grado en Química DETERMINACIÓN DE RA-228 SOPORTADO EN AGAR-AGAR MEDIANTE ESPECTROMETRÍA GAMMA Autor: Manuel Lechuga López Tutor: Rafael Pardo Almudí Tutora del LTI: Marta Hernández Revilla Agradecimientos: Comienzo agradeciendo a mi tutora empresarial Marta Hernández Revilla, por su gran ayuda y dedicación durante la realización de este Trabajo de Fin de Grado y por permitirme conocer mucho mejor el campo de la radioquímica. En segundo lugar, agradecer a mi tutor de la Universidad de Valladolid, Rafael Pardo Almudí. El cual siempre ha estado si he necesitado su ayuda o consejo y que siempre ha estado dispuesto a recibirme y resolver mis dudas. Por último, agradecer al personal del Laboratorio de Técnicas Instrumentales de Valladolid por permitirme utilizar sus instalaciones y equipos, comenzando con la sección de radiaciones ionizantes, lugar en el que he trabajado principalmente y se encuentra Marta. RESUMEN: En 1896 Henri Becquerel, mientras realizaba investigaciones sobre la fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio, descubrió la radiactividad. Sin embargo, hasta 1898, cuando el matrimonio Curie empezó a estudiarla, no se llegó a la conclusión de que este fenómeno solo era característico de los núcleos de algunos átomos inestables, los cuales se desintegraban emitiendo energía. Este tipo de átomos está presente en la naturaleza formando parte de minerales y rocas subterráneas que, al estar en contacto con los acuíferos, pueden ser erosionadas por el agua de éstos disolviendo así, elementos entre los que pueden estar los de carácter radiactivo. Por esta razón, para evitar que sus efectos perjudiciales afecten a la salud de las personas, su contenido en las aguas de consumo debe ser controlado. En este trabajo se ha desarrollado un método para determinar la concentración de Ra-228 en agua mediante espectrometría gamma. Para ello, se han preparado muestras de control de actividad conocida con contenido de este radionucleido y se ha medido su concentración de actividad con un espectrómetro gamma con un detector de germanio hiperpuro (HPGe). Se ha utilizado un cóctel de varios radionucleidos emisores gamma como patrón de calibración del detector y un patrón de Ba-133 como trazador en las muestras de agua para estudiar el rendimiento del proceso. La preparación de las muestras se ha realizado con un método novedoso consistente en mezclar la muestra de agua con una disolución de agar-agar para conseguir mayor homogeneidad y mejor reproducibilidad de estas, lo cual es fundamental para las medidas en espectrometría gamma Este trabajo se ha realizado en el Laboratorio de Técnicas Instrumentales (LTI) de la Universidad de Valladolid. ABSTRACT: Henri Becquerel discovered radioactivity in 1896, while researching on phosphorescence in potassium uranyl sulfate. However, it was not until 1898, when Pierre and Marie Curie started studying radioactivity, when the conclusion was reached that this phenomenon was a feature only of the nuclei of certain unstable atoms –which released energy in splitting. This kind of atoms can be found in nature, in subterranean rocks and minerals in contact with aquifers whose groundwater can erode them, thus dissolving its elements some of which can be radioactive. To avoid detrimental effects on human health, its content in water for human consumption must be monitored. A method to determine the concentration of Ra-228 in water by gamma spectrometry has been developed in this work. For this purpose, samples of known activity with this radionuclide content have been prepared and their activity concentration has been measured in a gamma spectrometer with a hyperpure germanium detector (HPGe). A cocktail of several gamma emitting radionuclides has been used as calibration pattern for the detector and a Ba-133 pattern as a tracer in the water samples to study the efficiency of the process. The sample preparation has been carried out with a newfangled method consisting of mixing the water sample with an agar-agar dissolution to achieve higher homogeneity and better reproducibility of the sample, which is fundamental to be able to perform an appropriate measures gamma spectrometry. This work has been accomplished in the Instrumental Techniques Laboratory (LTI) of the University of Valladolid. ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN TEÓRICA .................................................................. 3 1.1 TIPOS DE RADIACIÓN .................................................................................................................. 3 1.2 RADIOQUÍMICA Y RADIONUCLEIDOS ............................................................................................... 5 1.2.1 Ley de desintegración radiactiva ............................................................................... 5 1.3 EL RADIO ................................................................................................................................ 6 1.3.1 Principales fuentes de radio en la naturaleza ........................................................... 7 1.3.2 Efectos producidos en la salud .................................................................................. 8 1.4 TÉCNICAS ANALÍTICAS ................................................................................................................. 8 2 OBJETIVO DEL ESTUDIO ................................................................... 13 3 MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................ 17 3.1 INSTRUMENTACIÓN DE LABORATORIO Y REACTIVOS ......................................................................... 17 3.2 METODOLOGÍA DE TRABAJO ...................................................................................................... 18 3.2.1 Equipo de trabajo..................................................................................................... 18 3.2.2 Determinación de Ra-228 ........................................................................................ 22 3.2.3 Expresión de los resultados .................................................................................... 24 3.3 VALIDACIÓN DEL MÉTODO DE ENSAYO .......................................................................................... 28 3.4 SOFTWARE Y HERRAMIENTAS UTILIZADAS ...................................................................................... 29 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................. 33 4.1 ENSAYOS Y OPERACIONES PREVIAS .............................................................................................. 33 4.1.1 Recalibración de emisores gamma ......................................................................... 33 4.1.2 Calibración del equipo ............................................................................................. 38 4.1.3 Conservación de las muestras ................................................................................ 40 4.1.4 Ajuste de pH e indicador ......................................................................................... 42 4.1.5 Trazador .................................................................................................................. 43 4.1.6 Control de blancos ................................................................................................... 44 4.1.7 Establecimiento de la linealidad/eficiencia .............................................................. 45 4.1.8 Influencia del volumen final ..................................................................................... 47 4.2 ENSAYOS DE VALIDACIÓN .......................................................................................................... 48 4.2.1 Selectividad ............................................................................................................. 51 4.2.2 Linealidad/eficiencia y sensibilidad.......................................................................... 52 4.2.3 Veracidad ................................................................................................................. 53 4.2.4 Precisión .................................................................................................................. 53 4.2.5 Rango de medida .................................................................................................... 54 4.2.6 Incertidumbre ........................................................................................................... 55 4.2.7 Límite de decisión .................................................................................................... 57 4.2.8 Límite de detección ................................................................................................. 58 5 CONCLUSIONES ............................................................................... 63 6 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................. 67 Capítulo 1 Introducción - 7 - del Th-232, ver Fig. 1.1, tiene una vida media de 5,7 años y desciende a su vez a Ac-228 con periodo de vida media mucho menor, de 6,1 minutos. Como el tiempo de vida medio del Ac-228 es mucho menor que la del Ra-228 ambos están en equilibrio secular. Se conoce como equilibrio secular entre dos radionucleidos, en este caso Ra-228 y Ac-228, aquel en el que la relación de las actividades es igual a la unidad (SNE 2010). Para que exista es necesario que el período de semidesintegración del precursor sea muy largo. En la Fig. 1.2 se muestra la evolución de las con las actividades de todos los radionucleidos de la cadena del Th-232 con el tiempo. Se puede observar el equilibrio secular entre el Ac-228 y el Ra-228 que se alcanza a las pocas horas. Fig. 1.2: Actividades de los radionucleidos de la cadena de desintegración del Th-232. Como el Ra-228 no es un emisor gamma su actividad se mide a partir de la actividad del Ac-228 que si es emisor gamma y al estar en equilibrio secular la actividad de ambos radionucleidos será igual. De todos los fotones emitidos por el Ac-228 se tomará para la cuantificación del Ra-228 el de energía de 911,20 KeV ya que es el de mayor probabilidad de desintegración. 1.3.1 Principales fuentes de radio en la naturaleza Este elemento se encuentra ampliamente diseminado en la corteza terrestre, el radio natural procede de las cadenas de decaimiento de otros elementos radiactivos como U o Th, esto hace que aparezca en minerales como pechblenda (UO2), torita (ThSiO4) o torianita (ThO2). Sin embargo, la aparición en grandes cantidades se debe a que se forma a partir de desechos o subproductos provenientes de la industria del fosfato o del procesamiento de otros minerales. Capítulo 1 Introducción - 8 - 1.3.2 Efectos producidos en la salud El Radio se encontrará en disolución como su forma catiónica, al ser un alcalinotérreo tomará valencia 2+. Ya que tiene un largo tiempo de vida hay que tener precaución con este tipo de radioisótopos y por ello es objeto de estudio y se debe realizar su determinación en procesos relacionados con el tratamiento de aguas. El Ra2+ puede sustituir hasta un 70-80% de los cationes Ca2+ en los huesos y en los tejidos musculares actuando como un veneno y pudiendo producir la aparición de tumores malignos, aparte puede causar otros efectos dañinos como anemia, cataratas o fracturas de dientes. Estos efectos pueden tardar años en aparecer y se deben principalmente a la radiación gamma. La EPA ha establecido un límite para el agua potable de 0,185 Bq/L (5 picocurios/L) para el Ra-226 y el Ra-228 combinados, mientras que en el real decreto 314/2016 se establece una concentración derivada máxima de 0,2 Bq/L para el Ra-228. 1.4 Técnicas analíticas Existen diversas técnicas analíticas para la medida de la cantidad de Ra-228 en aguas potables (Abbasi, A. 2018). Algunas consisten en extraer el catión mediante una resina o bien utilizando una columna o un cartucho, posteriormente el Ra-228 extraído se analizará mediante un contador proporcional de gas, este método requiere de varios pasos: acidificación, dilución, preparado de la columna o cartucho. Aparte también requiere medir el Ba-133 a través de un espectrómetro gamma para así obtener el porcentaje de recuperación (Maxwell et al., 2013). También se puede extraer el Ra-228 junto con el Ra-226 mediante la utilización de discos (Durecova, A. 1999; Eikenberg, J. et al. 2000) pero como en el caso de los cartuchos o columnas esto requiere de muchas etapas de limpieza y acidificación. Otra forma de determinar el Ra-228 (Hsieh, Y.T. 2011) consiste en extraerlo mediante cartuchos y realizar la medida mediante un MC-ICP-MS, pero este paso al igual que los anteriores requiere de varias etapas de extracción. El método más extendido consiste en el análisis del Ra-228 mediante espectrometría gamma con un detector de germanio hiperpuro (Ortiz, J. 2007) para lo cual se coge grandes volúmenes de agua y se concentra evaporando, para ello se pone en un film transparente en una bandeja de horno y se evapora a 80º grados hasta sequedad, posteriormente ese film se pliega, se recoge en una Petri y se mide (UNE-EN ISO 10703, 2016). Para mejorar la homogeneidad de la muestra y la geometría en este trabajo el método que se utilizará será una variación en la cual se evaporará la muestra en un vaso y posteriormente se hará un gel de agar-agar (Nelson, A.W. 2014; Nelson, A.W. 2015) y se medirá en el espectrómetro. Las ventajas es que este método son el aumento de la reproducibilidad y la repetitividad de las muestras, disminución del número de etapas respecto a las metodologías anteriores, aparte este método permite medir analito y trazador en el mismo equipo simplificando así el proceso. Capítulo 1 Introducción - 9 - Por otro lado, al añadir el agar-agar se evita la deposición de las partículas ultrafinas en el fondo de la Petri (Maxwell et al., 2016). Capítulo 2: Objetivos Capítulo 2 Objetivos - 13 - 2 Objetivo del estudio El objetivo principal de este trabajo es la puesta a punto, optimización y validación de un método analítico para la determinación de Ra-228 en aguas de consumo y alcanzar los requisitos marcados en el RD 314/2016, el cual establece los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano. Aparte de este objetivo principal se propondrán diversos objetivos técnicos que se nombran a continuación: - Se intentará alcanzar una veracidad y precisión menores del 20%. - Se pretende conseguir que la incertidumbre relativa de las medidas sea menor también del 20%. - Se pretende lograr que el método sea selectivo. - Se intentará lograr un límite de decisión de 20 mBq/L y un límite de detección de 200 mBq/L. - Se pretende minimizar el tiempo de análisis. Capítulo 3: Materiales y métodos Capítulo 3 Materiales y métodos - 23 - A partir del cóctel comercial se preparó una disolución intermedia de la cual se tomaron dos alícuotas para diluir en Marinellis de 500 mL, los cuales se midieron por triplicado. Se procedió de la misma forma con el trazador comercial. En el patrón hay que realizar un proceso similar al anteriormente descrito ya que la aplicación habitual es para espectrometría absorción/emisión atómica y la actividad era totalmente desconocida. Se prepararon dos Marinellis de 500 mL y se midieron por triplicado. La calibración inicial con Marinelli se daba por válida ya que se revalidaba anualmente mediante el análisis de los controles de calidad incluidos en las intercomparaciones de la IAEA en los que estaba inscrito el LTI. 3.2.2.2 Procedimiento para la preparación de las fuentes radiactivas El método elegido será la evaporación de las muestras, blancos o patrones de calibración gamma acidificados previamente, en termoagitador como se indica en la UNE-EN ISO 10703. Los blancos se prepararon tomando agua del grifo libre de Ra-228 y los patrones dopando con un cóctel gamma igualmente agua del grifo. Una vez reducido el volumen a 50 mL se soportaron en agar-agar. Las medidas se realizaron en el espectrómetro gamma. A las muestras se le añade cierta cantidad de un trazador de Ba-133 de actividad conocida. La comparación de la actividad medida con la actividad real del trazador permite calcular el rendimiento del proceso de medida. Se parte de 5 a 10 L de muestra/blanco/patrones, PM/PB/PF, se acidifica con HNO3, (aproximadamente 1 mL/L) hasta pH <2, comprobando el pH con papel indicador y se añade un volumen de trazador de Ba-133, L22/16, que proporcione una actividad de 50-500 mBq/Kg. Se evaporan en campana, empleando un termoagitador, rellenando un vaso de 2 L, hasta los cincuenta mL aproximadamente. Seguidamente se trasvasa cuantitativamente a un vaso de precipitados de 100 mL, limpiando varias veces el vaso de 2 L. Se sigue evaporando hasta aproximadamente 20 mL. Para soportarlo en el agar-agar se pesan en otro vaso 0,9 g de agaragar, se le echan 20 mL de agua destilada y se ponen a calentar con un agitador hasta que se disuelva. Se quita el agitador magnético del vaso que contiene la muestra/blanco/patrones, se limpia con HNO3 0,1 M para no perder muestra. Se procede a la neutralización en presencia de indicador azul de bromotimol con amoniaco (aproximadamente 10 mL), ya que en medio ácido el agar-agar no gelifica. Se añadían 5 mL de amoniaco antes del indicador y finalmente se neutralizaba hasta el viraje. De este modo se evitaba degradar el indicador al estar en medio muy ácido. Una vez neutralizada la muestra/blanco/patrones se vierte en esta la disolución de agar-agar, quitando previamente el agitador, se agita bien el vaso para que se mezclen y se añade en una placa Petri. Se lava repetidas veces el vaso con HNO3 0,1 M para Capítulo 3 Materiales y métodos - 24 - evitar que se peguen los iones en la pared del vaso y siempre teniendo cuidado de que el indicador no vire. Se deja gelificar para su posterior medida. 3.2.2.3 Estimación de la eficiencia Para estimar la eficiencia se midieron distintas patrones, preparadas de acuerdo al apartado anterior, con actividades y volúmenes crecientes. Se calculó la eficiencia para cada radionucleido y posteriormente se representó cada una de ellas frente al voltaje. Interpolando en esta curva el voltaje del Ac-228 se obtiene su eficiencia. 3.2.2.4 Medida del Ra-228 Las garrafas que contenían los patrones de calibración, muestras reales y muestras de control se pesaron antes y después de ser procesadas para obtener el peso de muestra, PM, y así poder proceder con los cálculos posteriormente. La muestra gelificada se pesa para comprobar que esté dentro del intervalo permitido. Para su medida se introduce en el equipo durante un tiempo de contaje para muestras y patrones, tM y tF, de 300000-600000 segundos dependiendo de la actividad de la muestra y para los blancos tB de 800000. Se anotan las cuentas de los radionucleidos de las patrones de calibración, RC y para las muestras y blancos, RM/B del Ac-228 (911 KeV) y del Ba-133 (356 KeV). 3.2.3 Expresión de los resultados A continuación, se indican las expresiones para: - El cálculo de la actividad de los patrones de calibración a fecha de medida. - La curva de eficiencia calculada a partir del análisis del cóctel de radionucleidos de actividad conocida. - Curvas de eficiencia específicas, líneas de calibrado construidas con una serie de patrones de calibración de actividad conocidas. - La actividad de las muestras. 3.2.3.1 Actividad de las fuentes: calibración, Ra-228 o trazador Ba 133 La actividad de los patrones de calibración y Ra-228, AF-c, corregida a fecha actual o de medida, se obtuvo del siguiente modo: 𝐴𝐹−𝑐=𝐴𝐹∙𝑒−𝑙𝑛2∙(𝑓𝑒𝑐ℎ𝑎𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙−𝑓𝑒𝑐ℎ𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) 𝑇12 ⁄=𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙 Ec. 3.1 Donde: AF: Actividad de la fuente a fecha inicial, en Bq/Kg, (actividad del patrón, AC, actividad del Ra228, ARa-228 o actividad del trazador, AT) Capítulo 3 Materiales y métodos - 25 - AF-c: Actividad de la fuente corregida, ya sea cóctel, Ra-228 o trazador, a fecha actual o de medida, en Bq/Kg. Los cálculos de las disoluciones se realizarán de forma habitual Para calcular la actividad del trazador de Ba-133, AT-f, añadido a la muestra. 𝐴𝑇−𝑓(𝐵𝑞/𝑘𝑔)=𝐴𝑇∙𝑒−(𝑙𝑛2(𝑓𝑒𝑐ℎ𝑎𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙−𝑓𝑒𝑐ℎ𝑎𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎) 𝑇12 ⁄)∙𝑃𝑇 𝑃𝑀 Ec. 3.2 Donde: AT-f: Actividad final en la muestra de Ba-133 a fecha de realización del ensayo, en Bq/Kg. AT: Actividad inicial del trazador Ba-133 a fecha de preparación en la disolución intermedia (L22/16), en Bq/Kg. PM: Peso de la muestra, en Kg. PT: Peso del trazador, en Kg. fechaactual: Fecha de la preparación de la muestra, en dd/mm/aa. fechaintermedia: Fecha de preparación de la disolución intermedia, en dd/mm/aa . T1/2: Periodo de semidesintegración del Ba-133, en días. 3.2.3.2 Curva de eficiencia La curva de eficiencia empleando uno o varios patrones con distintos radionucleidos se construye calculando la eficiencia para cada emisor gamma del cóctel del siguiente modo  𝑁−𝐸=(𝑅𝐶−𝑁−𝐸 𝑡𝐶 ⁄)−(𝑅𝐵−𝑁−𝐸 𝑡𝐵 ⁄) 𝑃𝑁−𝐸∙𝐴𝑁−𝐸 Ec. 3.3 Donde: N-E: Eficiencia del radionucleido N del patrón que emite un fotón de energía E, en Bq/Kg. RC-N-E: Cuentas del fotopico de energía E del radionucleido N en el cóctel, en cuentas. tC: Tiempo de medida del cóctel, en segundos. RB-N-E: Cuentas del fotopico de energía E del radionucleido N en el blanco, en cuentas. tB: Tiempo de medida del blanco, en segundos. PN-E: Probabilidad de emitir un fotón el radionucleido N en el cóctel con una energía E, en tanto por uno. Capítulo 3 Materiales y métodos - 26 - Siendo 𝐴𝑁−𝐸=𝐴𝐶−𝑐∙𝑃𝑐𝑜𝑐𝑡𝑒𝑙 Ec. 3.4 AN-E: Actividad teórica del radionucleido N en el cóctel a la energía E, en Bq. AC-c: Actividad teórica del radionucleido N en el cóctel (L27/16) a la energía E calculada según el apartado 3.2.3.1 en Bq/Kg. Pcóctel: Peso del cóctel empleado para preparar el patrón de actividad conocida, en Kg. Se representa el ln(N-E) frente al ln(EN) ajustando los pares de puntos a una ecuación de cuarto grado. 3.2.3.3 Eficiencias específicas Se representa para cada radionucleido en distintas fuentes de calibración la actividad real creciente de cada radionucleido N a su energía E, Ec. 3.4, frente a la actividad medida por el equipo, ambas en Bq 𝐴𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎=(𝑅𝐶−𝑁−𝐸 𝑡𝐶 ⁄)−(𝑅𝐵−𝑁−𝐸 𝑡𝐵 ⁄) 𝑃𝑁−𝐸 Ec. 3.5 Siendo la eficiencia la pendiente de la recta que une los puntos. 3.2.3.4 Actividad de las muestras La actividad de Ac-228 o trazador de Ba-133 en las muestras en Bq/Kg a fecha de medida se calcula mediante la siguiente ecuación: 𝐴𝐴𝑐−911 /𝐵𝑎−356=(𝑅𝑀−𝐴𝑐−911/𝐵𝑎−356 𝑡𝑀)−(𝑅𝐵−𝐴𝑐−911/𝐵𝑎−356 𝑡𝐵) 𝑃𝑀∙𝜖𝐴𝑐−911/𝐵𝑎−356∙𝑃𝐴𝑐−911/𝐵𝑎−356 ∙𝑒(𝑙𝑛2𝑇12 ⁄ ⁄)∙𝑡𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑜−𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎∙(𝑙𝑛2𝑇12 ⁄ ⁄)∙𝑡𝑀 1−𝑒−(𝑙𝑛2𝑇1 2 ⁄ ⁄)∙𝑡𝑀 Ec. 3.6 Donde: AAc-911/Ba-356: Actividad en la muestra del radionucleido Ac-228 (911 KeV) o Ba-133 (356 KeV), en Bq/Kg. RM-Ac-911/Ba-356: Respuesta en la muestra del fotopico del Ac-228 (911 KeV) o del Ba-133 (356 KeV), en cuentas. Capítulo 3 Materiales y métodos - 27 - tM: Tiempo de medida de la muestra, en segundos. RB-Ac-911/Ba-356: Respuesta en el blanco del fotopico del Ac-228 (911 KeV) o del Ba-133 (356 KeV), en cuentas. tB: Tiempo de medida del blanco, en segundos. ε Ac-911/Ba-356. Eficiencia del radionucleido Ac-228 (911 KeV), en tanto por uno. PAc-911/Ba-356: Probabilidad de emitir un fotón el radionucleido Ac-228 (911 KeV), en tanto por uno. PM: Peso de la muestra, en Kg. T1/2: Periodo de semidesintegración del Ba-133 o Ac-228, en días. tmuestreo-medida: Tiempo transcurrido entre el muestreo y el comienzo de la medida, en segundos. Después se corrige el valor obtenido de la actividad del Ra-228 por el rendimiento obtenido a partir del Ba-133: 𝐴𝑅𝑎−228=𝐴𝐴𝑐−911 𝑅=[(𝑅𝑀−𝐴𝑐−911 𝑡𝑀)−(𝑅𝐵−𝐴𝑐−911 𝑡𝐵)]∙𝑤 Ec. 3.7 Donde: R: Rendimiento calculado a partir de Ba-133 del siguiente modo: 𝑅=𝐴𝐵𝑎−356 𝐴𝑇−𝑐 =(𝑅𝑇−𝐸 𝑡𝑀 ⁄)−(𝑅𝐵−𝐸 𝑡𝐵 ⁄) 𝑃𝐵𝑎−356∙𝑃𝑇∙ 𝐴𝑇−𝑐 Ec. 3.8 ABa-352: Actividad del trazador Ba-133 (356 KeV) obtenida durante la medida en espectrometría gamma, en Bq/Kg. AT-c: Actividad del trazador de Ba-133 (L22/16) añadido corregida a fecha de medida, en Bq/Kg. PT: Peso del trazador, en Kg. Siendo 𝑤= 1 𝑃𝑀∙𝜖𝐴𝑐−911∙𝑃𝐴𝑐−911∙𝑅∙𝑓 Ec. 3.9 Donde f: factor debido a las correcciones por el decaimiento a la fecha de medida, por perdidas por coincidencia y por efectos de suma por coincidencia. Capítulo 3 Materiales y métodos - 28 - 3.3 Validación del método de ensayo De acuerdo a la norma UNE-EN ISO 17025, la validación es la confirmación mediante examen y la aportación de evidencias objetivas de que se han cumplido los requisitos particulares para la utilización específica prevista. De forma más específica, llevando esta definición al campo de los laboratorios de análisis químicos, validar un método de ensayo consiste en demostrar, mediante una serie de experimentos, que el procedimiento es idóneo para el uso que se pretende hacer del mismo, manteniendo su eficacia a lo largo del tiempo y cumpliendo unos requisitos de calidad previamente establecidos. Estos requisitos de validación son los que definen los criterios de calidad o características técnicas del método de análisis: veracidad, precisión, incertidumbre… Antes de comenzar a validar cualquier método de análisis es necesario establecer algunas condiciones experimentales del método de ensayo a validar puesto que, a veces, no están suficientemente detalladas en el método analítico de partida, lo que requiere, en la mayoría de los casos, la realización de una serie de ensayos y operaciones previas a la validación. La Tabla 3.3 resume los ensayos previos que se llevaron a cabo, junto con las metodologías utilizadas para su evaluación y algunas consideraciones que se tuvieron en cuenta. Tabla 3.3: Ensayos y operaciones previas Ensayo y operaciones previas Metodología de evaluación Conservación de la muestra Referencias bibliográficas (ISO/DIS 13165-3, 2014; Standard Methods 7010B, 1999; UNE-EN ISO 5667-3, 2013; UNE-EN ISO 10703, 2016). Neutralización de la muestra: indicador y base Ensayar con distintas bases para la neutralización de la muestra. Ensayar con distintos indicadores de pH. Trazador Elección y optimización de la relación actividad/señal. Control de blancos Confirmación de los valores mínimos de los blancos de ensayo. Establecimiento de la eficiencia/linealidad Comparación entre la actividad conocida y la obtenida en espectrometría gamma a varios niveles. Influencia del volumen final Optimización del volumen final de muestra gelificada. Una vez establecidas todas las características o parámetros técnicos del método, se procedió a su validación. Capítulo 3 Materiales y métodos - 29 - Los parámetros técnicos de validación valorados y los objetivos de calidad perseguidos para cada método de análisis se encuentran registrados en la Tabla 3.4: Tabla 3.4: Características técnicas, objetivos de calidad perseguidos y su estimación durante la validación del método de determinación de tritio. Parámetro de validación Requisito Estimación Selectividad Selectivo Revisión bibliográfica de normas y documentos de prestigio. Linealidad/sensibilidad R2 > 0,95 0 ∉ b 𝑆𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑=𝑆= 𝑏 Veracidad %Er ≤ 20% %𝐸𝑟=𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜−𝑉𝑐𝑜𝑛𝑜𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑜𝑐𝑖𝑑𝑜 ·100 Precisión %DER ≤ 20% 𝑆𝑟𝑒𝑝𝑟𝑜=√(𝑛1−1)∙𝑆12+(𝑛2−1)∙𝑆22+(𝑛3−1)∙𝑆32 (𝑛1−1)+(𝑛2−1)+(𝑛3−1) %𝐷𝐸𝑅=𝑠𝑟𝑒𝑝𝑟𝑜𝑑 𝑥·100 Límite de detección (LdD) 20 mBq/L De acuerdo al Real Decreto 314/2016 y a las normas, ISO 11929,2010 y UNE-EN ISO 9698, 2016. Rango de ensayo (LdD-LS) 20 – 2500 mBq/Kg Se deben de cumplir las condiciones de precisión, veracidad e incertidumbre impuestas como objetivos. Incertidumbre I ≤20% De acuerdo a la norma UNE-EN ISO 9698,2016 y registrado en la guía ISO/IEC 98-3. u (Ai)=√∑(𝜕𝑦 𝜕𝑥𝑖)2∙ 𝑖 u𝑥 2 3.4 Software y herramientas utilizadas En el desarrollo de este trabajo se utilizaron herramientas de cálculo y de almacenamiento de datos. Las más importantes se citan a continuación: Tabla 3.5: Software utilizado Genie Microsoft Excel 2013 Microsoft Word 2013 Interactive Chart of Nuclides NuDat 2.7 En cuanto a las funciones que realizan, el Genie se utiliza para tomar las medidas, así como, para la realización de la calibración en energías. Para el estudio de los resultados y la realización de los cálculos necesarios se utilizó el Excel. Por último, para la redacción del trabajo, se ha utilizado el Word, ayudándose del programa “Interactive Chart of Nuclides” del National Nucelar Data Center, NNDC, Brookhaven National Laboratory, para obtener información adicional del isótopo estudiado. Capítulo 4: Resultados y discusión Tabla 4.5: Resultados de las medidas de la fuentes de calibración gamma C-1 C-2 C-3 C-4 C-5 C-4r Pcóctel (g) 3,1004 5,1803 4,1623 6,5198 8,1338 6,5188 PM (g) 5896 9903 9903 4029 2050 1028 N Energía AC-c Cuentas AC-c Cuentas AC-c Cuentas AC-c Cuentas AC-c Cuentas AC-c Cuentas Bq Bq Bq Bq Bq Bq Am-241 59,5412 74,37 485774 124,3 1448464 99,84 661665 - - 195,1 1018288 156,2 2193344 Cd-109 88,04 135,5 86636 228,4 283020 182,5 126284 284,0 252534 351,7 200820 210,1 320106 Ce-139 165,864 0,07445 935,5 0,1284 2513 0,1011 1169 0,1550 2763 0,1887 1989 4,159 1551 Co-57 122,0614 3,319 49506 5,634 161735 4,481 71517 6,943 143917 8,555 113478 4,159 147802 Co-57 136,4743 3,319 6402 5,634 20482 4,481 8520 6,943 17284 8,555 14172 0,05635 18278 Co-60 1173,237 129,6 284133 217,0 930495 174,1 417368 272,2 845172 339,0 670960 131,2 1344303 Co-60 1332,501 129,6 253589 217,0 831622 174,1 373426 272,2 754297 339,0 600730 6,939 1202052 Cs-137 661,657 63,20 228320 105,6 745066 84,85 336295 132,9 669445 165,7 536139 253,2 1143456 Mn-54 834,848 5,178 16828 8,772 54887 6,986 24212 10,84 48583 13,38 38586 253,2 53080 Capítulo 4 Resultados y discusión - 39 - Capítulo 4 Resultados y discusión - 40 - Fig. 4.3. Curva de eficiencia para el detector GeHP con geometría placa Petri de 90cm de diámetro y 20mm de alto La Fig. 4.3 representa los logaritmos de la actividad frente a los logaritmos de la energía de cada radionucleido. Los puntos representados se ajustaban a una curva polinómica de cuarto grado como propone la norma (UNE-EN ISO 73350-2, 2003). Las variaciones entre réplicas, como era de esperar, eran mayores en los radionucleidos con actividades que estaban cerca del límite de detección del equipo, aun así, el coeficiente de correlación obtenido fue de R > 0,99 lo que suponía un buen ajuste. Se han incluido a título informativo las posiciones teóricas del Ba-133 y del Ac-228. 4.1.3 Conservación de las muestras Los criterios de conservación de muestra se escogieron de acuerdo con la bibliografía (ISO/DIS 13165-3, 2014; Standard Methods 7010B, 1999; UNE-EN ISO 5667-3, 2013; UNEEN ISO 10703, 2016). En la Tabla 4.6, se muestran las principales características de conservación de las muestras según la norma. Las condiciones finalmente elegidas para la conservación de las muestras fueron: envase de plástico debido a los grandes volúmenes de muestra necesario para realizar los análisis; acidificar las muestras, fuentes y blancos hasta pH< 2 con HNO3; analizar lo antes posible y corregir la actividad con el periodo de semidesintegración. Capítulo 4 Resultados y discusión - 41 - Tabla 4.6: Condiciones para la conservación de muestras en la determinación de Ra-228. Normativa Envase Condiciones Ti. máx. almace. Especificaciones UNE-EN ISO 5667-3 Plásticos Acidificar lo antes posible HNO3 pH < 2 1 mes La conservación es menor si no se acidifica Refrigerar a 3 ± 2º C siempre que sea posible y almacenar en la oscuridad. Ninguna 7 días ISO/DIS 13165-3 Plásticos Acidificar con HNO3 para evitar la adsorción 1<pH<3 Filtrar antes de acidificar si fuese necesario Medir lo antes posible UNE-EN ISO 10703 Polietileno lavado con HCl 1M+ HNO3 + H2O destilada/ desionizada Acidificar lo antes posible HNO3 pH < 2 Filtrar antes de acidificar si fuese necesario Almacenar en la oscuridad a 1 < T < 5º C Standard Methods 7010B Polietileno o similar/ vidrio Acidificar lo antes posible HCl/HNO3 pH < 2 No especifica Los contenedores de muestra varían en tamaño de 0,5 L a 18 L. No medir antes de 16 h después de acidificar Para confirmar las condiciones de conservación se preparó una muestra de control, M-14, y se almacenó durante un mes. Su preparación y resultados obtenidos se muestran en la Tabla 4.7 Tabla 4.7: Prepración y resultados de la muestra empleada en la evaluacion de la conservación Cod. Muestra M-14 Fecha de medida 17/06/2019 11:48 PTh (g) 1,3158 A Th-Ra-228-c (mBq/Kg) 633,8 PT (g) 0,1918 AT (mBq/Kg) 183,4 AT-c (mBq/Kg) 178,6 PM (g) 4835 tM 176528 Pgelatina (g) 69,52 A Ba-356 (mBq/L) 159,0 R 0,89 A Ac-911 (mBq/Kg) 560,0 A Ra-228 (mBq/Kg) 629,1 %Er -0,75 Capítulo 4 Resultados y discusión - 42 - El sesgo obtenido durante la medida de esta muestra de control evaluado como error, Er%, era menor que el propuesto como objetivo en los parámetros de validación, Tabla 3.4 . 4.1.4 Ajuste de pH e indicador Las muestras se acidificaron con el objetivo de evitar que los radionucleidos se adsorbieran a la pared de los envases mientras está almacenada o en los vasos durante el análisis y así minimizar la pérdida de muestra. Dado que el pH óptimo de gelificación del agaragar es de 4,5 a 9 en el momento de preparación del agar-agar se hacía necesario ajustar el pH dentro de ese rango. Para conseguir este pH se decidió realizar ensayos con dos bases: NaOH y NH3. Para comprobar si el pH es óptimo para la gelificación del agar-agar se disponían de varias opciones: el uso de un pHmetro, de papel indicador de pH o un indicador visual. Las dos primeras implicaban la perdida de pequeños volúmenes de muestra concentrada que suponían grandes cantidades de muestra inicial y por consiguiente un sesgo en el resultado. Un indicador visual fue la opción más adecuada ya que no implicaba la perdida de muestra. Entre los diversos indicadores que viraban en el intervalo óptimo del agar-agar se experimentó con: fenolftaleína, naranja de metilo y azul de bromotimol. Naranja de metilo Azul de bromotimol Fenolftaleína 3,1-4,4 6,0-7,6 8,2-10,0 Rojo-amarillo anaranjado Amarillo-azul Incoloro-rosa Fig. 4.4: Comparativa Indicadores Se prepararon seis muestras de control ausentes de actividad suspendiendo en aproximadamente 20-30 mL de agua 1g de carbonato, para simular la dureza del agua, se acidificaron y se pusieron a calentar. A continuación, se siguió el procedimiento desde el punto en que obtiene la muestra de volumen reducido y se neutralizaron: tres con NaOH 18M y tres con NH3 28% empleando los tres indicadores con cada una de las bases. Se comprobó que la utilización de NaOH para la neutralización generaba un precipitado que dificultaba ver los virajes de los indicadores, este era debido a que los cationes magnesio precipitan a partir de pH 10-11 convertidos en Mg(OH)2. Además, un exceso mínimo de NaOH 18M podía llevar a las muestras a pH demasiado básico. Por el contrario, el NH3 no causaba precipitaciones dando lugar a muestras transparentes y por tanto virajes más nítidos. Esto último era debido a que el amoniaco daba lugar a una Capítulo 4 Resultados y discusión - 43 - disolución reguladora con un pH 9,25 que actuaba como tampón aun estando en exceso y no se alcanzaba un pH suficientemente básico como para generar precipitados como en el caso del NaOH. Naranja de metilo Azul de bromotimol Feloftaleina Neutralizadas con NaOH Neutralizadas con amoniaco Fig. 4.5 Gelatinas obtenidas neutralizando con distintas bases e indicadores Empleando naranja de metilo el viraje no se observaba nítidamente fundamentalmente porque la concentración de sólidos daba lugar a muestras de un color amarillento similar al del indicador. Por otro lado, los lavados del vaso de muestra con HNO3 0,1 M nos podían llevar a un pH en el límite de acidez permitido por el agar-agar y en algunos casos no llegaba a gelificar. Con la fenolftaleína era el caso opuesto las muestras podían no gelificar por estar demasiado básicas. Se determinó que el indicador visual más adecuado era el azul de bromotimol pues se adaptaba al intervalo de pH deseado para la gelatina, 4.5-9 y se observaba un claro viraje de color (amarillo-azul). 4.1.5 Trazador De acuerdo a la bibliografía (Maxwell SL, 2013; Maxwell SL, 2016) el trazador más adecuado era el Ba-133. En primer lugar, porque ambos radionucleidos pertenecen al mismo grupo químico de los alcalinotérreos y por tanto su comportamiento físico-químico es similar, además, es también un emisor gamma. En la Tabla 4.2 se muestra la energía E de los fotopicos emitidos por el Ba-133 su periodo de semidesintegración y la probabilidad de emisión y en la Fig. 4.1 se muestra su espectro. De todas las energías a las que emite el Ba-133 se escogió para la cuantificación la de mayor probabilidad de emisión, es decir, el pico de 356,013 KeV, con una probabilidad de 0,6205. Se observaba próximo a este, a 352 KeV, un pico que es muy poco intenso posiblemente de Pb-214 que está presente en el agua, ya que este pico también se observa en los blancos (Fig. 4.6). La integración de ambos picos por separado o haciendo deconvolución no suponía diferencia. Capítulo 4 Resultados y discusión - 44 - Fig. 4.6: Pico de la interferencia a 352 KeV a) en el blanco y en una fuente con Ba-133 (derecha) 4.1.6 Control de blancos Ante la importancia de los blancos en el posterior cálculo de los límites de decisión y detección (ver apartados 4.2.8 y 4.2.8) se comprobó su estabilidad. Dado el extenso tiempo de medida 800000 s (9 días) se midieron únicamente 3 blancos, Bl-1, Bl-2 y Bl-3. Los datos obtenidos para las energías de los picos del cóctel, trazador y Ra-228 quedan recogidos en la Tabla 4.8. Tabla 4.8: Blancos realizados durante este trabajo Fuente radiactiva Radionucleido Energía Bl-1 Bl-2 Bl-3 Promedio %DER 29/10/18 15:37 4/12/18 15:48 21/12/18 12:25 Bl-2 y Bl-3 Th-Ra-228 Ra-228 (Ac-228) 911,20 829 662 659 661 0 Cóctel Am-241 59,541 5325 231 0 116 141 Cd-109 88,040 173 673 361 517 43 Ce-139 165,864 0 0 0 0 0 Co-57 122,061 353 0 0 0 0 Co-57 136,474 0 179 0 90 141 Sn-113 255,050 12 0 0 0 0 Sn-113 391,690 0 155 0 78 141 Cs-137 661,657 1935 0 0 0 0 Mn-54 834,848 0 119 261 190 53 Co-60 1173,228 829 0 0 0 0 Co-60 1332,492 646 0 0 0 0 Trazador Ba-133 356,013 0 0 0 0 0 En la Tabla 4.8 se puede comprobar que el contaje del primer blanco realizado era más elevado para algunos fotopicos del cóctel. Antes de desechar los valores de este primer blanco y dado el periodo de tiempo necesario para obtener otro, alrededor de 9 días, se optó por el estudio de estos blancos junto con los obtenidos en un trabajo anterior a este TFG (Muñoz, E.M. 2018). En la Fig. 4.7 se ha representado el contaje de todos los blancos realizados con esta metodología. En ella se puede ver que los resultados del Bl-1 se salen de la tendencia del resto de blancos. En la misma figura se ha incluido el número máximo de cuentas permitido para cada fotopico. Blancos que sobrepasen estos valores serán desechados. Capítulo 4 Resultados y discusión - 45 - Fig. 4.7 Representación del contaje de blancos 4.1.7 Establecimiento de la linealidad/eficiencia Se comprobó que la respuesta del equipo era lineal al rango de energías a las que mide. Para ello se representaron las actividades específicas, actividad medida según la Ec. 3.5 frente actividad real, de cada uno de los radionucleidos de las fuentes de calibración medidas en el apartado 4.1.2.2. En la Fig. 4.8 se recogen estas representaciones. Podemos ver que todas ellas muestran ajustes con un coeficiente de correlación R > 0.99 excepto para el Ce-139 debido a la baja actividad que presentaba el patrón a día de medida. Además, teniendo en cuenta que la energía que abarcaban los radionucleidos va de 59,5 KeV del Am-241 hasta 1332 KeV del Co-60 se puede asegurar que la respuesta del equipo en este intervalo es lineal y por tanto a las energías del Ac-228 y Ba-133, 911 y 356 KeV, objeto de estudio de este trabajo. Por otro lado se puede tomar la pendiente de cada una de las gráficas como la eficiencia del equipo a la energía del fotopico del radionucleido. En la Tabla 4.9 se comparan mediante la desviación, las eficiencias obtenidas para cada radionucleido, según las pendientes de las eficiencias específicas y las obtenidas del ajuste de la Fig. 4.3. Las desviaciones en caso el Am-241 puede ser debida a la dispersión de los resultados como puede apreciarse en la Fig. 4.3. El resto de desviaciones son menores del 10%. Bl-1: Am-241, Cs-137, Co-60 y Ba-133 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Bl-a Bl-b Bl-c Bl-d Bl-1 Bl-2 Bl-3 Cuentas Blancos Control de blancos Ac-228(911,2) < 750 Am-241(59,5) < 250 Cd-109(88,0) < 750 Ce-139(165,9) < 250 Co-57(122,1) < 250 Co-57(136,5) < 250 Cs-137(661,6) < 250 Mn-54(834,8) < 250 Co-60(1173) < 250 Co-60(1332) < 250 Ba-133(356,0) < 250 Capítulo 4 Resultados y discusión - 46 - Fig. 4.8: Eficiencias específicas Tabla 4.9 Comparativa eficiencias específicas/curva de eficiencias Radionucleido Eficiencias especificas Fig. 4.8 Eficiencia Fig. 4.3 %DER Am-241 (59,5) 0,0802 0,0948 17 Cd-109 (88,0) 0,0932 0,1010 8,1 Ce-139 (165,9) 0,0811 0,0841 3,7 Co-57 (122,1) 0,0918 0,0958 4,3 Co-57 (136,5) 0,0900 0,0922 2,3 Co-60 (1173,2) 0,0118 0,0125 5,9 Co-60 (1332,5) 0,0106 0,0110 4,0 Cs-137 (661,7) 0,0225 0,0236 4,9 Mn-54 (834,8) 0,0171 0,0181 6,1 Capítulo 4 Resultados y discusión - 47 - 4.1.8 Influencia del volumen final Un factor imprescindible durante la medida es que la geometría de las muestras debe ser igual a la geometría de las fuentes de calibración. En este caso se ha elegido realizar las medidas en placa Petri. Con esta geometría se consigue que la muestra esté a menor distancia del detector y con un ángulo sólido mayor que si estuviera en un bote tipo duquesa con el mismo volumen de muestra. De acuerdo a esta premisa se hacía necesario: primero confirmar que a mayor volumen de muestra final y por tanto mayor peso de muestra la señal es menor por alejamiento del detector. Finalmente se acota este intervalo de peso de muestra, una vez reducida, en un intervalo óptimo. Se preparó una fuente de actividad conocida M-13 y se procesó de acuerdo al procedimiento hasta un peso máximo llenando la placa Petri hasta el límite de su capacidad, lo cual se correspondía con 120 g. Se midió su actividad inmediatamente después de prepararla y tres veces más después de reducir consecutivamente su peso por evaporación en campana. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 4.10 Tabla 4.10: Influencia del volumen de la gelatina Cod. Muestra M-13 M-13b M-13c M-13d Fecha de referencia 21/01/2019 10:30 Fecha de medida 03/04/2019 15:06 09/04/2019 15:37 26/04/2019 12:03 07/05/2019 9:13 PTh (g) 0,1708 A Th-Ra-c (mBq/L) 405,3 405,3 405,3 405,4 PT (g) 0,1273 AT (mBq/Kg) 599,76 AT-c (mBq/L) 592,01 591,37 589,58 588,42 PM (g) 981,3 tM 421289 503478 521708 195195 Pgelatina (g) 93,93 77,03 53,41 37,54 A Ba-356 (mBq/L) 521,3 548,5 594,1 640,7 R 0,88 0,93 1,01 1,09 A Ac-911 (mBq/L) 353,8 382,3 414,8 436,0 A Ra-228 (mBq/L) 401,7 412,1 411,6 400,5 %Er -0,9 1,7 1,5 -1,2 De acuerdo a estas medidas como era de esperar la actividad del Ac-228, A Ac-911, variaba en la misma muestra al variar los pesos finales, Pgelatina. A menores valores darían lugar a respuestas del equipo mayores, y por tanto más sensibilidad, pero, variaciones mínimas darían lugar a variaciones mayores en el resultado. Además, en este último caso el tiempo de procesado de la muestra sería mayor y el tiempo necesario para dar el resultado final se Capítulo 4 Resultados y discusión - 48 - alargaría. Por otro lado muestras con mayores pesos finales, Pgelatina, darían lugar a respuestas del equipo menores y el método sería menos sensible. Es decir, para realizar las medidas siempre en las mismas condiciones se debía establecer el volumen/peso final, Pgelatina, de la muestra. Se estableció como sistemática de trabajo, preparar las placas Petri con un volumen/peso teniendo en cuenta el volumen de los lavados finales del vaso. Una vez gelificada se pesaban y dejaban en campana evaporando hasta el peso óptimo de medida si fuera necesario. De acuerdo a los resultados de la muestra M-13, el volumen de la placa Petri, la necesidad de realizar varios lavados del vaso final de preparación de la muestra, la necesidad de proporcionar resultados en tiempos no muy largos y los resultados de las muestras procesadas durante la validación, el peso óptimo estaría en el intervalo 6911 g calculado a partir de la media y la desviación de los pesos de las muestras realizadas que se muestran en la Tabla 4.11 y la Tabla 4.12. 4.2 Ensayos de validación A partir del patrón de ICP de Th previamente caracterizado se han preparado las siguientes muestras de control de Ra-228 con actividades crecientes y se han analizado siguiendo el procedimiento anteriormente descrito en el Apartado 3.2.2.2. - Muestra de control, M-8, una vez preparada se midió cuatro veces para evaluar la repetibilidad del método. - Tres muestras de control, L-08/19 (M-4, M-5 y M-6), L-09/19 (M-1, M-2 y M-3) y L-10/19 (M-10, M-11 y M-12), se prepararon en cantidad suficiente como para realizar réplicas y evaluar la reproducibilidad. Tres muestras más de control M-7, M-9 y M-14 para incluirlas junto con las anteriores en el estudio de linealidad tanto del Ra-228 como el Ba-133. Todas ellas abarcaba desde 20 mBq/Kg, hasta 2500 mBq/Kg, coincidiendo con el límite de detección, LdD y límite superior, LS del rango de trabajo propuestos para la validación. - Control de calidad IAEA-3/19 proveniente de una intercomparación de la IAEA, se empleó como muestra de control para la evaluación de la veracidad analizándolo por triplicado. En la Tabla 4.11 y Tabla 4.12 se muestran la información de cada una de las muestras. Se han empleado cantidades crecientes de Th y Ba para comprobar su linealidad y los pesos de muestra, PM se han variado para simular la variación del tamaño de las muestras reales. Capítulo 4 Resultados y discusión - 55 - 4.2.6 Incertidumbre Se define como incertidumbre a un parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de los valores atribuidos a una magnitud medida, resultante de la información utilizada. Para las medidas radioquímicas, el modelo de estimación de la incertidumbre es el indicador en la GUM, “Guide to the expresión of Uncertainty in Measurement”, (ISO 11929, 2010), la cual indica las directrices a seguir para la estimación de la incertidumbre de medida. Esta guía sigue la metodología “bottom-up” o propagación de errores, que consiste en la identificación y cuantificación de las fuentes que contribuyen a la incertidumbre final, llamadas incertidumbres típicas. La Ec. 4.3 es la expresión utilizada en este trabajo para la estimación de la incertidumbre de la actividad de las muestras aplicando esta metodología “bottom-up” a la Ec. 3.7. 𝑢 (𝐴𝑅𝑎−228) =√(𝑤 𝑡𝑀)2∙[𝑢2(𝑅𝑀−𝐴𝑐−911)]+(𝑤 𝑡𝐵)2∙[𝑢2(𝑅𝐵−𝐴𝑐−911)]+𝐴𝑅𝑎−228 2 𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑤) = √(𝑤 𝑡𝑀)2∙𝑅𝑀−𝐴𝑐−911+(𝑤 𝑡𝐵)2∙𝑅𝐵−𝐴𝑐−911+𝐴𝑅𝑎−228 2 𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑤) Ec. 4.3 Para la estimación de la incertidumbre de las cuentas medidas por el equipo se ha tenido en cuenta que la variabilidad inherente debida a que las desintegraciones se producen de forma aleatoria descrita por una distribución de Poisson (Standard Methods, 1998). Por tanto la desviación estándar o incertidumbre de un gran número de sucesos, en este caso cuentas, R, es igual a 𝜎(𝑅)=𝑢(𝑅)=𝑅12 ⁄ Ec. 4.4 Esta distribución de Poisson tiende a la normal (Gaussiana) cuando R  20 La incertidumbre relativa del coeficiente w, urel(w), se estimaría de acuerdo a la Ec. 4.5, obtenida de la aplicación de la metodología “bottom-up” a la Ec. 3.9. Igualmente, la incertidumbre del rendimiento del trazador se estimó mediante la propagación de errores a la Ec. 3.8 𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑤)=𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝜖𝐴𝑐−911)+𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑃𝐴𝑐−911)+𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑃𝑀)+𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑅)++𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑓) Ec. 4.5 Donde: Capítulo 4 Resultados y discusión - 56 - 𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝜖𝐴𝑐−911)=(𝑢(𝜖𝐴𝑐−911) 𝜖𝐴𝑐−911 )2 Ec. 4.6 𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝜖𝐴𝑐−911/𝐵𝑎−356)=(𝑢(𝑃𝐴𝑐−911/𝐵𝑎−356) 𝑃𝐴𝑐−911/𝐵𝑎−356 )2 Ec. 4.7 𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑅)=(𝑅𝑀−𝐵𝑎−356 𝑡𝑀 ⁄ 𝑡𝑀+𝑅𝐵−𝐵𝑎−356 𝑡𝐵 ⁄ 𝑡𝐵) (𝑅𝑀−𝐵𝑎−356−𝑅𝐵−𝐵𝑎−356)2+𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝐴𝑇)+𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑃𝐵𝑎−356) +𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑃𝑇) Ec. 4.8 𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝐴𝑇)=(𝑢(𝐴𝑇) 𝐴𝑇)2 Ec. 4.9 𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑃𝑀)=𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑃𝑇)=(𝑢𝑏𝑎𝑙 𝑃𝑀/𝑇)2 Ec. 4.10 Siendo: u(Ac-911): incertidumbre de la eficiencia obtenida de la incertidumbre de los residuales del ajuste de la gráfica ln()/ln(E). u(PAc-911/Ba-356): incertidumbre de la probabilidad de emisión del Ac-228 (911 KeV) y Ba-133 (356 KeV) (National Nuclear Data Center. 2016) u(AT): incertidumbre de la actividad del trazador (L22/16) en Bq/Kg. ubal : incertidumbre de la balanza indicado en el certificado de calibración, Ibal/2, en Kg. Las incertidumbres de las disoluciones de coctel y trazador se estimaron igualmente aplicando el método de propagación de errores. En la Tabla 4.17 se recogen los parámetros estadísticos de la curva de eficiencia, Fig. 4.3, a partir de los que se obtiene su incertidumbre: Tabla 4.17: Parámetros estadísticos de la curva de eficiencia e= 0,009719 d= -0,1416 c= 0,2798 b= 2,506 a= -10,31 se= 0,01707 sd = 0,3878 sc = 3,257 sb = 11,97 sa = 16,251 R2= 0,9974 ue= se 0,04887 Capítulo 4 Resultados y discusión - 57 - Los resultados de aplicar estas fórmulas para estimar la incertidumbre de cada una de las muestras de control ensayadas se recogen en la Tabla 4.11, Tabla 4.12 y Tabla 4.13. Las contribuciones de cada uno de los miembros que la componen, se ha determinado con vistas a la disminución de su valor. Finalmente, se ha representado el porcentaje de contribución de cada fuente de incertidumbre a la incertidumbre final en una gráfica de incertidumbre frente a actividad de las fuentes, Fig. 4.10. De todas las contribuciones: el contaje del Ac-228 de la muestra y actividad y peso tomado del trazador son las que más contribuye a la incertidumbre total, el resto son despreciables. De estas tres contribuciones a bajas actividades la que más influye es el contaje del Ac-228, a altas actividades influye más la actividad del trazador. Fig. 4.10: Contribuciones de las incertidumbres Los valores obtenidos para el Ra-228 son menores que el objetivo de < 20%, en torno al 17% en el límite de detección experimental, LdD experimental y 7% en el resto del rango. Por lo tanto, se ha cumplido el objetivo establecido para el Ra-228. Además de las contribuciones a la incertidumbre, en la gráfica anterior se representan los pares de valores de incertidumbre frente a la actividad, de este modo, a partir de la misma, se podría interpolar su valor para una actividad medida en vez de estimar la incertidumbre aplicando las fórmulas anteriores. 4.2.7 Límite de decisión El umbral de decisión o límite de decisión se define como la actividad mínima significativa en términos radiológicos (SNE, 2010). Tanto la ISO como la IUPAC, asignan como límite de decisión un valor para el error alfa del 5% y se asigna la expresión Ec. 4.11, que se emplea a lo largo de este trabajo de fin de grado (Currie, L. 1968; UNE-EN-ISO 9686:2016; ISO 11929, 2010), obteniéndose el resultado en Bq/Kg: y = 0,0621x + 3,5044 R² = 0,838 0250 500 750 1000 0 40 80 0 20 40 60 80 100 M4 M5 M6 M1 M2 M3 M13b M10 M11 M12 M14 M9 M8 M7 ARa-228 (mBq/Kg) I(ARa-228) (mBq/kg) u2rel Muestras Incertidumbre u2 (Cuentas-T) u2 (A-T) u2 (P-T) u2 (Proba-T) u2 (e-Ac-228) u2 (Pmuestras-Ac-228) u2 (Proba-Ac-228) u2 (Cuentas-Ac-228) I Lineal (I) Capítulo 4 Resultados y discusión - 58 - 𝐿𝑑𝑑=𝑘∙(𝑤 𝑡𝑀)∙√𝑅𝑀−𝐴𝑐−911+𝑢2(𝑅𝐵−𝐴𝑐−911) Ec. 4.11 En esta ecuación k, es una constante y toma el valor de 1,65. El resto de parámetros quedan explicados en ecuaciones anteriores. El límite de decisión fue calculado independientemente para cada muestra. Teniendo en cuenta que este límite de decisión depende del contaje de las muestras, RM-Ac-911, es parámetro que aumenta a medida que aumenta la actividad de las muestra obteniéndose por tanto un valor mínimo de 2 mBq/Kg para las muestras con la menor actividad ensayadas, 20 y 250 mBq/Kg, ver Tabla 4.11. Dado que el límite de decisión depende del tiempo de medida de las muestras, tM a mayor tiempo de medida menor será el límite de decisión obtenido. En cuanto al termino de incertidumbre debida al contaje del blanco, u2(RB-Ac-911), es muchísimo menor que el contaje de la muestra, RM-Ac-911 y no afecta al valor del límite de decisión obtenido. De los términos que componen el factor w solo el peso de la muestra, PM afecta de modo como era de esperar, pues a mayor peso de muestra menor límite de decisión obtenido. 4.2.8 Límite de detección Según la VIM, se define límite de detección como el valor medido, obtenido mediante un procedimiento de medida dado, con una probabilidad beta de declarar erróneamente la ausencia de un constituyente en un material y dada una probabilidad alfa de declarar erróneamente su presencia (CEM, 2012). La IUPAC, al igual que en el caso del umbral de decisión, recomienda un error alfa del 5%, y, además, un error beta del 5%. En términos radioquímicos se denomina límite de detección a la actividad mínima detectable (AMD) y se define como la actividad que, en presencia de una muestra radiactiva, puede detectar una técnica de medida para un determinado nivel de confianza y un tiempo de medida dado. La expresión utilizada en este trabajo es la que aparece en la Ec. 4.12, de nuevo definida tanto en la normativa (Currie, L. 1968; UNE-EN ISO 9698:2016; 11929, 2010). 𝐿𝑑𝐷=2∙𝐿𝑑𝑑+(𝑘2∙𝑤)/𝑡𝑀 1−𝑘2∙𝑢𝑟𝑒𝑙 2(𝑤) Ec. 4.12 El límite de detección fue calculado individualmente para todas las muestras, ver de la Tabla 4.11 a la Tabla 4.13. De acuerdo a esta ecuación y al igual que el límite de decisión, este crece a medida que aumenta la actividad de la muestra. Es por ello que se tuvieron en cuenta los resultados de las muestras de control ensayadas menores actividades, 20 y 250 mBq/Kg. Analizando los valores obtenidos se puede afirmar que se obtuvo un límite de detección de 4,5 mBq/Kg, valor menor al propuesto como objetivo de 20 mBq/Kg. Capítulo 4 Resultados y discusión - 59 - Por otro lado, el límite de detección objetivo fijado en 20 mBq/L se midió experimentalmente por triplicado, obteniéndose sesgo máximo, %Ermáx de 7%, ver Tabla 4.11, una precisión evaluada como %DER de 11% y una incertidumbre máxima del 17% todas ellas menores de los objetivos propuestos. Se logró, por tanto, cumplir satisfactoriamente, e incluso se mejoró, el objetivo para el límite de detección y el valor indicado en el RD 314/2016. Capítulo 5: Conclusiones Capítulo 5 Conclusiones - 63 - 5 Conclusiones Este trabajo de fin de grado se ha basado en el desarrollo y validación del procedimiento de medida para el radionucleido Ra-228 en agua de consumo. Las principales conclusiones y resultados que se han extraído son los siguientes: Se ha desarrollado el procedimiento normalizado de equipo, PNE, para el espectrómetro gamma de germanio hiperpuro, en él se describe su utilización, calibración y verificación. Este PNE se ha aplicado a lo largo de todo el Trabajo de Fin de Grado. Se ha elaborado y validado el procedimiento normalizado de trabajo, PNT, para el Ra-228 y puede ser aplicado de forma inequívoca y reproducible por personal de laboratorio entrenado. Anteriormente se han realizado ensayos preliminares para establecer determinadas condiciones experimentales, como el rendimiento, el tiempo máximo de conservación de la muestra, control de blancos, volumen de la muestra, o elección de indicador y base utilizada. A continuación, se seleccionaron los parámetros técnicos de validación y se establecieron sus valores objetivos para cada radionucleido, en base a la información bibliográfica disponible (normas, manuales de equipo, artículos científicos, …). Los parámetros escogidos y sus valores han sido los siguientes: - La selectividad del proceso fue evaluada a partir de diferentes referencias bibliográficas. En el apartado que trata la selectividad se nombran, se tienen en cuenta y se indica como eliminar las interferencias químicas y energéticas encontradas para así que el método fuera selectivo. - La linealidad se evaluó a partir de los ensayos realizados con las muestras de control, a actividades conocidas crecientes, para la estimación del rendimiento de Ba-133 y Ac-228. Se obtuvieron en ambos casos rendimientos constantes en los rangos ensayados y concordantes con los objetivos. En cuanto a la sensibilidad se observó a partir de las eficiencias, así como por la probabilidad de emisión que el Ba-133 era más sensible que el Ra-228. - La veracidad se estimó a partir de un control proveniente de la intercomparación de la IAEA del año 2019 y se obtuvo un sesgo en porcentaje < 0,2% en el analito de interés, Ra-228, solo llegando al 14% en el caso del Cs-134 y siendo menores o cercanos al 5% en el resto de los analitos incluidos en la muestra control de la IAEA. - Se ha calculado la repetibilidad y reproducibilidad o precisión como %DER de los valores a través de ensayos con muestras de control replicadas preparadas a partir de un patrón de ICP de torio. Se ha obtenido un DER de 4,4% para la repetibilidad y un DER del 11% para la reproducibilidad cumpliéndose el objetivo de que sea <20%. - Se han estimado los límites de decisión y detección a partir de las expresiones de la normativa. Se ha obtenido un Ldd de 2 mBq/Kg y un LdD 4 mBq/Kg, siendo este último valor inferior al objetivo propuesto de LdD < 20 mBq/L. Por otro lado se preparó una muestra de Capítulo 5 Conclusiones - 64 - control con el LdD propuesto y se midió por triplicado obteniéndose que la veracidad, la precisión y la incertidumbre son muy inferiores a los objetivos propuestos. - El rango de medida se fijó teniendo en cuenta que incluyera los límites impuestos para aguas de consumo mencionados en el RD 314/2016 y los valores que se esperaban en las muestras. El límite inferior del rango de medida fue el límite de detección objetivo valor incluido en el RD 314/2016. El límite superior, fue la actividad máxima empleada en el trabajo que coincide con 2500 mBq/L. - El modelo propuesto para la estimación de la incertidumbre fue el modelo “bottom up”, indicado en la norma ISO 11929, 2010, ampliamente aplicado a medidas físicas, tomándose como objetivo el 20%. - Se ha conseguido disminuir el tiempo de análisis reduciéndolo hasta tres días respecto al inicial que era de aproximadamente una semana.