ISO 23655-2:2022
(Main)Water quality — Nickel-59 and nickel-63 — Part 2: Test method using ICP-MS
Water quality — Nickel-59 and nickel-63 — Part 2: Test method using ICP-MS
This document specifies the determination of nickel-59 and nickel-63 (59Ni and 63Ni) activity concentration in samples of all types of water using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Using currently available ICP-MS, this test method can measure 59Ni activity concentrations of 300 mBq⋅l−1 and 63Ni activity concentrations of 200 Bq⋅l−1. These values can be achieved with a sample volume of 1,0 l. Higher activity concentrations can be measured by either diluting the sample or using smaller sample aliquots or both. NOTE These performance indicators are wholly dependent on the measurement regimes in individual laboratories; in particular, the detection limit is influenced by amount of stable nickel present. The range of application depends on the amount of dissolved material in the water and on the performance characteristics of the measurement equipment (background count rate and counting efficiency). It is the laboratory’s responsibility to ensure the suitability of this test method for the water samples tested.
Qualité de l'eau — Nickel-59 et nickel-63 — Partie 2: Méthode d'essai par ICP-MS
Le présent document spécifie la détermination de l’activité volumique du nickel-59 et du nickel-63 (59Ni et 63Ni) dans des échantillons de tous types d’eau, par spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS). Avec les spectromètres ICP-MS actuellement disponibles, cette méthode d’essai peut mesurer des activités volumiques de 300 mBq⋅l−1 pour le 59Ni et des activités volumiques de 200 Bq⋅l−1 pour le 63Ni. Ces valeurs peuvent être obtenues avec un volume d’échantillon de 1,0 l. Des activités volumiques supérieures peuvent être mesurées soit en diluant l’échantillon, soit en utilisant des aliquotes plus petites, soit les deux. NOTE Ces indicateurs de performance dépendent entièrement des régimes de mesure de chaque laboratoire; plus particulièrement, la limite de détection est influencée par la quantité de nickel stable présent. Le domaine d’application dépend de la quantité de matière dissoute dans l’eau et des caractéristiques de performance de l’équipement de mesure (taux de comptage du bruit de fond et rendement de comptage). Il incombe au laboratoire de s’assurer de la pertinence de la présente méthode d’essai pour les échantillons d’eau soumis à essai.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23655-2
First edition
2022-09
Water quality — Nickel-59 and
nickel-63 —
Part 2:
Test method using ICP-MS
Qualité de l'eau — Nickel-59 et nickel-63 —
Partie 2: Méthode d'essai par ICP-MS
Reference number
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
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ISO 23655-2:2022(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 2
3.1 Terms and definitions . 2
3.2 Symbols . 2
4 Principle . 4
5 Reagents . 4
5.1 Standard solutions . 4
63
5.1.1 Nickel-59 and Ni standards . 4
5.1.2 Stable nickel standards . 5
5.2 Holdback carrier . 5
5.3 Water . 5
5.4 Specific reagents for chemical separation . 5
6 Equipment . 6
6.1 Laboratory equipment for direct evaporation . 6
6.2 Mass spectrometry vials . 6
6.3 Measurement equipment: Inductively coupled plasma mass spectrometry . 6
7 Sampling . 6
8 ICP-MS setup and calibration . 6
8.1 Background . 6
8.2 Calibration . 7
8.3 Mass bias . 7
8.4 Background signal . 7
9 Procedure .8
9.1 Preliminary . 8
[12]
9.1.1 Stable element interferences content . 8
9.1.2 Iron and nickel separation . 8
9.2 Nickel measurement solution preparation . 8
10 Quality control . 9
11 Expression of results . 9
11.1 Nickel recovery . 9
11.2 Nickel-59 activity calculation . 10
11.3 Nickel-63 activity calculation . 10
[14]
11.4 Uncertainties and characteristic limits . 10
11.4.1 Nickel-59 measurements . 10
11.4.2 Nickel-63 measurements . 11
12 Test report .11
Annex A (normative) Isolation and purification of nickel .13
Bibliography .15
iii
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ISO 23655-2:2022(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 147, Water quality, Subcommittee SC 3,
Radioactivity measurements.
A list of all the parts in the ISO 23655 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
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ISO 23655-2:2022(E)
Introduction
Radioactivity from several naturally-occurring and anthropogenic sources is present throughout
the environment. Thus, water bodies (e.g. surface waters, ground waters, sea waters) can contain
radionuclides of natural, human-made, or both origins:
40 3 14
— natural radionuclides, including K, H, C, and those originating from the thorium and uranium
226 228 234 238 210 210
decay series, in particular Ra, Ra, U, U, Po and Pb can be found in water for
natural reasons (e.g. desorption from the soil and wash off by rain water) or can be released from
technological processes involving naturally occurring radioactive materials (e.g. the mining and
processing of mineral sands or phosphate fertilizers production and use);
— human-made radionuclides such as transuranium elements (americium, plutonium, neptunium,
3 14 90
curium), H, C, Sr, and gamma emitting radionuclides can also be found in natural waters.
Small quantities of these radionuclides are discharged from nuclear fuel cycle facilities into the
environment as a result of authorized routine releases. Some of these radionuclides used for
medical and industrial applications are also released into the environment after use. Anthropogenic
radionuclides are also found in waters as a result of past fallout contaminations resulting from
the explosion in the atmosphere of nuclear devices and accidents such as those that occurred in
Chernobyl and Fukushima.
Radionuclide activity concentration in water bodies can vary according to local geological
characteristics and climatic conditions and can be locally and temporally enhanced by releases from
[1]
nuclear installation during planned, existing, and emergency exposure situations . Drinking-water
can thus contain radionuclides at activity concentrations which could present a risk to human health.
The radionuclides present in liquid effluents are usually controlled before being discharged into
[2]
the environment and water bodies. Drinking waters are monitored for their radioactivity as
[3]
recommended by the World Health Organization (WHO) so that proper actions can be taken to ensure
that there is no adverse health effect to the public. Following these international recommendations,
national regulations usually specify radionuclide authorized concentration limits for liquid effluent
discharged to the environment and radionuclide guidance levels for waterbodies and drinking waters
for planned, existing, and emergency exposure situations. Compliance with these limits can be assessed
[4]
using measurement results with their associated uncertainties as specified by ISO/IEC Guide 98-3
[5]
and ISO 5667-20 .
−1
NOTE 1 The guideline level (GL) is the activity concentration with an intake of 2 l·d of drinking water for
−1
one year that results in an effective dose of 0,1 mSv·a for members of the public. This is an effective dose
that represents a very low level of risk and which is not expected to give rise to any detectable adverse health
[3].
effects
NOTE 2 The Codex GLs apply to radionuclides contained in foods destined for human consumption and traded
internationally, which have been contaminated following a nuclear or radiological emergency. These GLs apply to
food after reconstitution or as prepared for consumption, i.e. not to dried or concentrated foods, and are based
[6]
on an intervention exemption level of 1 mSv in a year for members of the public (infant and adult) .
Thus, the test method can be adapted so that the characteristic limits, decision threshold, detection
limit and uncertainties ensure that the radionuclide activity concentrations test results can be verified
to be below the guidance levels required by a national authority for either planned/existing situations
[6],[7]
or for an emergency situation .
Usually, the test methods can be adjusted to measure the activity concentration of the radionuclide(s)
in either wastewaters before storage or in liquid effluents before being discharged to the environment.
The test results will enable the plant/installation operator to verify that, before their discharge,
wastewaters/liquid effluent radioactive activity concentrations do not exceed authorized limits.
The test method(s) described in this document can be used during planned, existing and emergency
exposure situations as well as for wastewaters and liquid effluents with specific modifications that can
increase the overall uncertainty, detection limit and threshold.
v
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ISO 23655-2:2022(E)
The test method(s) can be used for water samples after proper sampling, sample handling and test
sample preparation (see the relevant part of the ISO 5667 series).
This document has been developed to support the need of test laboratories carrying out these
measurements, that are sometimes required by national authorities, as they can be required to obtain a
specific accreditation for radionuclide measurement in drinking water samples.
This document is one of a set of International Standards on test methods dealing with the measurement
of the activity concentration of radionuclides in water samples.
vi
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 23655-2:2022(E)
Water quality — Nickel-59 and nickel-63 —
Part 2:
Test method using ICP-MS
WARNING — Persons using this document should be familiar with normal laboratory practice.
This document does not purport to address all of the safety problems, if any, associated with its
use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices and to
determine the applicability of any other restrictions.
IMPORTANT — It is absolutely essential that tests conducted according to this document be
carried out by suitably trained staff.
1 Scope
59 63
This document specifies the determination of nickel-59 and nickel-63 ( Ni and Ni) activity
concentration in samples of all types of water using inductively coupled plasma mass spectrometry
(ICP-MS).
59
Using currently available ICP-MS, this test method can measure Ni activity concentrations of
−1 63 −1
300 mBq⋅l and Ni activity concentrations of 200 Bq⋅l . These values can be achieved with a sample
volume of 1,0 l. Higher activity concentrations can be measured by either diluting the sample or using
smaller sample aliquots or both.
NOTE These performance indicators are wholly dependent on the measurement regimes in individual
laboratories; in particular, the detection limit is influenced by amount of stable nickel present.
The range of application depends on the amount of dissolved material in the water and on the
performance characteristics of the measurement equipment (background count rate and counting
efficiency).
It is the laboratory’s responsibility to ensure the suitability of this test method for the water samples
tested.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 3696, Water for analytical laboratory use — Specification and test methods
ISO 5667-1, Water quality — Sampling — Part 1: Guidance on the design of sampling programmes and
sampling techniques
ISO 5667-3, Water quality — Sampling — Part 3: Preservation and handling of water samples
ISO 11885, Water quality — Determination of selected elements by inductively coupled plasma optical
emission spectrometry (ICP-OES)
ISO 15586, Water quality — Determination of trace elements using atomic absorption spectrometry with
graphite furnace
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
1
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ISO 23655-2:2022(E)
ISO 17294-2, Water quality — Application of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) —
Part 2: Determination of selected elements including uranium isotopes
ISO 80000-10, Quantities and units — Part 10: Atomic and nuclear physics
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 80000-10 apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.2 Symbols
The symbols used in this document are explained in Table 1.
Table 1 — Symbols and units
Symbol Description Unit
59 58
b Mass bias for Ni (relative to Ni) —
59
63 63
b
Mass bias for Ni (relative to Ni) —
63
−1
c Concentration mol∙l
59 −1
C
Ni activity concentration Bq·l
A,59Ni
63 −1
C Ni activity concentration Bq·l
A,63Ni
59 −1
C
Ni calibration standard solution activity concentration Bq·g
SN,59 i
63 −1
C Ni calibration standard solution activity concentration Bq·g
SN,63 i
−1
C
Mass concentration of stable nickel carrier g∙g
cN, i
−1
C Mass concentration of stable nickel in the measurement solution g∙g
mN, i
−1
C
Mass concentration of stable nickel in the yield solution g∙g
yN, i
−1
C
Mass concentration of natural nickel in the sample g∙g
gN, i
m
59 −1 −1
ε s ∙g
Response of the ICP-MS to Ni at =59
59Ni
z
m
−1 −1
63
ε s ∙g
Response of the ICP-MS to Ni at =63
63Ni
z
58
I Isotopic abundance of Ni: 0,680 77 (natural isotopic abundance is assumed) —
58
k Associated coverage factor —
23
Avogadro constant: 6,022 140 76 × 10 atoms per mole (defined as an exact
−1
L mol
A
quantity, with zero uncertainty)
L Detection limit —
D
L Limit of quantification —
Q
m Mass of an ion —
59 −1
m Atomic mass of Ni 58,934 346 7 g∙mol
aN,59 i
63 −1
m
Atomic mass of Ni 62,929 669 4 g∙mol
aN,63 i
m Mass of stable nickel carrier used g
c,Ni
2
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ISO 23655-2:2022(E)
TTaabbllee 11 ((ccoonnttiinnueuedd))
Symbol Description Unit
59
m
Mass of Ni calibration standard solution used g
s,59Ni
63
m Mass of Ni calibration standard solution used g
sN,63 i
m
Mass of measurement solution g
Ni,1
m Mass of measurement solution used for nickel yield measurement g
Ni,2
m
Mass of nickel yield solution g
Ni,3
m Mass of nickel recovered g
rN, i
m
Total amount of nickel recovered g
tN, i
m
−1
p s
Blank signal at =58
b,58
z
m
−1
p s
Blank signal at =59
b,59
z
m
−1
p s
Blank signal at =63
b,63
z
m
−1
r s
Gross count rate of the stable nickel solution =58
s,58Ni
z
m
−1
59
r s
Gross count rate of the Ni source at =59
s,59Ni
z
m
−1
63
r s
Gross count rate of the Ni source at =63
s,63Ni
z
m
−1
r s
Gross count rate of measurement solution at =59
59
z
m
−1
r s
Gross count rate of measurement solution at =63
63
z
m
−1
r s
Net count rate of measurement solution at =59
net,59
z
m
−1
r s
Net count rate of measurement solution at =63
net,63
z
m
−1
r s
Net count rate of a blank sample solution at =59
net,0,59
z
m
−1
r s
Net count rate of a blank sample solution at =63
net,0,63
z
R Recovery of nickel —
Ni
m
−1
S
s
Standard deviation of the measurement of a blank =59
r05, 9
z
m
−1
S s
Standard deviation of the measurement of a blank =63
r06, 3
z
Standard deviation of the measurement of 10 test portions of a blank sample at
−1
S
m s
r05,,910
=59
z
Standard deviation of the measurement of 10 test portions of a blank sample at
−1
S
m s
r06,,310
=63
z
59
T Radioactive half-life of Ni s
59,Ni
63
T Radioactive half-life of Ni s
63,Ni
u Unexpanded uncertainty —
3
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ISO 23655-2:2022(E)
TTaabbllee 11 ((ccoonnttiinnueuedd))
Symbol Description Unit
U Expanded uncertainty —
Relative uncertainty
u —
rel
NOTE u (x) = u(x)/x.
rel
V Sample volume l
g
59 −1
w Net response of an ICP-MS system to a given mass concentration of Ni s
net,59
63 −1
w Net response of an ICP-MS system to a given mass concentration of Ni s
net,63
59 −1
w Overall response of an ICP-MS system to a given mass concentration of Ni s
59
z Electric charge of an ion —
4 Principle
59
Nickel-59 is an anthropogenic radionuclide that decays to Co by electron capture, with the
associated emission of cobalt K- and L- X-rays, with energies of 6,9 keV and 7,7 keV and a half-life of
[8] 58
(76 000 ± 5 000) years . Nickel-59 is generated by neutron capture of Ni.
63
Nickel-63 is an anthropogenic radionuclide that decays to Cu by beta particle emission with
[9]
a maximum beta energy of 67,0 keV and a half-life of (98,7 ± 2,4) years . Nickel-63 is generated by
62
neutron capture of Ni.
59 63
Freshly irradiated natural nickel can have an Ni/ Ni mass ratio of approximately 6,9 and this
increases to approximately 7,7 after 20 years, to approximately 9,2 after 50 years and to approximately
14 after 100 years, although these values are very dependent on the irradiation history and any
subsequent processing of the material being measured.
59 63
Both Ni and Ni are separated from an aliquot of the sample matrix by precipitation, extraction
chromatography or ion exchange chromatography and their concentrations are measured separately
59 63 [10]
by ICP-MS against suitable calibration standards of Ni and Ni .
For samples with high activity concentration, dilution of the sample is required to avoid resin and mass
spectrometer saturation during the separation and counting steps, respectively.
Suspended material is removed prior to analysis by filtration using 0,45 μm filters. The analysis of the
insoluble fraction requires a mineralization step that is not covered by this document.
[11].
NOTE A suitable mineralization step is specified in ISO 18589-2
It is necessary to know the concentration of the stable nickel in the sample in order to determine the
59
mass of the iron and nickel carriers to add and to calculate the chemical yield for the separation of Ni
63
and Ni.
59 63
When suspended matters are significant, a filtration step is required and Ni and Ni activities can
also be determined in the filter deposit.
5 Reagents
All reagents shall be of recognized analytical grade.
5.1 Standard solutions
63
5.1.1 Nickel-59 and Ni standards
These should be traceable to national or international measurement standards and can be obtained
from a number of commercial suppliers and national measurement institutes.
4
© ISO 2022 – All rights reserved
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ISO 23655-2:2022(E)
5.1.2 Stable nickel standards
Stable nickel standards can be obtained from a number of commercial suppliers at a range of
concentrations.
5.2 Holdback carrier
Prepare a mixed solution of antimony, caesium, calcium, cerium, chromium, cobalt, iron, manganese,
−1
ruthenium, silver, strontium and zinc, containing approximately 10 mg∙g of each element. It is not
necessary to calibrate this solution.
5.3 Water
Water complying with grade 3 of ISO 3696.
5.4 Specific reagents for chemical separation
−1
5.4.1 Ammonium citrate solution, c = 1 mol∙l
C6H14N2O7
Dissolve 22,62 g of ammonium citrate in 80 ml of water and dilute to 100 ml with water (5.3).
−1
5.4.2 Ammonium citrate solution, c = 0,2 mol∙l
C6H14N2O7
Dissolve 4,52 g of ammonium citrate in 80 ml of water and dilute to 100 ml with water (5.3).
−1
5.4.3 Ammonium hydroxide solution, c = 6 mol∙l
NH4OH
Dilute 500 ml of concentrated ammonia solution to 1 l with water (5.3).
−1
5.4.4 Dimethylglyoxime solution, 1 %, c = 0,086 mol∙l
C4H8N2O2
Dissolve 1 g of dimethylglyoxime (C H N O ) in 100 ml ethanol.
4 8 2 2
−1
5.4.5 Hydrochloric acid solution, c = 6 mol∙l
HCl
Dilute 500 ml of concentrated hydrochloric acid to 1 l with water (5.3).
−1
5.4.6 Hydrochloric acid solution, c = 1 mol∙l
HCl
Dilute 83 ml of concentrated hydrochloric acid to 1 l with water (5.3).
−1
5.4.7 Iron chloride solution, c = 0,02 mol∙l
FeCl3
−1
Dissolve 0,54 g of iron(III)chloride hexahydrate in 100 ml 0,01 mol∙l hydrochloric acid (5.4.6).
−1
5.4.8 Nitric acid solution, c = 16 mol∙l
HNO3
Use a concentrated nitric acid solution.
−1
5.4.9 Nitric acid solution, c = 7,2 mol l
HNO3
Dilute 450 ml of concentrated nitric acid to 1 l with water (5.3).
−1
5.4.10 Nitric acid solution, c = 2 mol∙l
HNO3
Dilute 125 ml of concentrated nitric acid to 1 l with water (5.3).
5
© ISO 2022 – All rights reserved
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ISO 23655-2:2022(E)
−1
5.4.11 Sodium hydroxide solution, c = 4 mol∙l
NaOH
Dissolve 160 g of sodium hydroxide in water and dilute the solution to 1 l.
WARNING — Eye protection should be worn.
5.4.12 Stable nickel carrier solution
−1
Procure a calibrated solution of (10 ± 1) g∙l from a suitable supplier; alternatively prepare and
calibrate a tracer solution in-house from, for example, Ni(NO ) ∙6H O.
3 2 2
6 Equipment
6.1 Laboratory equipment for direct evaporation
Use typical laboratory apparatus to store and prepare the sample as specified in ISO 5667-3, such as a
hot plate, an automatic evaporator or any other appropriate apparatus.
6.2 Mass spectrometry vials
The vials shall be plastic.
6.3 Measurement equipment: Inductively coupled plasma mass spectrometry
59 63
Both Ni and Ni can be measured with a commercial ICP-MS.
7 Sampling
Sampling, handling and storage of the water samples shall be done as specified in ISO 5667-1 and
ISO 5667-3.
The water sample should be acidified with concentrated nitric acid; hydrochloric acid shall be avoided.
8 ICP-MS setup and calibration
8.1 Background
Measure the background at mass 59 (p ) and 63 (p ) by running an instrument blank solution
b59 b63
−1
containing 0,5 mol∙l HNO .
3
Measurements with increasing concentrations of stable Ni and measuring the signal at m/z 58 and 59
58 1 58
can be used to determine the Ni H formation rate and the concentration at which tailing from Ni
occurs. The NiH/Ni formation should be constant at all concentrations and a steady increase in this
58
ratio is indicative of Ni tailing. The concentration at which tailing occurs indica
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 23655-2
Première édition
2022-09
Qualité de l'eau — Nickel-59 et
nickel-63 —
Partie 2:
Méthode d'essai par ICP-MS
Water quality — Nickel-59 and nickel-63 —
Part 2: Test method using ICP-MS
Numéro de référence
ISO 23655-2:2022(F)
© ISO 2022
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 23655-2:2022(F)
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ii
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ISO 23655-2:2022(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes, définitions et symboles . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Symboles . 2
4 Principe. 4
5 Réactifs . 4
5.1 Solutions étalons . 5
59 63
5.1.1 Étalons de Ni et Ni . 5
5.1.2 Étalons de nickel stable . 5
5.2 Entraîneur de rétention . . 5
5.3 Eau . 5
5.4 Réactifs spécifiques pour la séparation chimique . 5
6 Équipement . 6
6.1 Équipement de laboratoire pour évaporation directe . 6
6.2 Flacons pour spectrométrie de masse . 6
6.3 Équipement de mesure: Spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif . 6
7 Échantillonnage .6
8 Mise en place et étalonnage du spectromètre ICP-MS . 6
8.1 Bruit de fond . 6
8.2 Étalonnage . 7
8.3 Biais de masse . 7
8.4 Signal de bruit de fond . 8
9 Mode opératoire . 8
9.1 Préliminaire . 8
[12]
9.1.1 Teneur en éléments interférents stables . 8
9.1.2 Séparation du fer et du nickel . 8
9.2 Préparation de la solution de mesurage du nickel . 9
10 Contrôle de la qualité . 9
11 Expression des résultats . 9
11.1 Rendement en nickel . 9
59
11.2 Calcul de l’activité du Ni . 10
63
11.3 Calcul de l’activité du Ni . 10
[14]
11.4 Incertitudes et limites caractéristiques . 11
59
11.4.1 Mesurages du Ni . 11
63
11.4.2 Mesurages du Ni . 11
12 Rapport d’essai .12
Annexe A (normative) Séparation et purification du nickel .14
Bibliographie .16
iii
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ISO 23655-2:2022(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 147, Qualité de l’eau, sous-comité
SC 3, Mesurages de la radioactivité.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 23655 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
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ISO 23655-2:2022(F)
Introduction
La radioactivité provenant de diverses sources naturelles et anthropogènes est présente partout dans
l’environnement. Par conséquent, les masses d’eau (par exemple, eaux de surface, eaux souterraines,
eaux de mer) peuvent contenir des radionucléides d’origine naturelle ou artificielle (c’est-à-dire
engendrée par l’homme), ou les deux:
40 3 14
— les radionucléides naturels, y compris K, H, C, et ceux provenant des chaînes de désintégration
226 228 234 238 210 210
du thorium et de l’uranium, notamment Ra, Ra, U, U, Po et Pb, peuvent se trouver
dans l’eau pour des raisons naturelles (par exemple, désorption par le sol et lessivage par les eaux
pluviales), ou ils peuvent être libérés par des processus technologiques impliquant des matériaux
radioactifs existant à l’état naturel (par exemple, extraction minière et traitement de sables
minéraux ou production et utilisation d’engrais phosphatés);
— les radionucléides engendrés par l’activité humaine, tels que les éléments transuraniens (américium,
3 14 90
plutonium, neptunium, curium), le H, le C, le Sr et certains radionucléides émetteurs gamma
peuvent également être présents dans les eaux naturelles. De petites quantités de ces radionucléides
sont déversées dans l’environnement par les installations concernant le cycle du combustible
nucléaire en conséquence de leur libération périodique autorisée. Certains de ces radionucléides
utilisés dans le cadre d’applications médicales et industrielles sont également libérés dans
l’environnement après usage. Les radionucléides anthropogènes peuvent également se trouver dans
les eaux du fait de contaminations par retombées d’éléments radioactifs rejetés dans l’atmosphère
lors de l’explosion de dispositifs nucléaires ou lors d’accidents nucléaires, tels que ceux de Tchernobyl
et de Fukushima.
L’activité volumique des radionucléides dans les masses d’eau est variable en fonction des
caractéristiques géologiques et des conditions climatiques locales, et peut être renforcée localement
et dans le temps par les rejets d’installations nucléaires dans des situations d’exposition planifiée,
[1]
d’exposition d’urgence et d’exposition existante . L’eau potable peut alors contenir des radionucléides
à des valeurs d’activité volumique représentant potentiellement un risque sanitaire pour l’homme.
Les radionucléides présents dans les effluents liquides sont habituellement contrôlés avant d’être
[2]
déversés dans l’environnement et les masses d’eau. La radioactivité des eaux potables est surveillée
[3]
conformément aux recommandations de l’Organisation mondiale de la Santé (OMS) , de manière
que des actions appropriées puissent être conduites pour garantir l’absence d’effets indésirables sur
la santé du public. Conformément à ces recommandations internationales, les législations nationales
spécifient généralement des limites de concentration en radionucléides autorisées pour les effluents
liquides déversés dans l’environnement ainsi que des limites indicatives concernant les teneurs en
radionucléides dans les masses d’eau et les eaux potables dans les situations d’exposition planifiées,
existantes et d’urgence. La conformité à ces limites peut être évaluée à partir des résultats de mesure et
[4] [5]
des incertitudes qui y sont associées, comme spécifié par le Guide 98-3 de l’ISO/IEC et l’ISO 5667-20 .
−1
NOTE 1 La limite indicative (LI) correspond à l’activité volumique pour une consommation de 2 l·d d’eau
−1
potable pendant un an, aboutissant à une dose effective de 0,1 mSv·a pour un individu moyen. Cette dose
effective présente un niveau de risque très faible qui ne devrait pas entraîner d’effets indésirables pour la santé
[3]
détectables .
NOTE 2 Les LIs du Codex s’appliquent aux radionucléides contenus dans des denrées alimentaires destinées à
la consommation humaine et faisant l’objet d’un commerce international, qui ont été contaminées à la suite d’une
urgence nucléaire ou radiologique. Ces limites indicatives s’appliquent aux aliments après reconstitution ou tels
que préparés pour la consommation, c’est-à-dire des aliments non séchés ou concentrés, et sont fondées sur un
[6]
niveau d’exemption d’intervention de 1 mSv en un an pour un individu moyen (nourrisson et adulte) .
Ainsi, la méthode d’essai peut être adaptée de façon que les limites caractéristiques, le seuil de décision,
la limite de détection et les incertitudes garantissent qu’il est possible de vérifier que les résultats d’essai
relatifs à l’activité volumique des radionucléides sont inférieurs aux limites indicatives requises par une
[6],[7]
autorité nationale soit pour des situations existantes/planifiées, soit pour une situation d’urgence .
En général, il est possible d’ajuster les méthodes d’essai pour mesurer l’activité volumique du ou des
radionucléides, soit dans les eaux usées avant stockage, soit dans les effluents liquides avant qu’ils
v
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ISO 23655-2:2022(F)
ne soient déversés dans l’environnement. Les résultats d’essai permettront à l’opérateur de l’usine/
de l’installation de vérifier que les concentrations d’activité radioactive des eaux usées/des effluents
liquides ne dépassent pas les limites autorisées, avant que ceux-ci ne soient rejetés.
La ou les méthodes d’essai décrites dans le présent document peuvent être utilisées dans des situations
d’exposition planifiées, existantes et d’urgence ainsi que pour les eaux usées et les effluents liquides,
avec des modifications spécifiques qui peuvent augmenter l’incertitude globale, la limite de détection et
le seuil de décision.
La ou les méthodes d’essai peuvent être utilisées pour des échantillons d’eau après un échantillonnage,
une manipulation et une préparation de l’échantillon pour essai adaptés (voir la partie pertinente de la
série de normes ISO 5667).
Le présent document a été élaboré pour répondre aux besoins des laboratoires d’essai effectuant ces
mesurages, parfois requis par les autorités nationales, car les laboratoires peuvent être dans l’obligation
d’obtenir une accréditation spécifique pour le mesurage de radionucléides dans des échantillons d’eau
potable.
Le présent document fait partie d’un ensemble de Normes internationales relatives aux méthodes
d’essai qui traitent du mesurage de l’activité volumique des radionucléides dans des échantillons d’eau.
vi
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NORME INTERNATIONALE ISO 23655-2:2022(F)
Qualité de l'eau — Nickel-59 et nickel-63 —
Partie 2:
Méthode d'essai par ICP-MS
AVERTISSEMENT — Il convient que l’utilisateur du présent document connaisse bien les
pratiques courantes de laboratoire. Le présent document n’a pas pour but de traiter tous les
problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant, liés à son utilisation. Il incombe à l’utilisateur
d’établir des pratiques appropriées en matière de santé et de sécurité et de déterminer
l’applicabilité de toute autre restriction éventuelle.
IMPORTANT — Il est absolument essentiel que les essais réalisés conformément au présent
document soient effectués par du personnel qualifié.
1 Domaine d'application
59
Le présent document spécifie la détermination de l’activité volumique du nickel-59 et du nickel-63 ( Ni
63
et Ni) dans des échantillons de tous types d’eau, par spectrométrie de masse avec plasma à couplage
inductif (ICP-MS).
Avec les spectromètres ICP-MS actuellement disponibles, cette méthode d’essai peut mesurer des
−1 59 −1 63
activités volumiques de 300 mBq⋅l pour le Ni et des activités volumiques de 200 Bq⋅l pour le Ni.
Ces valeurs peuvent être obtenues avec un volume d’échantillon de 1,0 l. Des activités volumiques
supérieures peuvent être mesurées soit en diluant l’échantillon, soit en utilisant des aliquotes plus
petites, soit les deux.
NOTE Ces indicateurs de performance dépendent entièrement des régimes de mesure de chaque laboratoire;
plus particulièrement, la limite de détection est influencée par la quantité de nickel stable présent.
Le domaine d’application dépend de la quantité de matière dissoute dans l’eau et des caractéristiques de
performance de l’équipement de mesure (taux de comptage du bruit de fond et rendement de comptage).
Il incombe au laboratoire de s’assurer de la pertinence de la présente méthode d’essai pour les
échantillons d’eau soumis à essai.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 3696, Eau pour laboratoire à usage analytique — Spécification et méthodes d'essai
ISO 5667-1, Qualité de l’eau — Échantillonnage — Partie 1: Recommandations relatives à la conception des
programmes et des techniques d’échantillonnage
ISO 5667-3, Qualité de l'eau — Échantillonnage — Partie 3: Conservation et manipulation des échantillons
d'eau
ISO 11885, Qualité de l'eau — Dosage d'éléments choisis par spectroscopie d'émission optique avec plasma
induit par haute fréquence (ICP-OES)
ISO 15586, Qualité de l'eau — Dosage des éléments traces par spectrométrie d'absorption atomique en four
graphite
1
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ISO 23655-2:2022(F)
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
ISO 17294-2, Qualité de l’eau — Application de la spectrométrie de masse avec plasma à couplage
inductif (ICP-MS) — Partie 2: Dosage des éléments sélectionnés y compris les isotopes d’uranium
ISO 80000-10, Grandeurs et unités — Partie 10: Physique atomique et nucléaire
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 80000-10 s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adressehttps:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.2 Symboles
Les symboles utilisés dans le présent document sont expliqués dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles et unités
Symbole Description Unité
59 58
b Biais de masse pour Ni (par rapport au Ni) —
59
63 63
b Biais de masse pour Ni (par rapport au Ni) —
63
−1
c Concentration mol∙l
59 −1
C Activité volumique de Ni Bq·l
A,59Ni
63 −1
C Activité volumique de Ni Bq·l
A,63Ni
59 −1
C Activité volumique de la solution d’étalonnage du Ni Bq·g
S,59Ni
63 −1
C Activité volumique de la solution d’étalonnage du Ni Bq·g
S,63Ni
−1
C Concentration en masse d’entraîneur de nickel stable g g
c,Ni
−1
C Concentration en masse du nickel stable dans la solution de mesurage g g
m,Ni
−1
C Concentration en masse du nickel stable dans la solution obtenue g g
y,Ni
−1
C Concentration en masse de nickel stable dans l’échantillon g g
g,Ni
m
−1 −1
59
ε s g
Réponse du spectromètre ICP-MS au Ni à =59
59Ni
z
m
−1 −1
63
ε s g
Réponse du spectromètre ICP-MS au Ni à =63
63Ni
z
58
Abondance isotopique du Ni: 0,680 77 (abondance isotopique naturelle par
I —
58
hypothèse)
k Facteur d’élargissement associé —
23
Constante d’Avogadro: 6,022 140 76 × 10 atomes par mole (définie comme
−1
L mol
A
une grandeur exacte, avec une incertitude égale à zéro)
L Limite de détection —
D
L Limite de quantification —
Q
m Masse d’un ion —
59 −1
m Masse atomique du Ni 58,934 346 7 g mol
a,59Ni
63 −1
m Masse atomique du Ni 62,929 669 4 g mol
a,63Ni
2
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ISO 23655-2:2022(F)
TTaabblleeaauu 11 ((ssuuiitte)e)
Symbole Description Unité
m Masse d’entraîneur de nickel stable utilisé g
c, Ni
59
m Masse de la solution d’étalonnage du Ni utilisée g
s,59Ni
63
m Masse de la solution d’étalonnage du Ni utilisée g
s,63Ni
m Masse de la solution de mesurage g
Ni,1
m Masse de la solution de mesurage utilisée pour le mesurage du rendement en nickel g
Ni,2
m Masse de la solution de rendement en nickel g
Ni,3
m Masse de nickel récupérée g
r,Ni
m Quantité totale de nickel récupérée g
t,Ni
m
−1
p s
Signal du blanc à =58
b,58
z
m
−1
p s
Signal du blanc à =59
b,59
z
m
−1
p s
Signal du blanc à =63
b,63
z
m
−1
r s
Taux de comptage brut de la solution stable de nickel =58
s,58Ni
z
m
−1
59
r s
Taux de comptage brut de la source de Ni à =59
s,59Ni
z
m
−1
63
r s
Taux de comptage brut de la source de Ni à =63
s,63Ni
z
m
−1
r s
Taux de comptage brut de la solution de mesurage à =59
59
z
m
−1
r s
Taux de comptage brut de la solution de mesurage à =63
63
z
m
−1
r s
Taux de comptage net de la solution de mesurage à =59
net,59
z
m
−1
r s
Taux de comptage net de la solution de mesurage à =63
net,63
z
m
−1
r s
Taux de comptage net de la solution de l’échantillon à blanc à =59
net,0,59
z
m
−1
r s
Taux de comptage net de la solution de l’échantillon à blanc à =63
net,0,63
z
R Rendement en nickel —
Ni
m
−1
S s
Écart-type du mesurage d’un blanc =59
r0,59
z
m
−1
S s
Écart-type du mesurage d’un blanc =63
r0,63
z
m
−1
S s
Écart-type du mesurage de 10 prises d’essai d’un échantillon à blanc à =59
r0,59,10
z
m
−1
S s
Écart-type du mesurage de 10 prises d’essai d’un échantillon à blanc à =63
r0,63,10
z
59
T Demi-vie radioactive du Ni s
59,Ni
63
T Demi-vie radioactive du Ni s
63,Ni
u Incertitude non élargie —
U Incertitude élargie —
3
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ISO 23655-2:2022(F)
TTaabblleeaauu 11 ((ssuuiitte)e)
Symbole Description Unité
Incertitude relative
u —
rel
NOTE u (x) = u(x)/x.
rel
V Volume d’échantillon l
g
59 −1
w Réponse nette d’un système ICP-MS à une concentration en masse de Ni définie s
net,59
63 −1
w Réponse nette d’un système ICP-MS à une concentration en masse de Ni définie s
net,63
59 −1
w Réponse globale d’un système ICP-MS à une concentration en masse de Ni définie s
59
z Charge électrique d’un ion —
4 Principe
59 59
Le Ni est un radionucléide anthropogène qui se désintègre en Co par capture électronique, avec
l’émission associée de rayonnements X du cobalt (K- et L-), aux énergies de 6,9 keV et 7,7 keV et une
[8] 59 58
demi-vie de (76 000 ± 5 000) années . Le Ni est généré par capture neutronique de Ni.
63 63
Le Ni est un radionucléide anthropogène qui se désintègre en Cu par émission de particules bêta
[9]
avec une énergie bêta maximale de 67,0 keV et une demi-vie de (98,7 ± 2,4) années . Le nickel 63 est
62
généré par capture neutronique de Ni.
59 63
Le nickel naturel fraîchement irradié peut présenter un rapport de masse Ni/ Ni d’environ 6,9, celui-
ci passe à environ 7,7 après 20 ans, à environ 9,2 après 50 ans et à environ 14 après 100 ans. Toutefois,
ces valeurs sont très dépendantes de l’historique d’irradiation et de tout traitement subséquent de la
matière faisant l’objet du mesurage.
59 63
Les nickels Ni et Ni sont séparés à partir d’une aliquote de la matrice d’échantillon par précipitation,
par chromatographie d’extraction ou par chromatographie d’échange d’ions, et leurs concentrations
59
sont mesurées séparément par ICP-MS par rapport à des solutions d’étalonnage de Ni et
63 [10]
Ni appropriées .
Pour les échantillons à forte activité volumique, une dilution de l’échantillon est nécessaire pour éviter
respectivement la saturation de la résine et la saturation du spectromètre de masse pendant les étapes
de séparation et de comptage.
La matière en suspension est retirée avant l’analyse par filtration à l’aide de filtres de 0,45 µm.
L’analyse de la fraction insoluble requiert une étape de minéralisation non couverte par ce document.
[11]
NOTE Une étape de minéralisation appropriée est spécifiée dans l’ISO 18589-2 .
Il est nécessaire de connaître la concentration en nickel stable dans l’échantillon afin de déterminer
la masse des entraîneurs de fer et de nickel à ajouter et de calculer le rendement chimique pour la
59 63
séparation du Ni et du Ni.
Lorsque les matières en suspension sont importantes, une étape de filtration est requise et les activités
59 63
de Ni et Ni peuvent également être déterminées dans le dépôt du filtre.
5 Réactifs
Tous les réactifs doivent être de qualité analytique reconnue.
4
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ISO 23655-2:2022(F)
5.1 Solutions étalons
59 63
5.1.1 Étalons de Ni et Ni
Il convient de prévoir des étalons dont la conformité aux étalons de mesure nationaux ou internationaux
peut être tracée et qui peuvent être obtenus auprès d’un certain nombre de fournisseurs commerciaux
et d’instituts de mesure nationaux.
5.1.2 Étalons de nickel stable
Ceux-ci peuvent être obtenus auprès d’un certain nombre de fournisseurs commerciaux à différentes
concentrations.
5.2 Entraîneur de rétention
Préparer une solution mélangée d’antimoine, de césium, de calcium, de cérium, de chrome, de cobalt,
−1
de fer, de manganèse, de ruthénium, d’argent, de strontium et de zinc, contenant environ 10 mg g de
chaque élément. Il n’est pas nécessaire d’étalonner cette solution.
5.3 Eau
Eau conforme à la qualité 3 de l’ISO 3696.
5.4 Réactifs spécifiques pour la séparation chimique
−1
5.4.1 Solution de citrate d’ammonium, c = 1 mol∙l
C6H14N2O7
Dissoudre 22,62 g de citrate d’ammonium dans 80 ml d’eau et diluer à 100 ml avec de l’eau (5.3).
−1
5.4.2 Solution de citrate d’ammonium, c = 0,2 mol∙l
C6H14N2O7
Dissoudre 4,52 g de citrate d’ammonium dans 80 ml d’eau et diluer à 100 ml avec de l’eau (5.3).
−1
5.4.3 Solution d’hydroxyde d’ammonium, c = 6 mol·l
NH
...
Questions, Comments and Discussion
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