ISO 13167:2015
(Main)Water quality — Plutonium, americium, curium and neptunium — Test method using alpha spectrometry
Water quality — Plutonium, americium, curium and neptunium — Test method using alpha spectrometry
ISO 13167:2015 specifies a test method for measuring actinides (238Pu, 239+240Pu, 241Am, 242Cm, 243+244Cm and 237Np) in water samples by alpha spectrometry following a chemical separation. The method can be used for any type of environmental study or monitoring. The volume of the test portion required depends on the assumed activity of the sample and the desired detection limit. The detection limit of the test method is 5 × 10−3 to 5 × 10−4 Bq/l for a volume of the test portion of 0,1 l to 5 l with a counting time of two to ten days.
Qualité de l'eau — Plutonium, americium, curium et neptunium — Méthode d'essai par spectrométrie alpha
ISO 13167:2015 décrit une méthode d'essai permettant de mesurer les actinides (238Pu, 239+240Pu, 241Am, 242Cm, 243+244Cm et 237Np) dans des échantillons d'eau, par spectrométrie alpha après séparation chimique. Cette méthode peut être utilisée pour tout type d'étude ou de surveillance environnementale. Le volume de la prise d'essai requise dépend de l'activité supposée de l'échantillon et de la limite de détection souhaitée.
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13167
First edition
2015-12-15
Water quality — Plutonium,
americium, curium and neptunium —
Test method using alpha spectrometry
Qualité de l’eau — Plutonium, americium, curium et neptunium —
Méthode d’essai par spectrométrie alpha
Reference number
ISO 13167:2015(E)
©
ISO 2015
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 13167:2015(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2015, Published in Switzerland
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form
or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior
written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of
the requester.
ISO copyright office
Ch. de Blandonnet 8 • CP 401
CH-1214 Vernier, Geneva, Switzerland
Tel. +41 22 749 01 11
Fax +41 22 749 09 47
copyright@iso.org
www.iso.org
ii © ISO 2015 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 13167:2015(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Principle . 2
6 Chemical reagents and equipment . 3
6.1 Chemical reagents . 3
6.2 Equipment . 3
7 Procedure. 4
7.1 Sampling . 4
7.2 Concentration step and valence cycle . 4
7.3 Chemical separation . 4
7.4 Preparation of the source to be measured . 4
7.4.1 General. 4
7.4.2 Electrodeposition method . 4
7.4.3 Co-precipitation method . 4
7.5 Background determination . 5
7.6 Counting efficiency determination . 5
7.7 Measurement . 5
8 Expression of results . 5
8.1 Calculation of the activity concentration . 5
8.2 Standard uncertainty . 6
8.3 Decision threshold . 6
8.4 Detection limit . 6
8.5 Confidence limits. 7
9 Quality assurance and quality control programme . 7
9.1 General . 7
9.2 Influence quantities . 7
9.3 Instrument verification and calibration . 8
9.4 Method verification . 8
9.5 Demonstration of analyst capability . 8
10 Test report . 8
Annex A (informative) Chemical separation of actinides on anionic resin .10
Annex B (informative) Chemical separation of actinides by specific resins .13
Annex C (informative) Preparation of the source by electrodeposition .16
Annex D (informative) Preparation of the source by co-precipitation .19
Bibliography .21
© ISO 2015 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 13167:2015(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 meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/147, Water quality, Subcommittee SC 3, Radioactivity
measurements.
iv © ISO 2015 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 13167:2015(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.
— Natural radionuclides, including potassium 40, and those originating from the thorium and uranium
decay series, in particular radium 226, radium 228, uranium 234, uranium 238, lead 210, 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 fertilizer production and use).
— Human-made radionuclides, such as transuranium elements (americium, plutonium, neptunium,
curium), tritium, carbon 14, strontium 90 and some gamma emitting radionuclides, can also be found
in natural waters as a result of authorized routine releases into the environment in small quantities in
the effluent discharged from nuclear fuel cycle facilities. They are also released into the environment
following their used in unsealed form for medical and industrial applications. They are also found in
the water as a result of past fallout contamination resulting from the explosion in the atmosphere of
nuclear devices and accidents such as those that occurred in Chernobyl and Fukushima.
Drinking water may thus contain radionuclides at activity concentrations which could present a risk
to human health. In order to assess the quality of drinking water (including mineral waters and spring
waters) with respect to its radionuclide content and to provide guidance on reducing health risks by
taking measures to decrease radionuclide activity concentrations, water resources (groundwater, river,
lake, sea, etc.) and drinking water are monitored for their radioactivity content as recommended by the
World Health Organization [WHO] and as may be required by some national authorities.
An international standard on a test method for isotopes of plutonium, americium, curium and
neptunium activity concentrations in water samples is justified for test laboratories carrying out these
measurements, which are sometimes required by national authorities, as laboratories may have to
obtain a specific accreditation for radionuclide measurement in drinking water samples.
238 239 240 241 242 243 244 237
Pu, Pu, Pu, Am, Cm, Cm, Cm, Np activity concentrations can vary according
to any local effluent authorized discharges from nuclear plant and environmental characteristics.
238 239 240 241 242 243 244 237
The guidance level for Pu, Pu, Pu, Am, Cm, Cm, Cm, Np in drinking water as
242
recommended by WHO is 1 Bq/l for all of those isotopes, except for Cm (10 Bq/l) [WHO-Guidelines
for drinking waters quality, 2011, Geneva].
NOTE The guidance level is the activity concentration (rounded to the nearest order of magnitude) with an
intake of 2 l/day of drinking water for 1 year, that results in an effective dose of 0,1 mSv/year for members of the
public, an effective dose that represents a very low level of risk that is not expected to give rise to any detectable
adverse health effect.
This International Standard is one of a set of International Standards on test methods dealing with the
measurement of the activity concentration of radionuclides in water samples.
© ISO 2015 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 13167:2015(E)
Water quality — Plutonium, americium, curium and
neptunium — Test method using alpha spectrometry
1 Scope
238 239+240 241
This International Standard specifies a test method for measuring actinides ( Pu, Pu, Am,
242 243+244 237
Cm, Cm and Np) in water samples by alpha spectrometry following a chemical separation.
The method can be used for any type of environmental study or monitoring.
The volume of the test portion required depends on the assumed activity of the sample and the desired
detection limit.
−3 −4
The detection limit of the test method is 5 × 10 to 5 × 10 Bq/l for a volume of the test portion of 0,1 l
to 5 l with a counting time of two to ten days.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
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 11929, Determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit and limits of the
confidence interval) for measurements of ionizing radiation — Fundamentals and application
ISO 80000-10, Quantities and units — Part 10: Atomic and nuclear physics
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms, definitions and symbols given in ISO 80000-10 and
ISO 11929 apply.
© ISO 2015 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 13167:2015(E)
4 Symbols
The following symbols apply.
A Activity of tracer added at the date of measurement, in becquerels
Activity concentration of the actinides isotopes in becquerels per litre
c
A
Decision threshold, in becquerels per litre
*
c
A
# Detection limit, in becquerels per litre
c
A
Lower and upper limits of the confidence interval, in becquerels per litre
cc,
AA
ε Counting efficiency
Gross count rate per second from measured actinides isotopes and tracer, respec-
r , r
g gT
tively
Background count rate per second from actinides isotopes and tracer, respectively
rr,
00T
R Total measurement yield
R Chemical yield
c
Background counting time, in seconds
t
0
Sample counting time, in seconds
t
g
Standard uncertainty associated with the measurement result, in becquerels per litre
uc()
A
U
Expanded uncertainty, calculated by Uk=⋅uc with k = 1, 2,…, in becquerels per
()
A
litre
V Volume of test sample, in litres
243
f Correction factor for possible bias for curium isotopes using Am as a tracer or for
237 236 241
Np using Pu as a tracer. For plutonium isotopes or for Am, f is equal to 1.
5 Principle
Actinide isotopes are deposited as a thin source for measurement by alpha spectrometry using a
grid chamber or semi-conductor detector type equipment. The sources are usually prepared by
electrodeposition or co-precipitation after chemical separation and purification of the actinide isotopes
[1][2][3][4]
present in the test portion.
Specific chemical separation and purification procedures are required in order to avoid interference
from the presence of other α emitters, and stable nuclides in the sample, in quantities that are often
larger than the actinide isotopes of interest.
2 © ISO 2015 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 13167:2015(E)
These procedures allow the main sources of interference to be removed:
— the salt content of the water sample, especially hydrolysable elements, in order to prepare the
thinnest deposited source;
— other α emitting radionuclides, such as uranium and thorium isotopes, whose emissions may
interfere with those of actinide isotopes of interest.
The total yield for each analysis (product of chemical separation yield and detection efficiency) is
236 237
determined by adding a standard solution of tracer: Pu can be used for plutonium isotopes and Np,
242 243
Pu can be used for plutonium isotopes only and Am can be used for americium and curium isotopes.
As a result, the procedure shall include a reduction/oxidation cycle to adjust the tracer and the analytes
to the same oxidation state.
243
It is possible to quantify curium isotopes on the basis of Am tracer behaviour. This may lead to a
potential bias that shall be quantified using a standard solution and/or participation in inter-laboratory
comparison tests.
236
It is possible to quantify neptunium on the basis of Pu tracer behaviour. This may lead to a potential bias
that shall be quantified using a standard solution and/or participation in inter-laboratory comparison.
235 236 238 239 237 245
NOTE Np, Np, Np and Np can be used as a yield tracers for Np (if available), and Cm
as a yield tracer for other Cm isotopes but the test method of this International Standard does not cover
these measurements.
6 Chemical reagents and equipment
6.1 Chemical reagents
The chemical reagents and equipment are described in Annexes A and B for chemical separation and in
Annexes C and D for the preparation of the deposited source.
Except for the certified standard solutions, all the chemical reagents needed to carry out this procedure
shall be analytical grade.
6.2 Equipment
Usual laboratory apparatus and in particular the following equipment.
6.2.1 Alpha-spectrometer, of the grid chamber (with higher detection efficiency, but lower resolution)
or semiconductor type (with lower detection efficiency, but higher resolution). Operation at constant
temperature is recommended. Follow the manufacturer’s instructions.
For semiconductor-type equipment, the measurements using alpha-spectrometry depend on the
interaction of alpha-particles with an ion-implanted silicon detector. This interaction instantly
changes the conductivity of the silicon, proportional to the energy of the incoming alpha-particle. If
a well-resolved spectra is required, the detection system should be maintained at a pressure < 10 Pa.
Resolution can be further enhanced through increasing distance between source and detector.
6.2.2 Pipette, suitable for the accurate transfer of (for example 100 μl) tracer solution with a total
precision within ± 1 %.
6.2.3 Balance, capable of achieving ± 0,1 mg precision.
In addition, the equipment for chemical separation is listed in Annexes A and B and the equipment for
the preparation of the deposited source is listed in Annexes C and D.
© ISO 2015 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 13167:2015(E)
7 Procedure
7.1 Sampling
Conditions of sampling shall follow ISO 5667-1.
The sample should be filtered to remove solids and then acidified (pH < 2 with nitric acid) as soon as
possible after sampling prior to analysis, as specified in ISO 5667-3.
It is important that the laboratory receives a representative sample, unmodified during the transport
or storage and in an undamaged container.
7.2 Concentration step and valence cycle
The radioactive tracers are added during this initial treatment phase.
If required, a concentration step can be done by evaporation or co-precipitation. After evaporation,
the residue is dissolved with acid mixture. The co-precipitation with the iron hydroxide, for example,
[Fe(OH) ] at pH = 8 can be done by adding iron nitrate or chloride. After centrifugation or filtration, the
3
precipitate is dissolved with acid mixture.
The procedure shall include a valence cycle, adjusting the tracer and the actinide isotopes to measure
oxidation states, in order to achieve the identical chemical behaviour for all of them. For example, a
primarily reduction step is carried out by adding NH OH.HCl, NaHSO or Na S O , then an oxidation
2 3 2 2 3
step is done with NaNO or H O .
2 2 2
7.3 Chemical separation
There are two commonly used techniques for the chemical separation of actinides: extraction on an
ion exchange resin or specific extraction chromatographic resin. One method from each technique
[6]
is presented in Annexes A and B: separation by anionic resin or by extraction chromatographic
[7],[8]
resins.
It is also possible to use a mix of Annexes A and B: use of an ion exchange resin followed by the use of a
specific extraction chromatographic resin for americium phase purification only.
7.4 Preparation of the source to be measured
7.4.1 General
The source can be prepared by electrodeposition on a planchet, a stainless steel disk (7.4.2), or by co-
precipitation (7.4.3).
7.4.2 Electrodeposition method
Electrodeposition is carried out after the chemical separation of the actinides from interfering
elements. It allows the electrochemical deposition of the actinides in an ultra-thin layer onto the
planchet. The procedure described in Annex C applies to the two chemical separation methods
described in Annexes A and B.
NOTE Electrodeposition is not a selective method because some stable metal cations are likely to form
insoluble hydroxides, which can be deposited at the same time as the actinides.
7.4.3 Co-precipitation method
Co-precipitation, using fluoride compounds, can be carried out after the chemical separation of the
actinides from other interfering elements. It allows the precipitation of the radionuclide(s) in the form
4 © ISO 2015 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 13167:2015(E)
of a thin layer of cerium or lanthanum fluoride on a filter. The procedure described in Annex D can be
applied to the two chemical separation methods described in Annexes A and B.
7.5 Background determination
Measure the background using a blank sample prepared for the method chosen (for example:
laboratory water). This blank sample should be prepared without tracer to be used for obtaining the
background count rates.
7.6 Counting efficiency determination
The counting efficiency is estimated by measuring the calibration source. It is needed to determine the
chemical recovery.
7.7 Measurement
The actinide activity concentration is calculated by counting the sample source for an appropriate
counting time. The same instrumental parameters should be used for the sample, the background and
the calibration source measurements.
The counting time required depends on the sample and background count rates and also the detection
limit and decision threshold required.
It should be verified on the spectrum that no interferent is present and an adequate resolution is obtained.
8 Expression of results
8.1 Calculation of the activity concentration
The actinides activity concentration is calculated by integrating the number of counts in the
corresponding peaks of the tracer and isotopes to be measured. The results of these integrations,
divided by the counting time, are the gross count rates r and r for the tracer and the actinide isotopes,
gT g
respectively.
r and r are corrected for the background contribution and, if needed, of the tailing contribution of
gT g
the highest derived energy peaks that depends on the detector characteristics.
Background count rates are calculated from the alpha emission spectrum of a blank sample, and
integrating the number of counts in the regions of interest (ROI) in which the peaks appear in the
sample spectrum. The results of these integrations, divided by the counting time, are the background
count rates, r and r for the tracer and the actinide isotopes, respectively.
0t 0
The blank sample is obtained and measured, applying the procedure in use in the laboratory with tracer
(for the test method qualification) or without tracer (for background quantification).
The activity concentration c of the actinides isotopes is calculated as given in Formula (1):
A
1
cr=−( rV)/( ⋅=Rr)( −⋅rw) with w = (1)
Ag 00g
VR⋅
The total measurement yield is determined from the activity A of the tracer added and from the net
count rate in the corresponding peak as given in Formula (2):
R = (r − r )/A · f (2)
gT 0T
With f being the correction factor for possible bias when calculating results for curium isotopes using
243 237 236
Am tracer or Np results using Pu tracer. f is the ratio between the Pu/Np and/or Am/Cm
chemical yield
© ISO 2015 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 13167:2015(E)
241
For plutonium isotopes and Am, the factor f is equal to 1.
The counting efficiency ε allows one to calculate the chemical yield R . This value is important for
c
quality control.
8.2 Standard uncertainty
According to the GUM (ISO/IEC Guide 98-3), the standard uncertainty of c is calculated by Formula (3):
A
22 2 222 2 2
uc()=⋅wu((ru)(++rc)) .(uw).=+wr //tr tc+ .uw() (3)
()
Ag 0 Arel gg 00 A rel
where the uncertainty of the counting time is neglected.
The relative standard uncertainty of w is calculated by Formula (4):
2 2 2
uw()=+uR() uV() (4)
rel rel rel
The relative standard uncertainty of R is calculated by Formula (5):
2 2 2 2 2 2 2
uR()=−ur()ru++()fu ()Ar=+(/tr /)t /(()rr−+uf()+uA() (5)
rel rel gT 00Trel rel gT gT 0 gT 0T rel rel
u (A) includes all the uncertainties related to the tracer activity: that is in the standard solution,
rel
preparation of the tracer solution and the addition of the tracer solution to sample.
For the calculation of the characteristic limits according to ISO 11929, uc() is needed, i.e. the standard
A
uncertainty of c as a function of its true value, calculated by Formula (6):
A
2 2 2
uc () =⋅wc(( /)wr++//tr tc)(+⋅ uw) (6)
AA 00gA0 rel
8.3 Decision threshold
In accordance with ISO 11929, the decision threshold, c *, is obtained from the above Formula (6) for
A
c =0 . This yields Formula (7):
A
*
ck==.(uk0).wr./tr+ /t (7)
Ag11−−αα 00 0
α = 0,05 with k =1,65 is often chosen by default.
1−α
8.4 Detection limit
#
In accordance with ISO 11929, the detection limit, c , is calculated by Formula (8):
A
#
* #
cc=+ku⋅=()c
AA 1−β A
(8)
* 2 ##22 2
ck+⋅ wc⋅+(( /)wr //tr++tc) ⋅uw()
A 1−β Ag00 0 A rel
β =00, 5 with k =16, 5 is often chosen by default.
1−β
#
The detection limit can be calculated by solving Formula (8) for c or, more simply, by iteration with
A
# *
a starting approximation cc=⋅2 .
A A
6 © ISO 2015 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 13167:2015(E)
When taking αβ= , then kk==k and the solution of Formula (8) is given by Formula (9):
11−−a β
∗ 2
2⋅+ck ⋅wt/
Ag()
#
c = (9)
A
2 2
1−⋅ku w
()
rel
8.5 Confidence limits
In accordance with ISO 11929, the lower, c , and upper, c , limits of the confidence interval are
A A
calculated using Formulae (10) and (11):
cc=−ku⋅=()cp;(ωγ⋅−12) (10)
AA pA
cc=+ku⋅=()cq;1−⋅ωγ 2 (11)
AA qA
where
with Φ being the distribution function of the standardized normal distribution;
ω=Φ((yu y))
ω= 1
may be set if cu≥⋅4 ()c and Formula (12) applies:
AA
,
cc=±ku⋅ ()c (12)
AA 12−γ A
γ =0,05 with k =1,96 is often chosen by default.
12−γ
9 Quality assurance and quality control programme
9.1 General
Quality control operations shall meet the requirements of ISO/IEC 17025.
9.2 Influence quantities
Special precautions shall be taken to minimize the influence of quantities that can affect the
measurement results:
— spike of tracer with an inappropriate activity (too small or too large) compare
...
DRAFT INTERNATIONAL STANDARD
ISO/DIS 13167
ISO/TC 147/SC 3 Secretariat: AFNOR
Voting begins on: Voting terminates on:
2014-09-08 2014-12-08
Water quality — Plutonium, americium, curium and
neptunium — Test method using alpha spectrometry
Qualité de l’eau — Plutonium, americium, curium and neptunium — Méthode d’essai par spectrométrie
alpha
ICS: 13.060.60;17.240
THIS DOCUMENT IS A DRAFT CIRCULATED
FOR COMMENT AND APPROVAL. IT IS
THEREFORE SUBJECT TO CHANGE AND MAY
NOT BE REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL
STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL,
TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND
USER PURPOSES, DRAFT INTERNATIONAL
STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO
BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR
POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO
WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
Reference number
NATIONAL REGULATIONS.
ISO/DIS 13167:2014(E)
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED
TO SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS,
NOTIFICATION OF ANY RELEVANT PATENT
RIGHTS OF WHICH THEY ARE AWARE AND TO
©
PROVIDE SUPPORTING DOCUMENTATION. ISO 2014
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/DIS 13167:2014(E)
Copyright notice
This ISO document is a Draft International Standard and is copyright-protected by ISO. Except as
permitted under the applicable laws of the user’s country, neither this ISO draft nor any extract
from it may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means,
electronic, photocopying, recording or otherwise, without prior written permission being secured.
Requests for permission to reproduce should be addressed to either ISO at the address below or ISO’s
member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Reproduction may be subject to royalty payments or a licensing agreement.
Violators may be prosecuted.
ii © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/DIS 13167
Contents Page
Foreword . v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definition and symbols, . 1
4 Principle . 2
5 Chemical reagents and equipment . 2
5.1 Chemical reagents . 2
5.2 Equipment . 3
6 Procedure . 3
6.1 Sampling . 3
6.2 Concentration step and valence cycle . 3
6.3 Chemical separation . 3
6.4 Preparation of the source to be measured . 4
6.4.1 General . 4
6.4.2 Electrodeposition method . 4
6.4.3 Co-precipitation method . 4
6.5 Background determination . 4
6.6 Measurement . 4
7 Expression of results . 4
7.1 Calculation of the activity concentration . 4
7.2 Standard uncertainty . 5
7.3 Decision threshold . 5
7.4 Detection limit . 6
7.5 Confidence limits . 6
8 Quality assurance and quality control programme. 6
8.1 General . 6
8.2 Influence quantities . 7
8.3 Instrument verification and calibration . 7
8.4 Method verification . 7
8.5 Demonstration of analyst capability . 7
9 Test report . 7
Annex A (informative) Chemical separation of actinides on anionic resin . 9
A.1 Principle . 9
A.2 Technical resources . 9
A.2.1 Equipment . 9
A.2.2 Chemical reagents . 9
A.3 Procedure .10
A.3.1 General .10
A.3.2 Separation of plutonium and neptunium .10
A.3.3 Elution of plutonium and neptunium .10
A.3.4 Separation of americium and curium .11
A.3.5 Purification of americium and curium .11
Annex B (informative) Chemical separation of actinides by specific resins .12
B.1 Principle .12
B.2 Technical resources .12
B.2.1 Equipment .12
© ISO 2014 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/DIS 13167
B.2.2 Chemical reagents . 12
B.3 Procedure . 13
B.3.1 General . 13
B.3.2 Extraction of americium and curium . 13
B.3.3 Elution of plutonium and neptunium . 13
B.3.4 Oxalate decomposition . 14
Annex C (informative) Preparation of the source by electrodeposition . 15
C.1 Principle . 15
C.2 Equipment . 15
C.3 Chemical reagents . 15
C.4 Procedure . 15
C.4.1 Assembly of the electrodeposition cell . 15
C.4.2 Making of the deposit . 16
Annex D (informative) Preparation of the source by co-precipitation . 18
D.1 Principle . 18
D.2 Equipment . 18
D.3 Chemical reagents . 18
D.4 Procedure . 18
Bibliography . 19
iv © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/DIS 13167
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 13167 was prepared by Technical Committee ISO/TC 147, Water quality, Subcommittee SC 3,
Radioactivity measurements.
© ISO 2014 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/DIS 13167
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:
natural radionuclides, including potassium 40, and those originating from the thorium and uranium decay
series, in particular radium 226, radium 228, uranium 234, uranium 238, lead 210, 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 fertilizer production and use);
human-made radionuclides, such as transuranium elements (americium, plutonium, neptunium, curium),
tritium, carbon 14, strontium 90 and some gamma emitting radionuclides, can also be found in natural
waters as a result of authorized routine releases into the environment in small quantities in the effluent
discharged from nuclear fuel cycle facilities. They are also released into the environment following their
used in unsealed form for medical and industrial applications. They are also found in the water as a result
of past fallout contamination resulting from the explosion in the atmosphere of nuclear devices and
accidents such as those that occurred in Chernobyl and Fukushima.
Drinking water may thus contain radionuclides at activity concentrations which could present a risk to human
health. In order to assess the quality of drinking water (including mineral waters and spring waters) with
respect to its radionuclide content and to provide guidance on reducing health risks by taking measures to
decrease radionuclide activity concentrations, water resources (groundwater, river, lake, sea, etc.) and
drinking water are monitored for their radioactivity content as recommended by the World Health Organization
[WHO] and may be required by some national authorities.
An international standard on a test method of isotopes of plutonium americium, curium activity concentrations
in water samples is justified for test laboratory carrying out these measurements, required sometimes by
national authorities, as laboratories may have to obtain a specific accreditation for radionuclide measurement
in drinking water samples.
238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Am, 242Cm, 243Cm, 244Cm, 237Np activity concentration can vary according to
any local effluent authorized discharges from nuclear plant and environmental characteristics. The guidance
level for 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Am, 242Cm, 243Cm, 244Cm, 237Np in drinking water as recommended
by WHO is 1 Bq/l for all of those isotopes, except for 242Cm (10Bq/l) [WHO-Guidelines for drinking waters
quality, 2011, Geneva].
NOTE The guidance level is the activity concentration with an intake of 2 l/day of drinking water for 1 year, that
results in an effective dose of 0,1 mSv/year for members of the public, an effective dose that represents a very low level of
risk that is not expected to give rise to any detectable adverse health effect.
This standard 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 © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 13167
Water quality – plutonium, americium, curium and neptunium -
Test method using alpha spectrometry
1 Scope
238 239+240 241 242
This document describes a test method for measuring actinides elements ( Pu, Pu, Am, Cm,
243+244 237
Cm and Np) in water samples by alpha spectrometry following a chemical separation.
The method can be used for any type of environmental study or monitoring.
The volume of the test portion required depends on the assumed activity of the sample and the desired
detection limit.
-3 -4
The detection limit of the test method is 5 x 10 to 5 x 10 Bq/l for a volume of the test portion of 0,1 l to 5 l.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
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 11929, Determination of the detection limit and decision threshold for ionizing radiation measurements
ISO 80000-10, Quantities and units — Part 10: Atomic and nuclear physics
ISO/IEC GUIDE 98-3: Uncertainty in Measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM)
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
3 Terms, definition and symbols,
For the purposes of this document, the terms, definitions and symbols given in ISO 18589-1, ISO 11074,
ISO 31-9 and ISO 11929 apply and the following symbols apply.
A Activity of tracer added at the date of measurement, in becquerels
c Activity concentration of the actinides isotopes in becquerel per litre
A
*
c Decision threshold, in becquerel per litre
A
#
c Detection limit, in becquerel per litre
A
c ,c Lower and upper limits of the confidence interval, in becquerel per litre
A A
Detection yield
r , r Gross count rate per second from measured actinides isotopes and tracer, respectively
g gT
r , r Background count rate per second from actinides isotopes and tracer, respectively
0
0T
© ISO 2014 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/DIS 13167
R Total measurement yield
Rc Chemical yield
t Background counting time, in second
0
t Sample counting time, in second
g
u(c ) Standard uncertainty associated with the measurement result; in becquerel per litre
A
Expanded uncertainty, calculated by U kuc with k= 1, 2,…, in becquerel per litre
U
A
V Volume of test sample, in litre
4 Principle
Actinide isotopes are deposited as a thin source for measurement by alpha spectrometry using a grid
chamber or semi-conductor detector type equipment. The sources are usually prepared by electrodeposition
or co-precipitation after chemical separation and purification of the actinide isotopes present in the test
portion [1] [2] [3] [4].
Specific chemical separation and purification procedures are required in order to avoid interference from the
presence of natural or artificial emitters and stable nuclides in the sample, in quantities that are often larger
than the actinide isotopes.
These procedures will allow the main sources of interference to be removed:
the salt content of the water sample, especially hydrolysable elements, in order to prepare the thinnest
deposited source;
other emitting radionuclides, such as uranium and thorium isotopes, whose emissions may interfere
with those of actinide isotopes.
The total yield for each analysis (product of chemical separation yield and detection efficiency) will be
236
determined by adding a standard solution of tracer: Pu can be used for plutonium isotopes and neptunium,
242 243
Pu can be used for plutonium isotopes only and Am can be used for americium and curium isotopes.
As a result, the procedure shall include a reduction/oxidation cycle to adjust the tracer and the analytes to the
same oxidation state.
243
It is possible to quantify curium isotopes on the basis of Am tracer behaviour. This may lead to a potential
bias that shall be quantified.
236
It is possible to quantify neptunium on the basis of Pu tracer behaviour. This may lead to a potential bias
that shall be quantified.
5 Chemical reagents and equipment
5.1 Chemical reagents
The chemical reagents and equipment are described in Annexes A and B for chemical separation and in
Annexes C and D for the preparation of the deposited source.
Except for the certified standard solutions, all the chemical reagents needed to carry out this procedure shall
be analytical grade.
2 © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/DIS 13167
5.2 Equipment
Usual laboratory apparatus and in particular the following equipment:
Alpha-spectrometer, of the grid chamber (with higher detection efficiency, but lower resolution) or
semiconductor type (with lower detection efficiency, but higher resolution). Operation at constant temperature
is recommended. Follow the manufacturer's instructions.
For semiconductor-type equipment, the measurements using alpha-spectrometry depend on the interaction of
alpha-particles with ion-implanted silicon. This interaction instantly changes the conductivity of the silicon,
proportional to the energy of the incoming alpha-particle. To achieve well-resolved spectra, the detection
system needs to be maintained at a pressure 10 Pa. Resolution can be further enhanced through increasing
distance between source and detector.
Pipette, suitable for the accurate transfer of (for example 100 l) tracer solution with a total precision within
1 %.
Balance, for example, capable of achieving 0,1 mg precision.
The equipment is described in Annexes A and B for chemical separation and in Annexes C and D for the
preparation of the deposited source.
6 Procedure
6.1 Sampling
Conditions of sampling shall follow ISO 5667-1.
The sample should be filtered to remove solids and then acidified (pH 2 with nitric acid) as soon as possible
after sampling prior to analysis, as specified in ISO 5667-3.
It is important that the laboratory receives a representative sample, unmodified during the transport or storage
and in an undamaged container.
6.2 Concentration step and valence cycle
The radioactive tracers are added during this initial treatment phase.
If required, a concentration step can be done by evaporation or co-precipitation. After evaporation the residue
is dissolved with acid mixture. The co-precipitation with the iron hydroxide [Fe(OH) ] at pH 8 can be done by
3
adding iron nitrate or chloride. After centrifugation or filtration the precipitate is dissolved with acid mixture.
The procedure shall include a valence cycle, adjusting the tracer and the actinide isotopes to be measured to
the same degree of oxidation, in order to achieve the identical chemical behaviour for all of them. As example,
a primarily reduction step is carried out by adding NH OH HCl or NaHSO or Na S O , then an oxidation step
2 3 2 2 3
is done with NaNO or H O .
2 2 2
6.3 Chemical separation
There are two commonly used techniques for the chemical separation of actinides: extraction on an ion
exchange resin or specific extraction chromatographic resin. One method from each technique is presented in
Annexes A and B: separation by anionic resin [6] or by extraction chromatographic resin [7], [8].
It is also possible to use a mix of Annexes A and B: use of an ion exchange resin followed by the use of a
specific extraction chromatographic resin for americium phase purification only.
© ISO 2014 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/DIS 13167
6.4 Preparation of the source to be measured
6.4.1 General
The source can be prepared by electrodeposition on a planchet, a stainless steel disk (6.4.2), or by co-
precipitation (6.4.3).
6.4.2 Electrodeposition method
Electrodeposition is carried out after the chemical separation of the actinides from interfering elements. It
allows the electrochemical deposition of the radionuclides in an ultra-thin layer onto the planchet. The
procedure described in Annex C applies to the two chemical separation methods described in Annexes A
and B.
NOTE Electrodeposition is not a selective method because the metal cations, likely to form insoluble hydroxides can
be deposited at the same time as the actinides.
6.4.3 Co-precipitation method
Co-precipitation, using fluoride compounds, can be carried out after the chemical separation of the actinides
from other interfering elements. It allows the precipitation of the radionuclide(s) in the form of a thin layer on a
filter. The procedure described in Annex D can be applied to the two chemical separation methods described
in Annexes A and B.
6.5 Background determination
Measure the background using a blank sample prepared for the method chosen (for example: laboratory
water). This blank sample should be prepared without tracer to be used for obtaining the background count
rates.
6.6 Measurement
The actinide activity concentration is calculated by counting the sample source for an appropriate time. The
same equipment conditions should be used for the sample, the background and the calibration source
measurements.
The counting time required depends on the sample and background count rates and also the detection limit
and decision threshold required.
The spectra should be inspected to confirm good peak separation and no interfering peaks.
7 Expression of results
7.1 Calculation of the activity concentration
The actinides activity concentration is calculated by integrating the number of counts in the corresponding
peaks of the tracer and isotopes to be measured. The results of these integrations, divided by the counting
time, are the gross count rates r and r for the tracer and the actinide isotopes, respectively.
gt g
r and r are corrected for the background contribution and, if needed, of the tailing contribution of the highest
gt g
derived energy peaks that depends on the detector characteristics.
Background count rates are calculated from the alpha emission spectrum of a blank sample, and integrating
the number of counts in the regions of interest (ROI) in which the peaks appear in the sample spectrum. The
results of these integrations, divided by the counting time, are the background count rates, r and r for the
0t 0
tracer and the actinide isotopes, respectively.
The blank sample is obtained and measured, applying the procedure in use in the laboratory with tracer (for the test
method) or without tracer (for background quantification).
4 © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/DIS 13167
The activity concentration c of the actinides isotopes is calculated as given in Equation (1):
A
1
(1)
c (r r ) /(VR) (r r )w with w
A g 0 g 0
VR
The total measurement yield is determined from the activity A of the tracer added and from the net count rate
in the corresponding peak as given in Equation (2):
(2)
R (r r ) /A
gt 0t
The detector efficiency allows one to calculate the chemical yield Rc. This value is important for quality
control.
7.2 Standard uncertainty
According to GUM, the standard uncertainty of c is calculated by Equation (3):
A
2 2 2 2 2 2 2 2
u(c ) w (u (r )u (r ))c .u (w) w .r /t r /t c .u (w) (3)
A g 0 A rel g g 0 0 A rel
where the uncertainty of the counting time is neglected.
The relative standard uncertainty of w is calculated by Equation (4):
2 2 2
u (w)u (R)u (V) (4)
rel rel rel
The relative standard uncertainty of R is calculated by Equation (5):
2 2 2 2 2
u (R)u (r r )u (A) (r /t r /t ) /(r r ) u (A) (5)
rel rel gt 0t rel gt g 0t 0 gt 0t rel
u (A) includes all the uncertainties related to the tracer activity: that is in the standard solution, preparation of
rel
the tracer solution and the addition of the tracer solution to sample.
~ ~
For the calculation of the characteristic limits according to ISO 11929, u(c ) is needed, i.e the standard
A
uncertainty of c as a function of its true value, calculated by Equation (6):
A
2 2 2
~ ~ ~ ~
u(c ) w ((c /wr ) /t r /t )c u (w) (6)
A A 0 g 0 0 A rel
7.3 Decision threshold
In accordance with ISO 11929, the decision threshold, c *, is obtained from th
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13167
Première édition
2015-12-15
Qualité de l’eau — Plutonium,
americium, curium et neptunium —
Méthode d’essai par spectrométrie
alpha
Water quality — Plutonium, americium, curium and neptunium —
Test method using alpha spectrometry
Numéro de référence
ISO 13167:2015(F)
©
ISO 2015
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 13167:2015(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2015, Publié en Suisse
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Ch. de Blandonnet 8 • CP 401
CH-1214 Vernier, Geneva, Switzerland
Tel. +41 22 749 01 11
Fax +41 22 749 09 47
copyright@iso.org
www.iso.org
ii © ISO 2015 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 13167:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Principe . 2
6 Réactifs chimiques et matériel . 3
6.1 Réactifs chimiques . 3
6.2 Matériel . 3
7 Mode opératoire. 4
7.1 Échantillonnage . 4
7.2 Étape de concentration et cycle de valence . 4
7.3 Séparation chimique . 4
7.4 Préparation de la source à mesurer . 4
7.4.1 Généralités . 4
7.4.2 Méthode par électrodéposition . 4
7.4.3 Méthode par coprécipitation . 5
7.5 Détermination du bruit de fond . 5
7.6 Détermination de l’efficacité du comptage . 5
7.7 Mesurage . 5
8 Expression des résultats. 5
8.1 Calcul de l’activité volumique. 5
8.2 Incertitude-type . 6
8.3 Seuil de décision . 6
8.4 Limite de détection . 7
8.5 Limites de l’intervalle de confiance . 7
9 Programme d’assurance qualité et de contrôle qualité . 7
9.1 Généralités . 7
9.2 Grandeurs d’influence. 7
9.3 Vérification et étalonnage des instruments . 8
9.4 Vérification de la méthode . 8
9.5 Démonstration de l’aptitude de l’analyste . 8
10 Rapport d’essai . 8
Annexe A (informative) Séparation chimique des actinides sur résine anionique.10
Annexe B (informative) Séparation chimique des actinides par des résines spécifiques .13
Annexe C (informative) Préparation de la source par électrodéposition .16
Annexe D (informative) Préparation de la source par coprécipitation .19
Bibliographie .21
© ISO 2015 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 13167:2015(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 appelée 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 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’OMC
concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant : Avant-propos —
Informations supplémentaires
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 147, Qualité de l’eau, sous-comité
SC 3, Mesurages de la radioactivité.
iv © ISO 2015 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 13167:2015(F)
Introduction
La radioactivité provenant de sources d’origine naturelle et anthropique est présente partout dans
l’environnement. Par conséquent, les masses d’eau (par exemple, eaux de surface, eaux souterraines,
eau de mer) peuvent contenir des radionucléides d’origine naturelle et/ou d’origine anthropique.
— Les radionucléides naturels, y compris le potassium 40, et ceux provenant des chaînes de
désintégration du thorium et de l’uranium, notamment le radium 226, le radium 228, l’uranium 234,
l’uranium 238, le plomb 210, peuvent se trouver dans l’eau pour des raisons naturelles (par exemple,
désorption par le sol et lessivage par les eaux pluviales) ou 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 artificiels, tels que les éléments transuraniens (américium, plutonium, neptunium,
curium), tritium, carbone 14, strontium 90 et certains radionucléides émetteurs gamma peuvent
aussi se trouver dans les eaux naturelles, en conséquence de leur libération périodique autorisée
dans l’environnement, en faibles quantités dans l’effluent déversé par les installations concernant le
cycle du combustible nucléaire. Ils sont également libérés dans l’environnement suite à leur utilisation
dans le cadre d’applications médicales et industrielles. Ils peuvent également se trouver dans l’eau du
fait de la pollution par retombées d’éléments radioactifs rejetés dans l’atmosphère lors de l’explosion
de dispositifs nucléaires ou lors d’accidents nucléaires, tels que Tchernobyl et Fukushima.
L’eau potable peut donc contenir des radionucléides dont l’activité volumique est susceptible de
présenter un risque pour la santé humaine. Afin d’évaluer la qualité de l’eau potable (y compris les eaux
minérales et les eaux de source) en ce qui concerne sa teneur en radionucléides et afin de fournir des
préconisations pour réduire les risques pour la santé humaine en prenant des dispositions destinées
à réduire l’activité volumique des radionucléides, la teneur en radioactivité des ressources en eau
(eaux souterraines, rivières, lacs, mers, etc.) et des eaux potables est surveillée conformément aux
recommandations de l’Organisation mondiale de la santé (OMS) et peut être imposée par certains
organismes nationaux.
L’existence d’une Norme internationale décrivant une méthode d’essai concernant l’activité volumique
des isotopes du plutonium, de l’américium, du curium et du neptunium dans les échantillons d’eau est
justifiée pour les laboratoires d’essais réalisant ces mesurages, lesquels sont parfois exigés par des
organismes nationaux, vu que les laboratoires peuvent être tenus d’obtenir une accréditation spécifique
pour pouvoir mesurer ces radionucléides dans les échantillons d’eau potable.
238 239 240 241 242 243 244 237
L’activité volumique du Pu, Pu, Pu, Am, Cm, Cm, Cm, Np peut varier en fonction
des rejets autorisés d’effluents locaux provenant d’une centrale nucléaire et des caractéristiques
238 239 240 241 242 243 244
environnementales. La limite indicative concernant le Pu, Pu, Pu, Am, Cm, Cm, Cm,
237
Np dans l’eau potable, conformément aux recommandations de l’OMS, est de 1 Bq/l pour tous ces
242
isotopes, à l’exception du Cm (10 Bq/l) [WHO-Guidelines for drinking waters quality, 2011, Geneva].
NOTE La limite indicative correspond à l’activité volumique (arrondie à l’ordre de grandeur le plus proche),
pour une consommation de 2 l/jour d’eau potable pendant 1 an, aboutissant à une dose effective de 0,1 mSv/an
pour les personnes du public. Cette dose effective présente un niveau de risque très faible qui ne devrait pas
entraîner d’effets indésirables sur la santé.
La présente Norme internationale fait partie d’une série de Normes internationales spécifiant des
méthodes d’essai pour le mesurage de l’activité volumique des radionucléides dans des échantillons d’eau.
© ISO 2015 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 13167:2015(F)
Qualité de l’eau — Plutonium, americium, curium et
neptunium — Méthode d’essai par spectrométrie alpha
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale décrit une méthode d’essai permettant de mesurer les actinides
238 239+240 241 242 243+244 237
( Pu, Pu, Am, Cm, Cm et Np) dans des échantillons d’eau, par spectrométrie
alpha après séparation chimique.
Cette méthode peut être utilisée pour tout type d’étude ou de surveillance environnementale.
Le volume de la prise d’essai requise dépend de l’activité supposée de l’échantillon et de la limite de
détection souhaitée.
-3 -4
La limite de détection de la méthode d’essai est de 5 x 10 Bq/l à 5 x 10 Bq/l pour un volume de prise
d’essai de 0,1 l à 5 l, avec une durée de comptage de deux à dix jours.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application 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 5667-1, Qualité de l’eau — Échantillonnage — Partie 1 : Lignes directrices pour 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 11929, Détermination des limites caractéristiques (seuil de décision, limite de détection et
extrémités de l’intervalle de confiance) pour mesurages de rayonnements ionisants — Principes
fondamentaux et applications
ISO 80000-10, Grandeurs et unités — Partie 10 : Physique atomique et nucléaire
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et symboles donnés dans l’ISO 80000-10
et l’ISO 11929 s’appliquent.
© ISO 2015 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 13167:2015(F)
4 Symboles
Les symboles suivants s’appliquent :
A Activité du traceur ajouté, en becquerels, à la date du mesurage
Activité volumique des isotopes d’actinides, en becquerels par litre
c
A
Seuil de décision, en becquerels par litre
*
c
A
# Limite de détection, en becquerels par litre
c
A
Limites basse et haute de l’intervalle de confiance, en becquerels par litre
cc,
AA
ε Efficacité du comptage
Taux de comptage brut par seconde des isotopes d’actinides mesurés et du traceur,
r , r
g gT
respectivement
Taux de comptage du bruit de fond par seconde des isotopes d’actinides et du traceur,
rr,
00T
respectivement
R Rendement total du mesurage
R Rendement chimique
c
Durée de comptage du bruit de fond, en secondes
t
0
Durée de comptage de la prise d’essai, en secondes
t
g
Incertitude-type associée au résultat de mesure, en becquerels par litre
uc()
A
U
Incertitude élargie, calculée par Uk=⋅uc avec k = 1, 2,…, en becquerels par litre
()
A
V Volume de la prise d’essai, en litres
243
f Facteur de correction de biais potentiels pour les isotopes de curium utilisant le Am
237 236
comme traceur ou pour le Np utilisant le Pu comme traceur. Pour les isotopes de
241
plutonium ou pour le Am, f est égal à 1.
5 Principe
Les isotopes d’actinides sont déposés sous forme de couche mince en vue d’un mesurage par
spectrométrie alpha à l’aide d’un appareillage de type chambre à grille ou détecteur à semi-conducteur.
Les sources sont généralement préparées par électrodéposition ou coprécipitation, après séparation
[1][2][3][4]
chimique et purification des isotopes d’actinides présents dans la prise d’essai.
Des procédures spécifiques de séparation chimique et de purification sont nécessaires afin d’éviter
toute interférence due à la présence d’autres émetteurs α et d’éléments stables dans l’échantillon, dans
des quantités souvent plus importantes que les isotopes d’actinides recherchés.
2 © ISO 2015 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 13167:2015(F)
Ces procédures permettent de supprimer les principales sources d’interférences, à savoir :
— les sels contenus dans l’échantillon d’eau, et plus précisément les éléments hydrolysables, afin de
préparer la source déposée la plus mince possible ;
— les autres radionucléides émetteurs α, tels que les isotopes d’uranium et de thorium, dont les
émissions peuvent interférer avec celles des isotopes d’actinides recherchés.
Le rendement total de chaque analyse (produit du rendement de séparation chimique et du rendement
236
de détection) est déterminé par ajout d’une solution étalon de traceur : le Pu peut être utilisé pour
237 242 243
les isotopes de plutonium et le Np, le Pu pour les isotopes de plutonium uniquement, et le Am
pour les isotopes d’américium et de curium.
La procédure doit donc comprendre un cycle d’oxydo-réduction pour que le traceur et les analytes
soient au même degré d’oxydation.
243
Il est possible de quantifier les isotopes de curium sur la base du comportement du traceur Am, ce
qui peut faire apparaître un biais potentiel qui doit être quantifié à l’aide d’une solution étalon et/ou
une participation à des essais comparatifs interlaboratoires.
236
Il est possible de quantifier le neptunium sur la base du comportement du traceur Pu, ce qui peut
faire apparaître un biais potentiel qui doit être quantifié à l’aide d’une solution étalon et/ou une
participation à des essais comparatifs interlaboratoires.
235 236 238 239
NOTE Le Np, le Np, le Np et le Np peuvent être utilisés comme traceurs de rendement pour
237 244
le Np (si disponible), et le Cm comme traceur de rendement pour les autres isotopes de Cm, mais
la méthode d’essai de la présente Norme internationale ne couvre pas ces méthodes.
6 Réactifs chimiques et matériel
6.1 Réactifs chimiques
Les réactifs chimiques et le matériel sont décrits aux Annexes A et B pour la séparation chimique et aux
Annexes C et D pour la préparation de la source déposée.
À l’exception des solutions étalons certifiées, tous les réactifs chimiques nécessaires à la réalisation de
cette procédure doivent être de qualité analytique.
6.2 Matériel
Matériel courant de laboratoire et, en particulier, les équipements suivants.
6.2.1 Spectromètre alpha, de type chambre à grille (avec un rendement de détection élevé, mais une faible
résolution) ou de type semi-conducteur (avec un faible rendement de détection, mais une haute résolution).
Un fonctionnement à température constante est recommandé. Suivre les instructions du fabricant.
Pour un appareillage de type semi-conducteur, les mesurages par spectrométrie alpha dépendent de
l’interaction des particules alpha avec un detector de silicium à implantation ionique. Cette interaction
fait varier instantanément la conductivité du silicium, proportionnellement à l’énergie de la particule
alpha entrante. Si le spectre doit présenter une résolution satisfaisante, il convient que le système de
détection soit maintenu à une pression inférieure à 10 Pa. La résolution peut encore être améliorée en
augmentant la distance entre la source et le détecteur.
6.2.2 Pipette, adaptée au transfert exact de solution de traceur (par exemple, 100 µl) avec une précision
totale de ± 1 %.
© ISO 2015 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 13167:2015(F)
6.2.3 Balance, capable d’atteindre une précision de ± 0,1 mg.
En outre, le matériel utilisé pour la séparation chimique est décrit aux Annexes A et B, et l’équipement
nécessaire à la préparation de la source déposée est décrit aux Annexes C et D.
7 Mode opératoire
7.1 Échantillonnage
Les conditions d’échantillonnage doivent suivre la norme ISO 5667-1.
Il convient que l’échantillon soit filtré pour éliminer les solides, puis acidifié (à un pH < 2 avec de l’acide
nitrique) le plus tôt possible après l’échantillonnage et avant l’analyse, comme spécifié dans l’ISO 5667-3.
Il est important que le laboratoire reçoive un échantillon représentatif, non modifié au cours du
transport ou de la conservation, et dans un récipient non endommagé.
7.2 Étape de concentration et cycle de valence
Les traceurs radioactifs sont ajoutés au cours de cette phase initiale de traitement.
Si nécessaire, une étape de concentration peut être effectuée par évaporation ou coprécipitation. Après
évaporation, le résidu est mis en solution avec un mélange d’acides. L’ajout de nitrate ou de chlorure
de fer permet une coprécipitation à l’hydroxyde ferrique, par exemple, [Fe(OH) ] à un pH de 8. Après
3
centrifugation ou filtration, le précipité est mis en solution avec un mélange d’acides.
La procédure doit comprendre un cycle de valence permettant d’ajuster le traceur et les isotopes
d’actinides à mesurer les étapes d’oxidation, afin d’obtenir un comportement chimique identique pour
chacun d’eux. Par exemple, une étape servant essentiellement à la réduction est effectuée par ajout de
NH OH.HCl, de NaHSO ou de Na S O , puis une étape d’oxydation est réalisée avec du NaNO ou du H O .
2 3 2 2 3 2 2 2
7.3 Séparation chimique
Il existe deux techniques communément utilisées pour la séparation chimique des actinides :
l’extraction sur résine échangeuse d’ions ou par résine d’extraction chromatographique spécifique. Une
méthode représentative de chaque technique est présentée aux Annexes A et B : séparation par résine
[6] [7],[8]
anionique ou par résines d’extraction chromatographique.
Il est également possible d’utiliser une combinaison des Annexes A et B, à savoir, l’utilisation d’une
résine échangeuse d’ions, suivie de l’utilisation d’une résine d’extraction chromatographique spécifique,
uniquement pour la purification de la phase d’américium.
7.4 Préparation de la source à mesurer
7.4.1 Généralités
La source peut être préparée par électrodéposition sur une coupelle, un disque en acier inoxydable
(7.4.2), ou par coprécipitation (7.4.3).
7.4.2 Méthode par électrodéposition
L’électrodéposition des actinides est réalisée après la séparation chimique des éléments interférents.
Elle permet le dépôt électrochimique des actinides en une couche ultra-mince sur la coupelle. La
procédure décrite à l’Annexe C s’applique aux deux méthodes de séparation chimique décrites aux
Annexes A et B.
4 © ISO 2015 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 13167:2015(F)
NOTE L’électrodéposition n’est pas une méthode sélective, car certains cations métalliques stables
sont susceptibles de former des hydroxydes insolubles, qui peuvent se déposer en même temps que
les actinides.
7.4.3 Méthode par coprécipitation
La coprécipitation des actinides, avec des composés de fluorure, peut être réalisée après la séparation
chimique des autres éléments interférents. Elle permet la précipitation du/des radionucléide(s) sous
forme de couche mince de fluorure de cérium ou de lanthane sur un filtre. La procédure décrite à
l’Annexe D peut être appliquée aux deux méthodes de séparation chimique décrites aux Annexes A et B.
7.5 Détermination du bruit de fond
Mesurer le bruit de fond à l’aide d’un échantillon à blanc préparé selon la méthode choisie (par exemple,
avec de l’eau de laboratoire). Il convient que cet échantillon à blanc soit préparé sans traceur pour être
utilisé pour l’obtention des taux de comptage de bruit de fond.
7.6 Détermination de l’efficacité du comptage
L’efficacité du comptage est estimée à partir du mesurage de la source d’étalonnage. Cette valeur est
nécessaire pour déterminer le rendement chimique.
7.7 Mesurage
L’activité volumique des actinides est calculée d’après le comptage de la source d’échantillon pour une
durée de comptage appropriée. Il convient que les mêmes conditions d’appareillage soient utilisées pour
les mesurages de l’échantillon, du bruit de fond et de la source d’étalonnage.
La durée de comptage requise dépend des taux de comptage de l’échantillon et du bruit de fond, ainsi
que de la limite de détection et du seuil de décision requis.
Il convient que les spectres soient examinés pour confirmer la bonne séparation des pics et l’absence de
pics d’interférence.
8 Expression des résultats
8.1 Calcul de l’activité volumique
L’activité volumique des actinides est calculée en intégrant le nombre d’impulsions dans les pics
correspondant au traceur et aux isotopes à mesurer. Les résultats de ces intégrations, divisés par la
durée de comptage, donnent le taux de comptage brut, r et r , pour le traceur et les isotopes d’actinides,
gT g
respectivement.
r et r sont corrigés de la contribution du bruit de fond et, si nécessaire, de la contribution de la traîne
gT g
des pics d’énergie les plus élevés, qui dépend des caractéristiques du détecteur.
Les taux de comptage de bruit de fond sont calculés à partir du spectre d’émission alpha d’un
échantillon à blanc et par intégration du nombre d’impulsions dans les régions d’intérêt (ROI) où des
pics apparaissent dans le spectre de l’échantillon. Les résultats de ces intégrations, divisés par la durée
de comptage, donnent le taux de comptage de bruit de fond, r et r , pour le traceur et les isotopes
0t 0
d’actinides, respectivement.
L’échantillon à blanc est obtenu et mesuré selon la procédure en vigueur dans le laboratoire, avec
un traceur (pour la qualification de la méthode d’essai) ou sans traceur (pour la quantification du
bruit de fond).
© ISO 2015 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 13167:2015(F)
L’activité volumique c des isotopes d’actinides est calculée selon la Formule (1) :
A
1
cr=−( rV)/( ⋅=Rr)( −⋅rw) avec w = (1)
Ag 00g
VR⋅
Le rendement total du mesurage est déterminé à partir de l’activité A du traceur ajouté et du taux de
comptage net dans le pic correspondant, comme indiqué dans la Formule (2) :
R = (r − r )/A · f (2)
gT 0T
Avec f représentant le facteur de correction de biais potentiels lors du calcul des résultats pour les
243 237 236
isotopes de curium utilisant le traceur Am, ou pour le Np utilisant le traceur Pu. f est le rapport
entre le rendement chimique Pu/Np et/ou Am/Cm.
241
Pour les isotopes de plutonium et le Am, le facteur f est égal à 1.
L’efficacité du comptage ε permet de calculer le rendement chimique R . Cette valeur est importante
c
pour le contrôle de la qualité.
8.2 Incertitude-type
Selon le GUM (ISO/IEC Guide 98-3), l’incertitude-type de c est calculée par la Formule (3) :
A
22 2 222 2 2
uc()=⋅wu((ru)(++rc)) .(uw).=+wr //tr tc+ .uw() (3)
()
Ag 0 Arel gg 00 A rel
où l
...
PROJET DE NORME INTERNATIONALE
ISO/DIS 13167
ISO/TC 147/SC 3 Secrétariat: AFNOR
Début de vote: Vote clos le:
2014-09-08 2014-12-08
Qualité de l’eau — Plutonium, americium, curium et
neptunium — Méthode d’essai par spectrométrie alpha
Water quality — Plutonium, americium, curium and neptunium — Test method using alpha spectrometry
ICS: 13.060.60;17.240
CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR
OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC
SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT
ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE
AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES
FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR
POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES
POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
Numéro de référence
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET
ISO/DIS 13167:2014(F)
SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS
OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS
DE PROPRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT
ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À
©
FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE. ISO 2014
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/DIS 13167:2014(F)
Notice de droit d’auteur
Ce document de l’ISO est un projet de Norme internationale qui est protégé par les droits d’auteur
de l’ISO. Sauf autorisé par les lois en matière de droits d’auteur du pays utilisateur, aucune partie de
ce projet ISO ne peut être reproduite, enregistrée dans un système d’extraction ou transmise sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie,
les enregistrements ou autres, sans autorisation écrite préalable.
Les demandes d’autorisation de reproduction doivent être envoyées à l’ISO à l’adresse ci-après ou au
comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Toute reproduction est soumise au paiement de droits ou à un contrat de licence.
Les contrevenants pourront être poursuivis.
ii © ISO 2014 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/DIS 13167
Sommaire Page
Avant-propos . v
Introduction . vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
4 Principe. 2
5 Réactifs chimiques et matériel . 3
5.1 Réactifs chimiques . 3
5.2 Matériel . 3
6 Mode opératoire . 3
6.1 Échantillonnage . 3
6.2 Étape de concentration et cycle de valence . 3
6.3 Séparation chimique . 4
6.4 Préparation de la source à mesurer . 4
6.5 Détermination du bruit de fond . 4
6.6 Mesurage . 4
7 Expression des résultats . 5
7.1 Calcul de l'activité volumique . 5
7.2 Incertitude-type . 5
7.3 Seuil de décision . 6
7.4 Limite de détection . 6
7.5 Limites de l’intervalle de confiance . 6
8 Programme d'assurance qualité et de contrôle qualité . 7
8.1 Généralités . 7
8.2 Grandeurs d'influence. 7
8.3 Vérification et étalonnage des instruments . 7
8.4 Vérification de la méthode . 7
8.5 Démonstration de l'aptitude de l'analyste . 8
9 Rapport d’essai . 8
Annexe A (informative) Séparation chimique des actinides sur résine anionique . 9
A.1 Principe. 9
A.2 Ressources techniques . 9
A.3 Mode opératoire . 10
Annexe B (informative) Séparation chimique des actinides par des résines spécifiques . 12
B.1 Principe. 12
B.2 Ressources techniques . 12
B.3 Mode opératoire . 13
Annexe C (informative) Préparation de la source par électrodéposition . 15
C.1 Principe. 15
C.2 Matériel . 15
C.3 Réactifs chimiques . 15
C.4 Mode opératoire . 16
© ISO 2014 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/DIS 13167
Annexe D (informative) Préparation de la source par coprécipitation . 18
D.1 Principe . 18
D.2 Matériel . 18
D.3 Réactifs chimiques . 18
D.4 Mode opératoire . 18
Bibliographie . 19
iv © ISO 2014 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/DIS 13167
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 Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/IEC,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée 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.
L'ISO 13167 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 147, Qualité de l'eau, sous-comité SC 3,
Mesurages de la radioactivité.
© ISO 2014 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/DIS 13167
Introduction
La radioactivité provenant de sources d'origine naturelle et anthropique est présente partout dans
l'environnement. Par conséquent, les masses d'eau (par exemple, eaux de surface, eaux souterraines, eau de
mer) peuvent contenir des radionucléides d'origine naturelle et/ou d'origine anthropique :
les radionucléides naturels, y compris le potassium 40, et ceux provenant des chaînes de désintégration
du thorium et de l'uranium, notamment le radium 226, le radium 228, l'uranium 234, l'uranium 238, le
plomb 210, peuvent se trouver dans l'eau pour des raisons naturelles (par exemple, désorption par le sol
et lessivage par les eaux pluviales) ou 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 artificiels, tels que les éléments transuraniens (américium, plutonium, neptunium,
curium), tritium, carbone 14, strontium 90 et certains radionucléides émetteurs gamma peuvent aussi se
trouver dans les eaux naturelles en conséquence de leur libération périodique autorisée dans
l'environnement en faibles quantités dans l'effluent déversé par les installations concernant le cycle du
combustible nucléaire. Ils sont également libérés dans l'environnement suite à leur utilisation dans le
cadre d'applications médicales et industrielles. Ils peuvent également se trouver dans l'eau du fait de la
pollution par retombées d'éléments radioactifs rejetés dans l'atmosphère lors de l'explosion de dispositifs
nucléaires ou lors d'accidents nucléaires, tels que Tchernobyl et Fukushima.
L'eau potable peut donc contenir des radionucléides dont l'activité volumique est susceptible de présenter un
risque pour la santé humaine. Afin d'évaluer la qualité de l'eau potable (y compris les eaux minérales et les
eaux de source) en ce qui concerne sa teneur en radionucléides et afin de fournir des préconisations pour
réduire les risques pour la santé humaine en prenant des dispositions destinées à réduire l'activité volumique
des radionucléides, la teneur en radioactivité des ressources en eau (eaux souterraines, rivières, lacs, mers,
etc.) et des eaux potables est surveillée conformément aux recommandations de l'Organisation mondiale de
la santé (OMS) et peut être imposée par certains organismes nationaux.
L'existence d'une Norme internationale décrivant une méthode d'essai concernant l'activité volumique des
isotopes du plutonium, de l'américium et du curium dans les échantillons d'eau est justifiée pour les
laboratoires d'essais réalisant ces mesurages et qui peuvent parfois être tenus d'obtenir une accréditation
spécifique de la part d'organismes nationaux pour la réalisation de mesurages concernant les radionucléides
dans les échantillons d'eau potable.
L'activité volumique du 238Pu, du 239Pu, du 240Pu, du 241Am, du 242Cm, du 243Cm, du 244Cm et du
237Np peut varier en fonction des rejets autorisés d'effluents locaux provenant d'une centrale nucléaire et des
caractéristiques environnementales. La limite indicative concernant le 238Pu, le 239Pu, le 240Pu, le 241Am,
le 242Cm, le 243Cm, le 244Cm et le 237Np dans l'eau potable, conformément aux recommandations de
l'OMS, est de 1 Bq/l pour tous ces isotopes, à l'exception du 242Cm (10 Bq/l) [WHO-Guidelines for drinking
waters quality, 2011, Geneva].
NOTE La limite indicative correspond à l'activité volumique, avec incorporation de 2 l/jour d'eau potable pendant
1 an, aboutissant à une dose effective de 0,1 mSv/an pour les personnes du public. Cette dose effective présente un
niveau de risque très faible qui ne devrait pas entraîner d'effets indésirables sur la santé.
La présente norme fait partie d'une série de Normes internationales spécifiant des méthodes d'essai pour le
mesurage de l'activité volumique des radionucléides dans des échantillons d'eau.
vi © ISO 2014 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 6 ----------------------
PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 13167
Qualité de l'eau – Plutonium, américium, curium et neptunium –
Méthode d'essai par spectrométrie alpha
1 Domaine d'application
238 239+240 241
Le présent document décrit une méthode d'essai permettant de mesurer les actinides ( Pu, Pu, Am,
242 243+244 237
Cm, Cm et Np) dans des échantillons d'eau, par spectrométrie alpha après séparation chimique.
Cette méthode peut être utilisée pour tout type d'étude ou de surveillance environnementale.
Le volume de la prise d'essai requise dépend de l'activité supposée de l'échantillon et de la limite de détection
souhaitée.
-3 -4
La limite de détection de la méthode d'essai est de 5 x 10 Bq/l à 5 x 10 Bq/l pour un volume de prise
d'essai de 0,1 l à 5 l.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l'application 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 5667-1, Qualité de l'eau — Échantillonnage — Partie 1 : Lignes directrices pour 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 11929, Détermination de la limite de détection et du seuil de décision des mesurages des rayonnements
ionisants
ISO 80000-10, Grandeurs et unités — Partie 10 : Physique atomique et nucléaire
ISO/IEC GUIDE 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3 : Guide pour l'expression de l'incertitude de
mesure (GUM)
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
3 Termes, définitions et symboles
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et symboles donnés dans l'ISO 18589-1,
l'ISO 11074, l'ISO 31-9 et l'ISO 11929 ainsi que les symboles suivants s'appliquent.
A Activité du traceur ajouté, en becquerels, à la date du mesurage
c Activité volumique des isotopes d'actinides, en becquerels par litre
A
*
c Seuil de décision, en becquerels par litre
A
#
c Limite de détection, en becquerels par litre
A
© ISO 2014 – Tous droits réservés
1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/DIS 13167
c ,c Limites basse et haute de l'intervalle de confiance, en becquerels par litre
A A
Rendement de détection
r , r Taux de comptage brut par seconde des isotopes d'actinides mesurés et du traceur,
g gT
respectivement
r , r Taux de comptage du bruit de fond par seconde des isotopes d'actinides et du traceur,
0
0T
respectivement
R Rendement total du mesurage
Rc Rendement chimique
t Durée de comptage du bruit de fond, en secondes
0
t Durée de comptage de la prise d'essai, en secondes
g
u(c ) Incertitude-type associée au résultat de mesure, en becquerels par litre
A
U Incertitude élargie, calculée par U kuc avec k = 1, 2,…, en becquerels par litre
A
V Volume de la prise d'essai, en litres
4 Principe
Les isotopes d'actinides sont déposés sous forme de couche mince en vue d'un mesurage par spectrométrie
alpha à l'aide d'un appareillage de type chambre à grille ou détecteur à semi-conducteur. Les sources sont
généralement préparées par électrodéposition ou coprécipitation, après séparation chimique et purification
des isotopes d'actinides présents dans la prise d'essai [1] [2] [3] [4].
Des procédures spécifiques de séparation chimique et de purification sont nécessaires afin d'éviter toute
interférence due à la présence d'émetteurs naturels ou artificiels et d'éléments stables dans l'échantillon,
dans des quantités souvent plus importantes que les isotopes d'actinides.
Ces procédures permettent de supprimer les principales sources d'interférences, à savoir :
les sels contenus dans l'échantillon d'eau, et plus précisément les éléments hydrolysables, afin de
préparer la source déposée la plus mince possible ;
les autres radionucléides émetteurs , tels que les isotopes d'uranium et de thorium, dont les émissions
peuvent interférer avec celles des isotopes d'actinides.
Le rendement total de chaque analyse (produit du rendement de séparation chimique et du rendement de
236
détection) est déterminé par addition d'une solution étalon de traceur : le Pu peut être utilisé pour les
242 243
isotopes de plutonium et le neptunium, le Pu pour les isotopes de plutonium uniquement, et le Am pour
les isotopes d'américium et de curium.
La procédure doit donc comprendre un cycle d'oxydo-réduction pour que le traceur et les analytes soient au
même degré d'oxydation.
243
Il est possible de quantifier les isotopes de curium sur la base du comportement du traceur Am, ce qui peut
faire apparaître un biais potentiel qui doit être quantifié.
236
Il est possible de quantifier le neptunium sur la base du comportement du traceur Pu, ce qui peut faire
apparaître un biais potentiel qui doit être quantifié.
© ISO 2014 – Tous droits réservés
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/DIS 13167
5 Réactifs chimiques et matériel
5.1 Réactifs chimiques
Les réactifs chimiques et le matériel sont décrits aux Annexes A et B pour la séparation chimique et aux
Annexes C et D pour la préparation de la source déposée.
À l'exception des solutions étalons certifiées, tous les réactifs chimiques nécessaires à la réalisation de cette
procédure doivent être de qualité analytique.
5.2 Matériel
Matériel courant de laboratoire et, en particulier, les éléments suivants :
Spectromètre alpha, de type chambre à grille (avec un rendement de détection élevé, mais une faible
résolution) ou de type semi-conducteur (avec un faible rendement de détection, mais une haute résolution).
Un fonctionnement à température constante est recommandé. Suivre les instructions du fabricant.
Pour un appareillage de type semi-conducteur, les mesurages par spectrométrie alpha dépendent de
l'interaction des particules alpha avec le silicium à implantation ionique. Cette interaction fait varier
instantanément la conductivité du silicium, proportionnellement à l'énergie de la particule alpha entrante. Pour
obtenir des spectres ayant une résolution satisfaisante, le système de détection doit être maintenu à une
pression inférieure à 10 Pa. La résolution peut encore être améliorée en augmentant la distance entre la
source et le détecteur.
Pipette, adaptée au transfert exact de solution de traceur (par exemple, 100 l) avec une précision totale de
1 %.
Balance, par exemple, capable d'atteindre une précision de 0,1 mg.
Le matériel est décrit aux Annexes A et B pour la séparation chimique et aux Annexes C et D pour la
préparation de la source déposée.
6 Mode opératoire
6.1 Échantillonnage
Les conditions d'échantillonnage doivent suivre la norme ISO 5667-1.
Il convient que l’échantillon soit filtré pour éliminer les solides, puis acidifié (à un pH 2 avec de l’acide
nitrique) le plus tôt possible après l’échantillonnage et avant l’analyse, comme spécifié dans l’ISO 5667-3.
Il est important que le laboratoire reçoive un échantillon représentatif, non modifié au cours du transport ou de
la conservation, et dans un récipient non endommagé.
6.2 Étape de concentration et cycle de valence
Les traceurs radioactifs sont ajoutés au cours de cette phase de traitement initiale.
Si nécessaire, une étape de concentration peut être effectuée par évaporation ou coprécipitation. Après
évaporation, le résidu est mis en solution avec un mélange d’acides. L'ajout de nitrate ou de chlorure permet
une coprécipitation à l’hydroxyde ferrique [Fe(OH) ] à un pH de 8. Après centrifugation ou filtration, le
3
précipité est mis en solution avec un mélange d’acides.
La procédure doit comprendre un cycle de valence permettant d'ajuster le traceur et les isotopes d'actinides à
mesurer au même degré d'oxydation, afin d'obtenir un comportement chimique identique pour chacun d'eux.
© ISO 2014 – Tous droits réservés
3
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/DIS 13167
Par exemple, une étape servant essentiellement à la réduction est effectuée par ajout de NH OH HCl ou de
2
NaHSO , ou encore, de Na S O , puis une étape d'oxydation est réalisée avec du NaNO ou du H O .
3 2 2 3 2 2 2
6.3 Séparation chimique
Il existe deux techniques communément utilisées pour la séparation chimique des actinides : l'extraction sur
résine échangeuse d'ions ou par résine d'extraction chromatographique spécifique. Une méthode
représentative de chaque technique est présentée aux Annexes A et B : séparation par résine anionique [6]
ou par résine d'extraction chromatographique [7], [8].
Il est également possible d'utiliser une combinaison des Annexes A et B, à savoir, l'utilisation d'une résine
échangeuse d'ions, suivie de l'utilisation d'une résine spécifique d'extraction chromatographique, uniquement
pour la purification de la phase d'américium.
6.4 Préparation de la source à mesurer
6.4.1 Généralités
La source peut être préparée par électrodéposition sur une coupelle, un disque en acier inoxydable (6.4.2), ou
par coprécipitation (6.4.3).
6.4.2 Méthode par électrodéposition
L'électrodéposition des actinides est réalisée après la séparation chimique des éléments interférents. Elle
permet le dépôt électrochimique du/des radionucléides en une couche ultra-mince sur la coupelle. La
procédure décrite à l'Annexe C s'applique aux deux méthodes de séparation chimique décrites aux
Annexes A et B.
NOTE L'électrodéposition n'est pas une méthode sélective, car des cations métalliques, susceptibles de former des
hydroxydes insolubles, peuvent être déposés en même temps que les actinides.
6.4.3 Méthode par coprécipitation
La coprécipitation des actinides, avec des composés de fluorure, peut être réalisée après la séparation
chimique des autres éléments interférents. Elle permet la précipitation du/des radionucléide(s) sous forme de
couche mince sur un filtre. La procédure décrite à l'Annexe D peut être appliquée aux deux méthodes de
séparation chimique décrites aux Annexes A et B.
6.5 Détermination du bruit de fond
Mesurer le bruit de fond à l'aide d'un échantillon à blanc préparé pour la méthode choisie (par exemple, de
l'eau de laboratoire). Il convient que cet échantillon à blanc soit préparé sans traceur pour être utilisé pour
l'obtention des taux de comptage de bruit de fond.
6.6 Mesurage
L'activité volumique des actinides est calculée d'après le comptage de la source d'échantillon sur une durée
appropriée. Il convient que les mêmes conditions d'appareillage soient utilisées pour les mesurages de
l'échantillon, du bruit de fond et de la source d'étalonnage.
La durée de comptage requise dépend des taux de comptage de l'échantillon et du bruit de fond ainsi que de
la limite de détection et du seuil de décision requis.
Il convient que les spectres soient examinés pour confirmer la bonne séparation des pics et l'absence de pics
d'interférence.
© ISO 2014 – Tous droits réservés
4
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/DIS 13167
7 Expression des résultats
7.1 Calcul de l'activité volumique
L'activité volumique des actinides est calculée en intégrant le nombre d'impulsions dans les pics
correspondant au traceur et aux isotopes à mesurer. Les résultats de ces intégrations divisés par la durée de
comptage, donnent le taux de comptage brut, r et r pour le traceur et les isotopes d'actinides,
gt g
respectivement.
r et r sont corrigés de la contribution du bruit de fond et, si nécessaire, de la contribution de la traîne des
gt g
pics d'énergie les plus élevés, qui dépend des caractéristiques du détecteur.
Les taux de comptage de bruit de fond sont calculés à partir du spectre d'émission alpha d'un échantillon à
blanc et par intégration du nombre d'impulsions dans les régions d’intérêt (ROI) où des pics apparaissent
dans le spectre de l'échantillon. Les résultats de ces intégrations divisés par la durée de comptage, donnent
le taux de comptage de bruit de fond, r et r , pour le traceur et les isotopes d'actinides, respectivement.
0t 0
L'échantillon à blanc est obtenu et mesuré selon la procédure en vigueur dans le laboratoire, avec un traceur
(pour la méthode d'essai) ou sans traceur (pour la quantification du bruit de fond).
L'activité volumique c des isotopes d’actinides est calculée selon l'Équation (1) :
A
1
(1)
c (r r )/(VR) (r r )w with w
A g 0 g 0
VR
Le rendement total du mesurage est déterminé à partir de l'activité A du traceur ajouté et du taux de
comptage net dans le pic correspondant, comme indiqué dans l'Équation (2) :
(2)
R(r r )/A
gt 0t
L'efficacité du détecteur permet de calculer le rendement chimique Rc. Cette valeur est importante pour le
contrôle de la qualité.
7.2 Incertitude-type
Selon le GUM, l'incertitude-type de c est calculée par l'Équation (3) :
A
2 2 2 2 2 2 2 2
u(c ) w (u (r )u (r ))c .u (w) w .r /t r /t c .u (w) (3)
A g 0 A rel g g 0 0 A rel
où l’incertitude de la durée de comptage est négligée.
L'incertitude-type relative de w est calculée à l'aide de l'Équation (4) :
2 2 2
u (w)u (R)u (V) (4)
rel rel rel
L'incertitude-type relative de R est calculée à l'aide de l'Équation (5) :
2 2 2 2 2
u (R)u (r r )u (A)(r /t r /t )/(r r ) u (A)
(5)
rel rel gt 0t rel gt g 0t 0 gt 0t rel
u (A) inclut toutes les incertitudes associées à l’activité du traceur, à savoir : l’activité de la solution étalon, la
rel
préparation de la solution de traceur et l’ajout de la solution de traceur à l’échantillon.
© ISO 2014 – Tous droits réservés
5
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO/DIS 13167
~ ~
Pour calculer les limites caractéristiques selon l'ISO 11929, u(c ) est requise, c’est-à-dire l’incertitude-type
A
de c en fonction de sa valeur réelle, calculée par l'Équation (6) :
A
2 2 2
~ ~ ~ ~
u(c ) w ((c /wr )/t r /t )c u (w) (6)
A A 0 g 0 0 A rel
7.3 Seuil de décision
Conformément à l’ISO 11929, le seuil de décision, c *, est obtenu à partir de l'Équation (6) ci-dessus pour
A
~
c 0 , ce qui donne l'Équation (7) :
A
*
~
c k . u(0)k .w. r /t r /t (7)
A 1 1 0 g 0 0
0,05 avec k 1,65 est souvent retenu par défaut.
1
7.4 Limite de détection
#
Conformément à l’ISO 11929, la limite de détection, c , est calculée à l'
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.