Elementspeziation von Neptunium im Ultraspurenbereich

In der vorliegenden Arbeit wurde der Nachweis des Isotops Np-237 mit Resonanzionisations-Massenspektrometrie (RIMS) entwickelt und optimiert. Bei RIMS werden Probenatome mehrstufig-resonant mit Laserstrahlung angeregt, ionisiert und anschließend massenspektrometrisch nachgewiesen. Die Bestimmung geeigneter Energiezustände für die Anregung und Ionisation von Np-237 erfolgte durch Resonanzionisationsspektroskopie (RIS), wobei über 300 bisher unbekannte Energieniveaus und autoionisierende Zustände von Np-237 identifiziert wurden. Mit in-source-RIMS wird für das Isotop eine Nachweisgrenze von 9E+5 Atome erreicht. rnrnDie Mobilität von Np in der Umwelt hängt stark von seiner Elementspeziation ab. Für Sicherheitsanalysen potentieller Endlagerstandorte werden daher Methoden benötigt, die Aussagen über die unter verschiedenen Bedingungen vorliegenden Neptuniumspezies ermöglichen. Hierzu wurde eine online-Kopplung aus Kapillarelektrophorese (CE) und ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) genutzt, mit der die Np-Redoxspezies Np(IV) und Np(V) noch bei einer Konzentrationen von 1E-9 mol/L selektiv nachgewiesen werden können. Das Verfahren wurde eingesetzt, um die Wechselwirkung des Elements mit Opalinuston unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. Dabei konnte gezeigt werden, dass bei Gegenwart von Fe(II) Np(V) zu Np(IV) reduziert wird und dieses am Tongestein sorbiert. Dies führt insgesamt zu einer deutlich erhöhten Sorption des Np am Ton.

In the presented work, the detection of the isotope Np-237 with resonance ionization mass spectrometry (RIMS) was developed and optimized. In RIMS, sample atoms are excited and ionized with laser radiation in several, resonant steps and are subsequently detected by a mass spectrometer. Energy levels suitable for the excitation and ionization of Np-237 were identified using resonance ionization spectroscopy (RIS). With RIS, more than 300 previously unknown electronic states and autoionizing resonances of Np-237 were identified. Using in-source-RIMS, a limit of detection of 9E+5 atoms was demonstrated for the isotope. rnrnThe mobility of Np in the environment strongly depends on its elemental speciation. Therefore, safety assessments of proposed nuclear waste repositories require analytical methods for the detection of Np species. CE (capillary electrophoresis) was hyphenated to ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) to examine the distribution of the Np redox species Np(IV) and Np(V), which was possible at Np concentrations as low as 1E-9 mol/L. The method was used to study the interaction of the element with Opalinus Clay at varying conditions. CE-ICP-MS revealed, that under the presence of Fe(II), Np(V) is reduced to Np(IV), which is sorbed onto the clay. This leads to a higher overall Np sorption.