ISO 4722-1:2023
(Main)Water quality — Thorium 232 — Part 1: Test method using alpha spectrometry
Water quality — Thorium 232 — Part 1: Test method using alpha spectrometry
This document specifies the method and the conditions for the determination of 232Th activity concentration in samples of environmental water (including sea waters) and waste waters before release to the environment using alpha spectrometry and 229Th as a recovery tracer. A chemical separation allows to separate and purify thorium from a test portion of the sample. The general principles outlined in this document can be applied for the analysis of other alpha-emitting thorium isotopes such as 228Th and 230Th in aqueous samples.
Qualité de l'eau — Thorium 232 — Partie 1: Méthode d'essai par spectrométrie alpha
Le présent document spécifie les méthodes et les conditions de détermination de l’activité volumique de 232Th dans des échantillons d’eau environnementale (y compris les eaux de mer) et les eaux usées avant leur rejet dans l’environnement, par spectrométrie alpha et en utilisant le 229Th comme traceur de rendement. Une séparation chimique permet de séparer et de purifier le thorium d’une prise d’essai de l’échantillon. Les principes généraux décrits dans le présent document peuvent s’appliquer à l’analyse d’autres isotopes du thorium émetteurs alpha tels que 228Th et 230Th dans des échantillons aqueux.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 4722-1
First edition
2023-10
Water quality — Thorium 232 —
Part 1:
Test method using alpha spectrometry
Qualité de l'eau — Thorium 232 —
Partie 1: Méthode d'essai par spectrométrie alpha
Reference number
© ISO 2023
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Symbols . 2
4 Principle . 3
5 Chemical reagents and equipment .3
5.1 General . 3
5.2 Chemical reagents . 4
5.3 Equipment . 4
6 Sampling, handling and storage . 4
6.1 Sampling . 4
6.2 Sample storage . 5
7 Separation and measurement. 5
7.1 Chemical steps . 5
7.2 Measurement . 5
7.2.1 Quality control . 5
7.2.2 Chemical recovery . 5
7.2.3 Background . 5
8 Expression of results . 6
8.1 Spectrum analysis . 6
8.2 Calculation of activity concentration . 6
8.3 Standard uncertainty . 6
8.4 Decision threshold . 7
8.5 Detection limit . 7
9 Limits of coverage intervals .7
9.1 Limits of the probabilistically symmetric coverage interval. 7
9.2 Limits of the shortest coverage interval . 8
10 Test report . 8
Annex A (informative) Chemical separation of thorium .10
Annex B (informative) Preparation of the source by electrodeposition .13
Annex C (informative) Preparation of the source by coprecipitation .16
Bibliography .18
iii
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 document 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).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use
of (a) patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed
patent rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received
notice of (a) patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are
cautioned that this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent
database available at www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all
such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 147, Water quality, Subcommittee SC 3,
Radioactivity measurements.
A list of all parts in the ISO 4722 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
Radionuclides are present throughout the environment; thus, water bodies (e.g. surface waters, ground
waters, sea waters) contain radionuclides, which can be of either natural or anthropogenic origin.
3 14 40
— Naturally-occurring radionuclides, including H, C, K and those originating from the thorium
210 210 222 226 228 227 231 234 238
and uranium decay series, in particular Pb, Po, Rn, Ra, Ra, Ac, Pa, U and U,
can be found in water bodies due to either natural processes (e.g. desorption from the soil, runoff
by rain water) or released from technological processes involving naturally occurring radioactive
materials (e.g. mining; mineral processing; oil, gas and coal production; water treatment; and
production and use of phosphate fertilisers).
55 59 63 90 99
— Anthropogenic radionuclides such as Fe, Ni, Ni, Sr, Tc, transuranic elements (e.g. Np, Pu, Am
60 137
and Cm) and some gamma emitting radionuclides such as Co and Cs can also be found in natural
waters. Small quantities of anthropogenic radionuclides can be discharged from nuclear facilities
to the environment as a result of authorized routine releases. The radionuclides present in liquid
[1]
effluents are usually controlled before being discharged to the environment and water bodies.
Anthropogenic radionuclides used in medical and industrial applications can be released to the
environment after use. Anthropogenic radionuclides are also found in waters due to contamination
from fallout resulting from above-ground nuclear detonations and accidents such as those that have
occurred at the Chornobyl and Fukushima nuclear facilities.
Radionuclide activity concentrations in water bodies can vary according to local geological
characteristics and climatic conditions and can be locally and temporally enhanced by releases from
[2][3]
nuclear facilities during planned, existing and emergency exposure situations. Some drinking
water sources can thus contain radionuclides at activity concentrations that can present a human
health risk. The World Health Organization (WHO) recommends to routinely monitor radioactivity in
[4]
drinking waters and to take proper actions when needed to minimize the health risk.
National regulations usually specify the activity concentration limits that are authorized in drinking
waters, water bodies and liquid effluents to be discharged to the environment. These limits can vary for
planned, existing, and emergency exposure situations. For example, during either a planned or existing
232 −1
situation, the WHO guidance level for Th in drinking water is 1 Bq·l (see NOTE). Compliance with
these limits is assessed by measuring radioactivity in water samples and by comparing the results
[5] [6]
obtained, with their associated uncertainties, as specified by ISO/IEC Guide 98-3 and ISO 5667-20 .
NOTE The guidance level calculated in Reference [4] is the activity concentration that, with an intake of
−1 −1
2 l·d of drinking water for one year, results in an effective dose of 0,1 mSv·a to members of the public. This is
an effective dose that represents a very low level of risk to human health and which is not expected to give rise to
[4]
any detectable adverse health effects .
[7]
In the event of a nuclear emergency, the WHO Codex Guideline Levels states that the activity
−1 −1 232
concentration can possibly be not greater than 1 Bq·l and 10 Bq·l for Th, respectively, for infants
and other than infants.
This document contains a method to determine Th in water samples. The test method has been
developed to support laboratories to determine Th in water samples.
−1
The detection limit for measurement of a test portion of about 500 ml is approximately 5 mBq·l with a
counting time of about 200 000 s.
The methods described in this document can be used for various types of waters (see Clause 1). Minor
modifications such as sample volume and counting time can be made if needed to ensure that the
characteristic limit, decision threshold, detection limit and uncertainties are below the required limits.
This can be done for several reasons such as emergency situations, lower national guidance limits and
operational requirements.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 4722-1:2023(E)
Water quality — Thorium 232 —
Part 1:
Test method using alpha spectrometry
WARNING — Persons using this document should be familiar with normal laboratory practice.
This document does not purport to address all the safety problems, if any, associated with its
use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices and to
determine the applicability of any other restrictions.
IMPORTANT — It is essential that tests conducted according to this document be carried out by
suitably trained staff.
1 Scope
This document specifies the method and the conditions for the determination of Th activity
concentration in samples of environmental water (including sea waters) and waste waters before
release to the environment using alpha spectrometry and Th as a recovery tracer. A chemical
separation allows to separate and purify thorium from a test portion of the sample.
The general principles outlined in this document can be applied for the analysis of other alpha-emitting
228 230
thorium isotopes such as Th and Th in aqueous samples.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 3696, Water for analytical laboratory use — Specification and test methods
ISO 5667-1, Water quality — Sampling — Part 1: Guidance on the design of sampling programmes and
sampling techniques
ISO 5667-3, Water quality — Sampling — Part 3: Preservation and handling of water samples
ISO 11929-1, Determination of the characteristic limits (decision threshold, detection limit and limits of
the coverage interval) for measurements of ionizing radiation — Fundamentals and application — Part 1:
Elementary applications
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
ISO 80000-10, Quantities and units — Part 10: Atomic and nuclear physics
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11929-1 and ISO 80000-10
apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.2 Symbols
The symbols used in this document are listed in Table 1.
Table 1 — Symbols
Symbol Description Unit
A Activity of the Th tracer added Bq
232 −1
c Activity concentration of Th measured in the sample Bq∙l
A
* −1
Decision threshold
Bq∙l
c
A
#
Detection limit −1
Bq∙l
c
A
Lower and upper limits of the probabilistically symmetric coverage interval of the
−1
Bq∙l
cc,
AA
measurand, respectively
<>
Lower and upper shortest coverage interval −1
Bq∙l
cc,
AA
−1
Possible or assumed true quantity values of the measurand Bq∙l
c
A
Quantiles of the standardized normal distribution for the probability, p
k —
p
(for instance, p = 1− α, p = 1− β or p = 1−γ / 2)
p Probability for “success”, p = 1 − α, p = 1− β or p = 1− γ / 2 —
q Probability for “failure”, —
R Total recovery —
R Chemical recovery —
c
232 −1
r Gross count rate in the region of interest of Th, the isotope to measure s
g
229 −1
r Gross count rate in the region of interest of the Th tracer s
gT
229 −1
r Background count rate in the region of interest of the Th tracer s
0T
232 −1
r Background or blank count rate in the region of interest of Th, the isotope to measure s
t Counting time of the background by alpha spectrometry s
t Sample counting time by alpha spectrometry s
g
U Expanded uncertainty —
u Standard uncertainty —
c
232 −1
u(c ) Standard uncertainty of the activity concentration of Th Bq∙l
A
Standard uncertainty of the estimator c as a function of an assumed true value c of the
A −1
A
uc Bq∙l
()
A
measurand
u Standard uncertainty of the estimator c as a function of its detection limit —
rel A
w Estimate of the calibration factor —
V Sample volume l
α Probability of the false positive decision —
β Probability of the false negative decision —
ε Counting efficiency —
1−γ Probability for the coverage interval of the measurand —
Φ Distribution function of the standardized normal distribution —
ω Auxiliary quantity —
4 Principle
The test sample is mixed with an aliquot of Th tracer, followed by equilibration of the sample prior
to analysis, chemical isolation of thorium by a concentration step (e.g. a precipitation) and a specific
separation step (e.g. using ion exchange chromatography).
210 237 238 241
Uranium isotopes, Po, Np, Pu or Am can be present in water and can interfere with
232 229
the counting of Th and the Th tracer if no chemical separation is carried out to remove these
radionuclides from the water sample.
The measured thin source is prepared by electrodeposition or co-precipitation and measured by alpha
spectrometry using a grid chamber or a semiconductor-type apparatus. Measurements rely on the
interaction of alpha particles with the detecting medium. This interaction creates a charge, which is
amplified and output as a voltage pulse proportional to the deposited energy of the incoming alpha-
particle.
The electric pulse from the detector is analysed by the electronic systems. Data analysis software
provides a spectrum, in which the number of pulses (counts) recorded in each energy interval is shown.
The analysis of the count rates in the Th alpha energy window allows the determination of the test
sample activity concentration for Th, after correcting for the blank count rate, the volume of the test
sample and the total measurement recovery (chemical recovery and detection efficiency).
The chemical recovery and detection efficiency are not necessarily determined separately but are
determined together by measuring the total measurement recovery from the net count rate of Th,
added as a chemical recovery tracer.
For quality control and to quantify potential impurities in the tracer solution, a blank sample shall be
prepared using grade 3 laboratory water in compliance with ISO 3696 with the addition of tracer. The
radioactive characteristics of the main thorium isotopes are given in Table 2 (see References [8], [9] and
[10]).
Table 2 — Characteristics of the main thorium isotopes
Thorium Half-life Main alpha particle emission Intensity
isotope (uncertainty) energy (uncertainty)
years keV %
5 340,35 (22) 26,0
228 1,912 6 (9)
5 423,24 (22) 73,4
4 845,3 (12) 56,2
229 7 880 (12)
4 901,0 (12) 10,2
4 687,0 (15) 76,3
230 75 380 (30)
4 620,5 (15) 23,4
4 011,2 (14) 21,0
232 14,02 (6) × 10
3 948,5 (14) 78,9
5 Chemical reagents and equipment
5.1 General
The chemical reagents and equipment used for chemical treatment and preparation of the source are
described in Annexes A to C, which give various options. Where there are choices, at least one of the
options presented shall be used.
Use only reagents of recognized analytical grade.
5.2 Chemical reagents
5.2.1 Laboratory water, used as a blank, as free as possible of chemical or radioactive impurities (e.g.
uranium or thorium isotopes), complying with ISO 3696, grade 3.
Unless otherwise stated, water refers to deionised water.
5.2.2 Tracer solution containing Th can be used to determine the total recovery. It can also be used
to calculate the chemical recovery. The solution is prepared by the dilution of a suitable standard that
provides traceability to national and international standards. The tracer solution shall be homogeneous
and stable.
The tracer solution concentration should be calculated to allow adding a small amount of this solution to
be in the range of activity contained in the test portion. For example, the tracer solution concentration
−1 −1
can be between 0,05 Bq·g and 1 Bq·g .
It is recommended that the activity and the purity of the tracer solution dilution be checked before use
and at regular intervals after preparation. This can be done, for example, by liquid scintillation counting,
but an account needs to be taken of progeny radionuclide ingrowth. Performing a blank analysis with
tracer is a potential way to identify any presence of thorium isotope analytes in the tracer.
5.3 Equipment
Usual laboratory equipment and, in particular, the following.
5.3.1 Alpha spectrometer of the grid chamber (with higher detection recovery but lower resolution)
or semiconductor type (with lower detection recovery, but higher resolution). Operation at constant
temperature is recommended. Follow the manufacturer's instructions.
For semiconductor-type apparatus, 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 <1 Pa. Resolution can be
further enhanced by increasing the distance between the source and the detector. However, it has to be
noted that counting efficiency will decrease which increases the measurement time.
5.3.2 Pipette, suitable for the accurate transfer of (e.g. 100 µl) Th tracer solution with a total
precision within ±1 %.
5.3.3 Balance capable of achieving ±0,1 mg precision.
6 Sampling, handling and storage
6.1 Sampling
Conditions of sampling shall conform to ISO 5667-1.
Filter the sample to remove solids and then acidify to pH less than 2 with nitric acid as soon as possible
after sampling prior to analysis, as specified in ISO 5667-3. Acidification prior to filtration can result in
leaching of thorium from the solid component of the sample.
It is important that the laboratory receive a representat
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 4722-1
Première édition
2023-10
Qualité de l'eau — Thorium 232 —
Partie 1:
Méthode d'essai par spectrométrie
alpha
Water quality — Thorium 232 —
Part 1: Test method using alpha spectrometry
Numéro de référence
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© ISO 2023
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, 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, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée 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 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes, définitions et symboles . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Symboles . 2
4 Principe. 3
5 Réactifs chimiques et matériel . 4
5.1 Généralités . 4
5.2 Réactifs chimiques . 4
5.3 Matériel . 4
6 Échantillonnage, manipulation et conservation . 5
6.1 Échantillonnage . 5
6.2 Conservation des échantillons . 5
7 Séparation et mesurage . 5
7.1 Étapes chimiques . 5
7.2 Mesurage . 5
7.2.1 Contrôle qualité . 5
7.2.2 Rendement chimique . 5
7.2.3 Bruit de fond . 6
8 Expression des résultats . 6
8.1 Analyse spectrale . 6
8.2 Calcul de l’activité volumique . 6
8.3 Incertitude-type . 7
8.4 Seuil de décision . 7
8.5 Limite de détection . 8
9 Limites des intervalles élargis .8
9.1 Limites de l’intervalle élargi probabilistiquement symétrique . 8
9.2 Limites de l’intervalle élargi le plus court . 8
10 Rapport d’essai . 9
Annexe A (informative) Séparation chimique du thorium .10
Annexe B (informative) Préparation de la source par dépôt électrolytique .13
Annexe C (informative) Préparation de la source par co-précipitation .16
Bibliographie .18
iii
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’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner
l’utilisation d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et
à l’applicabilité de tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent
document, l’ISO n'avait pas reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa
mise en application. Toutefois, il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent
document que des informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de
brevets, disponible à l'adresse www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié tout ou partie de tels droits de brevet.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 147, Qualité de l’eau, sous-comité SC 3,
Mesurages de la radioactivité.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 4722 peut être consultée sur le site web de l'ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
Les radionucléides sont présents partout dans l’environnement. Dès lors, les masses d’eau (par exemple
les eaux de surface, les eaux souterraines, les eaux de mer) contiennent des radionucléides d’origine
naturelle ou anthropique:
3 14 40
— Les radionucléides naturels, y compris H, C, K et ceux provenant des chaînes de désintégration
210 210 222 226 228 227 231 234
du thorium et de l’uranium, notamment Pb, Po, Rn, Ra, Ra, Ac, Pa, U ou
U peuvent se trouver dans l’eau en raison de processus naturels (par exemple, la désorption
par le sol ou le lessivage par les eaux pluviales) ou bien ils peuvent être libérés par des procédés
technologiques mettant en œuvre des matières radioactives existant à l’état naturel (par exemple,
l’extraction minière; le traitement de sables minéraux; la production de carburant, de gaz ou de
charbon; le traitement des eaux; et la production et l’utilisation d’engrais phosphatés).
55 59 63 90 99
— Les radionucléides engendrés par l’activité humaine, tels que Fe, Ni, Ni, Sr, Tc, mais aussi
des éléments transuraniens (américium, plutonium, neptunium, curium) et certains radionucléides
60 137
émetteurs gamma tels que Co et Cs peuvent également être présents dans les eaux naturelles.
De petites quantités de ces radionucléides sont rejetées dans l’environnement par les installations
du cycle du combustible lors des rejets périodiques autorisés. Les radionucléides dans les effluents
[1]
liquides font généralement l’objet de contrôles avant d’être rejetés dans l’environnement et les
masses d’eau. Des radionucléides, utilisés dans le cadre d’applications médicales et industrielles,
sont également libérés dans l’environnement après usage. Les radionucléides d’origine anthropiques
sont aussi présents dans les eaux du fait de contaminations par retombées d’éléments radioactifs
rejetés dans l’atmosphère lors de l’explosion de dispositifs nucléaires ou lors d’accidents nucléaires,
tels que ceux de Tchernobyl et de Fukushima.
L’activité volumique des radionucléides dans les masses d’eau varie en fonction des caractéristiques
géologiques et des conditions climatiques locales, et peut être renforcée localement et dans le temps par
les rejets d’installations nucléaires dans des situations d’exposition planifiée, d’exposition d’urgence
[2][3]
et d’exposition existante. L’eau potable est alors susceptible de contenir des radionucléides à des
valeurs d’activité volumique qui pourraient présenter un risque sanitaire. L’Organisation mondiale de
[4]
la santé (OMS) recommande une surveillance régulière de la radioactivité des eaux potables et la
mise en place d’actions adéquates si besoin est afin de limiter le plus possible le risque pour la santé
humaine.
Les législations nationales spécifient généralement les limites autorisées d’activité volumique dans les
eaux potables, les masses d’eau et les effluents liquides rejetés dans l’environnement. Ces limites sont
susceptibles de varier dans le cas de situations d’exposition planifiée, existante ou d’urgence. À titre
d'exemple, lors d’une situation planifiée ou existante, la limite indicative donnée par l'OMS pour le Th
−1
dans l'eau potable est de 1 Bq⋅l , voir la NOTE. La conformité à ces limites peut être évaluée à partir
des résultats de mesure d’échantillons d’eau et des incertitudes qui y sont associées, tel que précisé par
[5] [6]
l’ISO/IEC Guide 98-3 et l’ISO 5567-20 .
NOTE La limite indicative calculée par la Référence [4] correspond à l’activité volumique pour une
−1 −1
consommation de 2 l·d d’eau potable pendant un an, aboutissant à une dose effective de 0,1 mSv·a pour un
individu moyen. Cette dose effective présente un niveau de risque très faible qui ne devrait pas entraîner d’effets
[4]
indésirables et détectables pour la santé .
[7]
En situation d’urgence nucléaire, les limites indicatives du Codex de l’OMS indiquent que l’activité
232 −1 −1
volumique du Th ne peut être supérieure à 1 Bq·l pour les nourrissons et 10 Bq·l pour le reste de
la population.
Le présent document offre une méthode de détermination du Th dans les échantillons d’eau. Cette
méthode a été développée pour répondre aux besoins des laboratoires d’essai réalisant ces mesurages.
La limite de détection pour le mesurage d’une prise d’essai d’environ 500 ml est d’approximativement
−1
5 mBq·l pour une durée de comptage d’environ 200 000 s.
La méthode décrite dans le présent document est applicable à divers types d’eaux (voir l’Article 1). Il est
possible d’apporter des modifications mineures, par exemple au volume d’un échantillon ou à la durée
v
de comptage, afin de s’assurer que la limite caractéristique, le seuil de décision, la limite de détection
et les incertitudes sont inférieures aux limites requises. Ces modifications peuvent être effectuées
dans le cadre d’une situation d’urgence, de limites indicatives nationales inférieures et d’obligations
opérationnelles, etc. Le présent document fait partie d’un ensemble de Normes internationales relatives
aux méthodes d’essai qui traitent du mesurage de l’activité volumique des radionucléides dans des
échantillons d’eau.
vi
NORME INTERNATIONALE ISO 4722-1:2023(F)
Qualité de l'eau — Thorium 232 —
Partie 1:
Méthode d'essai par spectrométrie alpha
AVERTISSEMENT — Il convient que l’utilisateur du présent document connaisse bien les
pratiques courantes de laboratoire. Le présent document n’a pas pour but de traiter tous les
problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant, liés à son utilisation. Il incombe à l’utilisateur
de ce document d’établir des pratiques appropriées en matière d’hygiène et de sécurité et de
déterminer l’applicabilité des autres restrictions.
IMPORTANT — Il est essentiel que les essais conduits conformément au présent document soient
exécutés par du personnel titulaire d’une qualification appropriée.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les méthodes et les conditions de détermination de l’activité volumique
de Th dans des échantillons d’eau environnementale (y compris les eaux de mer) et les eaux usées
avant leur rejet dans l’environnement, par spectrométrie alpha et en utilisant le Th comme traceur
de rendement. Une séparation chimique permet de séparer et de purifier le thorium d’une prise d’essai
de l’échantillon.
Les principes généraux décrits dans le présent document peuvent s’appliquer à l’analyse d’autres
228 230
isotopes du thorium émetteurs alpha tels que Th et Th dans des échantillons aqueux.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 3696, Eau pour laboratoire à usage analytique — Spécification et méthodes d'essai
ISO 5667-1, Qualité de l'eau — Échantillonnage — Partie 1: Recommandations relatives à la conception des
programmes et des techniques d’échantillonnage
ISO 5667-3, Qualité de l’eau — Échantillonnage — Partie 3: Conservation et manipulation des échantillons
d’eau
ISO 11929-1, Détermination des limites caractéristiques (seuil de décision, limite de détection et extrémités
de l'intervalle élargi) pour mesurages de rayonnements ionisants — Principes fondamentaux et applications
— Partie 1: Applications élémentaires
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
ISO 80000-10, Grandeurs et unités — Partie 10: Physique atomique et nucléaire
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 11929-1 et
l’ISO 80000-10 s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.2 Symboles
Les symboles utilisés dans le présent document sont répertoriés dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles
Symbole Description Unité
A Activité du traceur Th ajouté Bq
232 −1
c Activité volumique de Th mesurée dans l’échantillon Bq·l
A
*
−1
Seuil de décision Bq·l
c
A
# −1
Limite de détection Bq·l
c
A
−1
Limites inférieure et supérieure de l’intervalle élargi probabilistiquement symétrique Bq·l
cc,
AA
<> −1
Limites inférieure et supérieure de l’intervalle élargi le plus court Bq·l
cc,
AA
−1
Valeurs vraies possibles ou présumées du mesurande Bq·l
c
A
Quantiles de la loi normale centrée réduite pour la probabilité p (par exemple, p = 1 − α,
k —
p
p = 1− β or p = 1 − γ / 2)
p Probabilité de «succès» , p = 1 − α, p = 1− β ou p = 1 − γ / 2 —
q Probabilité «d’échec» —
R Rendement total —
R Rendement chimique —
c
232 −1
r Taux de comptage brut dans la région d’intérêt de l’isotope à mesurer, le Th s
g
229 −1
r Taux de comptage brut dans la région d’intérêt du traceur Th s
gT
229 −1
r Taux de comptage du bruit de fond dans la région d’intérêt du traceur Th s
0T
Taux de comptage du bruit de fond ou du blanc dans la région d’intérêt de Th, l’isotope à
−1
r s
mesurer
t Temps de comptage du bruit de fond par spectrométrie alpha s
t Temps de comptage de l’échantillon par spectrométrie alpha s
g
U Incertitude élargie —
u Incertitude-type —
c
232 −1
u(c ) Incertitude-type de l’activité volumique de Th Bq∙l
A
−1
uc() Incertitude-type de l’estimateur c fonction d’une valeur vraie supposée c du mesurande Bq∙l
A A A
u Incertitude-type de l’estimateur c en fonction de sa limite de détection —
rel A
w Estimation du facteur d’étalonnage —
V Volume d’échantillon l
α Probabilité de décision d’un faux positif —
TTaabblleeaauu 11 ((ssuuiitte)e)
Symbole Description Unité
β Probabilité de décision d'un faux négatif —
ε Efficacité de comptage —
1 − γ Probabilité associé à l’intervalle élargi du mesurande —
Φ Fonction de distribution de la loi normale centrée réduite —
ω Quantité auxiliaire —
4 Principe
L’échantillon pour essai est mélangé avec une aliquote de traceur Th, puis équilibrage de l’échantillon
avant analyse, isolement chimique du thorium par une étape de concentration (par exemple, une
précipitation) et une étape de séparation spécifique (par exemple, par chromatographie échangeuse
d’ions).
210 237 238 241
Les isotopes de l’uranium, Po, Np, Pu ou Am, peuvent être présents dans l’eau et peuvent
232 229
interférer avec le comptage de Th et du traceur Th si aucune séparation chimique n’est effectuée
pour éliminer ces radionucléides de l’échantillon d’eau.
La source fine mesurée est préparée par dépôt électrolytique ou co-précipitation et mesurée par
spectrométrie alpha à l’aide d’une chambre à grille ou d’un appareil type semi-conducteurs. Les
mesurages reposent sur l’interaction des particules alpha avec le milieu de détection. Cette interaction
crée une charge, qui est amplifiée, et une puissance émise sous forme d’impulsion de tension
proportionnelle à l’énergie déposée de la particule alpha entrante.
L’impulsion électrique du détecteur est analysée par les systèmes électroniques. Le logiciel d’analyse
des données fournit un spectre, dans lequel le nombre d’impulsions (coups) enregistrées dans chaque
intervalle d’énergie est indiqué.
L’analyse des taux de comptage dans la fenêtre d’énergie alpha de Th permet de déterminer la
concentration volumique de l’échantillon pour essai pour Th, après correction du taux de comptage
du blanc, du volume de l’échantillon pour essai et du rendement total de la mesure (rendement chimique
et rendement de détection).
Le rendement chimique et le rendement de détection ne sont pas nécessairement déterminés séparément
mais conjointement, en mesurant le rendement total de la mesure à partir du taux de comptage net de
Th, ajouté sous forme de traceur de rendement chimique.
Pour effectuer le contrôle qualité et pour quantifier les impuretés potentielles dans la solution de
traceur, un blanc doit être préparé à l’aide d’eau de laboratoire de qualité 3 conforme à l’ISO 3696, en
ajoutant le traceur. Les caractéristiques radioactives des principaux isotopes du thorium sont indiquées
dans le Tableau 2 (voir les Références [8], [9] et [10]).
Tableau 2 — Caractéristiques des principaux isotopes du thorium
Isotope Période radioactive Principale énergie d’émission Intensité
du thorium (incertitude) de particules alpha (incertitude)
années keV %
5 340,35 (22) 26,0
228 1,912 6 (9)
5 423,24 (22) 73,4
4 845,3 (12) 56,2
229 7 880 (12)
4 901,0 (12) 10,2
4 687,0 (15) 76,3
230 75 380 (30)
4 620,5 (15) 23,4
4 011,2 (14) 21,0
232 14,02 (6) × 10
3 948,5 (14) 78,9
5 Réactifs chimiques et matériel
5.1 Généralités
Les réactifs chimiques et le matériel utilisés pour le traitement chimique et la préparation de la source
sont décrits dans les Annexes A à C, qui donnent diverses options. S’il est possible de faire des choix, au
moins l’une des options présentées doit être utilisée.
Utiliser uniquement des réactifs de qualité analytique reconnue.
5.2 Réactifs chimiques
5.2.1 Eau de laboratoire, utilisée comme blanc, la plus exempte possible d’impuretés chimiques ou
radioactives (par exemple, isotopes de l’uranium ou du thorium), conforme à l’ISO 3696, qualité 3.
Sauf indication contraire, l’eau désigne l’eau déionisée.
5.2.2 La solution de traceur contenant du Th peut être utilisée pour déterminer le rendement
total. Elle peut également être utilisée pour calculer le rendement chimique. La solution est préparée
en diluant un étalon approprié qui assure la traçabilité aux étalons nationaux et internationaux. La
solution de traceur doit être homogène et stable.
Il convient de calculer la concentration de la solution de traceur de façon à permettre l’ajout d’une
petite quantité de cette solution dans la gamme d’activité contenue dans la prise d’essai. Par exemple, la
−1 −1
concentration de la solution de traceur peut être comprise entre 0,05 Bq·g et 1 Bq·g .
Il est recommandé de vérifier l’activité et la pureté de la solution de traceur diluée avant emploi
et à intervalles réguliers après la préparation. Pour ce faire, effectuer par exemple un comptage
des scintillations en milieu liquide, en tenant compte de la croissance interne des radionucléides
descendants. Il est également possible d’effectuer une analyse du blanc avec le traceur pour identifier la
présence d’analytes des isotopes du thorium dans le traceur.
5.3 Matériel
Matériel courant de laboratoire et, en particulier, ce qui suit.
5.3.1 Spectromètre alpha, avec chambre à grille (avec un rendement de détection supérieur mais une
résolution inférieure) ou avec semi-conducteurs (avec un rendement de détection inférieur mais une
résolution supérieure). Il est recommandé de le faire fonctionner à température constante. Suivre les
instructions du fabricant.
Pour l’appareil avec semi-conducteurs, les mesurages par spectrométrie alpha dépendent de l’interaction
des particules alpha avec le silicium à implantation ionique. Cette interaction modifie instantanément
la conductivité du silicium, proportionnellement à l’énergie des particules alpha entrantes. Pour obtenir
des spectres bien résolus, le système de détection doit être maintenu à une pression <1 Pa. La résolution
peut également être améliorée en augmentant la distance entre la source et le détecteur. Cependant, il
faut noter que l’efficacité de comptage diminuera, ce qui augmentera la durée du mesurage.
5.3.2 Pipette, appropriée pour le transfert précis (par exemple 100 µl) de la solution de traceur Th
avec une précision totale de l’ordre de ±1 %.
5.3.3 Balance précise à ±0,1 mg près.
6 Échantillonnage, manipulation et conservation
6.1 Échantillonnage
Les conditions d’échantillonnage doivent être conformes à l’ISO 5667-1.
Filtrer l’échantillon pour éliminer les composés solides, puis acidifier à un pH inférieur à 2 avec de l’acide
nitri
...
Questions, Comments and Discussion
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