ISO 4722-2:2024
(Main)Water quality — Thorium 232 — Part 2: Test method using ICP-MS
Water quality — Thorium 232 — Part 2: Test method using ICP-MS
This document specifies a method to determine thorium 232 (232Th) by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The mass concentrations obtained can be converted into activity concentrations. The method described in this document is applicable to test samples of drinking water, rainwater, surface and ground water, marine water, as well as cooling water, industrial water, domestic and industrial wastewater after proper sampling and handling and test sample preparation. The limit of detection depends on the sample volume, the instrument used, the background count rate, the detection efficiency and the chemical yield. In this document, the limit of detection of the method using currently available apparatus is approximately 2 mBq·l−1 (or mBq·kg−1), which is lower than the WHO criteria for safe consumption of drinking water (1 Bq·l−1)[4]. The method described in this document covers the measurement of 232Th in water at activity concentrations between 2 mBq·l−1 and 5 Bq·l−1. Samples with higher activity concentrations than 5 Bq·l−1 can be measured if a dilution is performed. The method described in this document is applicable in the event of an emergency situation. Filtration of the test sample is necessary for the method described in this document. The analysis of 232Th adsorbed to suspended matter is not covered by this method. The analysis of the insoluble fraction requires a mineralization step that is not covered by this document. In this case, the measurement is made on the different phases obtained. It is the user’s responsibility to ensure the validity of this test method for the water samples tested.
Qualité de l'eau — Thorium 232 — Partie 2: Méthode d’essai par ICP-MS
Le présent document spécifie une méthode de détermination du thorium 232 (232Th) par spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS). Sur la base des concentrations en masse obtenues, les activités massiques peuvent être calculées. La méthode décrite dans le présent document est applicable à des échantillons d’eau potable, d’eau de pluie, d’eau de surface, d’eau souterraine, d’eau de mer, d’eau de refroidissement, d’eaux industrielles et d’eaux usées domestiques et industrielles, une fois que le prélèvement, la manipulation et la préparation des échantillons pour essai ont été effectués en bonne et due forme. La limite de détection dépend du volume de l’échantillon, de l’instrument utilisé, du bruit de fond de l’instrument, du rendement de détection et du rendement du traitement chimique. La limite de détection de la méthode décrite dans le présent document, avec l’appareillage actuellement disponible, est d’environ 2 mBq·l−1 (ou mBq·kg−1), soit une valeur à laquelle la consommation d’eau potable est considérée comme sûre au regard des critères de l’OMS (1 Bq·l−1)[4]. La présente méthode couvre le mesurage du 232Th dans l’eau à des niveaux d’activité volumique compris entre 2 mBq·l−1 et 5 Bq·l−1. Il est possible de mesurer, après dilution, des échantillons présentant une activité volumique supérieure à 5 Bq·l−1. La méthode décrite dans le présent document est applicable lors d’une situation d’urgence. Cette méthode requiert la filtration de l’échantillon pour essai et ne couvre pas l’analyse du 232Th adsorbé sur les matières en suspension. L’analyse de la fraction insoluble requiert une étape de minéralisation non couverte par le présent document. Le cas échéant, la mesure est effectuée sur les différentes phases obtenues. Il incombe à l’utilisateur de s’assurer de la validité de la présente méthode d’essai pour les échantillons d’eau soumis à essai.
General Information
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 4722-2
First edition
Water quality — Thorium 232 —
2024-12
Part 2:
Test method using ICP-MS
Qualité de l'eau — Thorium 232 —
Partie 2: Méthode d’essai par ICP-MS
Reference number
© ISO 2024
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols . 2
5 Principle . 3
6 Sampling and sample storage . 5
7 Chemical reagents and apparatus . 5
7.1 General .5
7.2 Chemical reagents .5
7.3 Apparatus .5
8 Separation . 6
9 Quality control . 6
9.1 General .6
9.2 Variables that can influence the measurement .6
9.3 Instrument verification .6
9.4 Method verification .7
10 Expression of results . 7
10.1 Data analysis .7
10.2 Background .8
10.3 Internal standard .8
229 230
10.4 Expression of results using Th or Th as a recovery tracer by ICP-MS .8
10.4.1 Calculation of activity of tracer and mass of analyte .8
10.4.2 Measurement bias .9
10.4.3 Sample mass concentration .9
229 230
10.5 Expression of results using Th or Th as a recovery tracer .9
10.5.1 Calculation of activity of tracer and mass of analyte .9
10.5.2 Chemical recovery .10
10.5.3 Measurement bias .10
10.5.4 Sample mass concentration of the analyte .11
10.6 Limit of detection .11
10.7 Limit of quantification .11
10.8 Correcting for Th contamination in the tracer .11
10.9 Conversion of mass concentration to mass activity . 12
10.10 Conversion from mass to volume units . 12
11 Test report .12
Annex A (informative) Chemical separation of thorium . 14
Bibliography . 17
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.
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 and 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 and
210 210 222 226 228 227 231 234 238
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 and 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 and 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 effluents
[1]
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 Chernobyl 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 nuclear facilities
[2],[3]
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
[4]
Organization (WHO) recommends to routinely monitor radioactivity in 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. As an example, during either a planned or existing situation,
232 −1
the WHO guidance level for Th in drinking water is 1 Bq·l , see NOTES 1 and 2. Compliance with these
limits is assessed by measuring radioactivity in water samples and by comparing the results obtained, with
[5]
their associated uncertainties, as specified by ISO/IEC Guide 98-3 and ISO 5667-20 .
NOTE 1 If the value is not specified in Annex 6 of Reference [4], the value has been calculated using the formula
provided in Reference [4] and the dose coefficient data from References [6] and [7].
−1
NOTE 2 The guidance level calculated in Reference [4] is the activity concentration that, with an intake of 2 l·d of
−1
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 any detectable
[4]
adverse health effects .
This document contains method(s) to support laboratories that need to determine Th in water samples.
The method described in this document can be used for various types of waters (see Clause 1). For radiometric
methods, minor modifications such as sample volume and counting time can be made if needed to ensure that
the decision threshold, detection limit and uncertainties are below the required limits. For ICP-MS methods,
minor modifications to, for example, the sample pre-concentration volume and the interference separation,
can be made if needed to ensure that the limit of detection, the limit of quantification and the 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 4722-2:2024(en)
Water quality — Thorium 232 —
Part 2:
Test method using ICP-MS
WARNING — Persons using this document should be familiar with normal laboratory practice. It is
the responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices and to determine
the applicability of any other restrictions. This document does not purport to address all of the safety
problems, if any, associated with its use.
IMPORTANT — It is essential that tests conducted according to this document be carried out by
suitably trained staff.
1 Scope
This document specifies a method to determine thorium 232 ( Th) by inductively coupled plasma mass
spectrometry (ICP-MS). The mass concentrations obtained can be converted into activity concentrations.
The method described in this document is applicable to test samples of drinking water, rainwater, surface and
ground water, marine water, as well as cooling water, industrial water, domestic and industrial wastewater
after proper sampling and handling and test sample preparation.
The limit of detection depends on the sample volume, the instrument used, the background count rate, the
detection efficiency and the chemical yield. In this document, the limit of detection of the method using
−1 −1
currently available apparatus is approximately 2 mBq·l (or mBq·kg ), which is lower than the WHO
−1 [4]
criteria for safe consumption of drinking water (1 Bq·l ) .
The method described in this document covers the measurement of Th in water at activity concentrations
−1 −1 −1
between 2 mBq·l and 5 Bq·l . Samples with higher activity concentrations than 5 Bq·l can be measured
if a dilution is performed.
The method described in this document is applicable in the event of an emergency situation.
Filtration of the test sample is necessary for the method described in this document. The analysis of Th
adsorbed to suspended matter is not covered by this method. The analysis of the insoluble fraction requires
a mineralization step that is not covered by this document. In this case, the measurement is made on the
different phases obtained.
It is the user’s responsibility to ensure the validity of this test method for the water samples tested.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM:1995)
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 5667-10, Water quality — Sampling — Part 10: Guidance on sampling of waste water
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
ISO 17294-1:2024, Water quality — Application of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) —
Part 1: General guidelines
ISO 17294-2:2023, Water quality — Application of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) —
Part 2: Determination of selected elements including uranium isotopes
ISO 80000-10, Quantities and units — Part 10: Atomic and nuclear physics
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/IEC Guide 98-3 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/
4 Symbols
−1
C Mass activity Bq·kg
−1
C Specific activity corresponding to one gram of the radionuclide Bq·g
s
C Activity of the tracer Bq
T
−1
C Mass activity of the tracer added to a sample Bq·g
TS
k Coverage factor for uncertainties —
−1
Limit of detection in mass concentration, the lowest mass concentration that can be Counts·s
L
D
considered statistically different from a blank sample
−1
Limit of quantification, the lowest mass concentration that can be quantified with Counts·s
L
Q
statistical uncertainty
m Mass of the sample kg
m / z Mass-to-charge ratio measured by ICP-MS —
m Mass of analyte added to a spiked solution g
A
m Mass of the analyte solution added to a control sample or for measurement calculation g
AS
m Mass of the calibration standard tracer solution added to a sample g
C
m Mass of the calibration standard solution added to a sample g
CS
m Mass of the internal standard added to a blank and a sample g
IS
m Mass of the internal standard solution added to a blank or a sample g
ISS
m Mass of the tracer solution added to a blank and a sample g
T
m Mass of the tracer solution added to a reagent blank g
TB
m Mass of the tracer solution added to a blank or a sample g
TS
Number of counts per second measured by ICP-MS of a sample at a given mass-to-
−1
N Counts·s
charge ratio
Number of counts per second measured by ICP-MS of a blank sample at a given mass-
−1
N Counts·s
to-charge ratio
Average number of counts per second of several blank samples measured by ICP-MS at
−1
Counts·s
N
a given mass-to-charge ratio
−1
N Net number of counts per second, N − N Counts·s
net 0
−1
N Net number of counts per second at the internal standard mass-to-charge ratio Counts·s
netIS
Net number of counts per second in samples where a tracer has been added to assess
−1
N Counts·s
netT
chemical recovery
−1
N Net number of counts per second in the spiked reagent blank Counts·s
SP
−1
N Number of counts per second at analyte mass to charge ratio present as impurities Counts·s
T
−1
N Net number of counts per second in the unspiked reagent blank sample Counts·s
US
R Chemical recovery following purification measured by ICP-MS —
c
−1
S Standard deviation obtained by measuring of 10 test portions of the blank sample Counts·s
N
−1
U Expanded uncertainty and the coverage factor k with k = 1, 2, …, U = k · u Bq·kg
−1
u(C) Standard uncertainty of the mass activity result Bq·kg
−1
u(ρ) Standard uncertainty associated with the measurement result g·kg
−1
ρ Mass concentration of the analyte g·kg
−1
ρ Mass concentration of the analyte in the standard solution g·g
A
−1
ρ Mass concentration calibration standard solution g·g
C
Mass concentration of the internal standard element or isotope per unit volume of the
−1
ρ g·g
IS
internal standard solution
−1
ρ Mass concentration of the tracer solution g·g
T
−1
ρ Mass concentration of the analyte per sample unit volume g·l
V
V Volume of the sample l
Measurement bias constant which allows a correction for signal intensity bias be-
α —
tween the tracer and the analyte
5 Principle
The principle of measurement of analysis using ICP-MS is described in ISO 17294-1 and ISO 17294-2.
232 [8],[9]
ICP-MS has been successfully used to measure the concentration of Th in water samples .
The results can be converted in activity concentrations using the specific activity as a conversion factor
given in Table 1.
232 [10]
Table 1 — Half-life and specific activity of Th
Isotope Half-life Specific activity
−1
years Bq·g
232 9 3
Th 14,02 (7) 10 4,067 (17)·10
An example of the limit of detection that can be obtained with ICP-MS is given in Table 2, with a typical
measurement time of several minutes per sample, including sample uptake, counting time and washout
before the next sample.
[8],[9]
Table 2 — Example of a limit of detection
Isotope Limit of detection Limit of detection
−1 −1
μg·l Bq·l
232 -3
Th 0,5 2,0×10
Radionuclide measurement by ICP-MS is affected by several interferences which are outlined in Table 3.
Table 3 — Interferences affecting ICP-MS measurement
Type of interference Description Th interference
Isobaric Stable or radioactive isotopes with a similar mass to the analyte None
231 1 197 35
Stable or radioactive isotopes combining in plasma to form a Pa H, Au Cl,
Polyatomic
192 40
polyatomic ion with a similar mass to the analyte Pt Ar
Stable or radioactive isotopes of one or two mass units on either
6 231 233
Tailing interference side of the analyte with a relatively high abundance (>10 ) relative Pa, U
to the analyte
Depending on the potential interferences, Th measurement can either be performed directly or after a
chemical separation. This also removes elements that can form polyatomic and tailing interferences. It is
important to ensure that all potential interferences have been removed prior to measurement. There are
limited interferences affecting Th measurement by ICP-MS, but polyatomic and tailing interferences shall
be considered.
It is important to know the interference separation factor achievable by chemical separation and the ICP-
MS instrument used. This can initially be assessed by measuring the concentration of interferences at
increasing concentrations to monitor the impact at m / z = 232 before and after either chemical separation
or instrumental separation, or both.
An aliquot of a water sample can be directly measured by ICP-MS to determine the stable element
composition. High matrix samples (such as seawater) can need dilution to a greater extent before this
measurement, depending on the sample introduction system of the instrument used; some designs offer
online aerosol dilution capability that can run high matrix samples such as seawater without prior dilution.
If any interference has an impact on the Th result that cannot be corrected for, then the result cannot be
considered to be valid.
Chemical separation can be required to remove interferences and pre-concentrate Th prior to
measurement. As described in the ISO 17294 series, a tracer is needed to evaluate the recovery in chemical
separation. The tracer can be mixed with an aliquot of sample, followed by chemical isolation of the analyte.
229 230
Potential tracers are Th and Th, which can be measured using alpha spectrometry or ICP-MS. In case
of a direct measurement, using a tracer is not necessary.
To quantify any potential interference coming from the reagents, a blank sample is prepared in the same
way as the test sample. This blank sample is prepared using ultrapure water.
6 Sampling and sample storage
Sampling, handling and storage of the water shall be done as specified in ISO 5667-1, ISO 5667-3 and
ISO 5667-10, and guidance is given for the different types of water in References [11] to [18]. It is important
that the laboratory receives a sample that is truly representative and has neither been damaged nor modified
during transportation or storage.
The sample is filtered to remove suspended matter using a 0,45 μm filter. A smaller pore size filter can also
be used, but the filtration can be more tedious and time consuming. The sample shall be acidified after
filtration to a pH of less than 2 using HNO .
Minimising contamination and losses is of primary concern. Impurities in the reagents and dust on the
laboratory equipment, which is in contact with the samples can be potential sources of stable element
contamination that increases the background at m / z = 232. The sample containers can lead to either a
positive bias or a negative bias in the determination of trace elements by superficial desorption or adsorption.
7 Chemical reagents and apparatus
7.1 General
The chemical reagents and equipment used for chemical treatment and preparation of the samples are
described in Annex A.
Use only reagents of recognized analytical grade.
7.2 Chemical reagents
7.2.1 Ultrapure water, with a resistivity of more than 18,2 MΩ·cm at 25 °C and total organic carbon less
−1
than 1 µg·l .
Unless otherwise stated, water refers to ultrapure water.
−1
7.2.2 Instrument blank, for example 0,3 mol·l of nitric acid, used to determine the background count
rate of the instrument at selected mass to charge ratios.
The same reagent is also used to prepare the calibration standards and final samples for measurement.
7.2.3 Thorium 232 standard solution, used to prepare calibration standards to calculate the
concentration in the sample.
7.2.4 Internal standard solution, prepared with a stable element.
229 230
7.2.5 Tracer solution, for example Th or Th, to determine the chemical yield if chemical separation
is carried out. This is prepared by dilution of a standard that is traceable to national and international
standards.
Thorium 229 or Th should be added to the test sample at the beginning of the procedure. Depending on
−1 −1 −1
the ICP-MS instrument used, a suitable activity can be 10 Bq·g to 50 Bq·g (equivalent to 1,4 ng·g to
−1
6,8 ng·g ).
7.2.6 Argon gas, for the plasma in the ICP-MS, at least 99,99 % pure.
7.3 Apparatus
Usual laboratory apparatus and, in particular, the following.
...
Norme
internationale
ISO 4722-2
Première édition
Qualité de l'eau — Thorium 232 —
2024-12
Partie 2:
Méthode d’essai par ICP-MS
Water quality — Thorium 232 —
Part 2: Test method using ICP-MS
Numéro de référence
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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 et définitions . 2
4 Symboles . 2
5 Principe. 4
6 Prélèvement et conservation des échantillons . 5
7 Réactifs chimiques et appareillage . 5
7.1 Généralités .5
7.2 Réactifs chimiques .5
7.3 Appareillage .6
8 Séparation . 6
9 Contrôle de la qualité . 6
9.1 Généralités .6
9.2 Variables susceptibles d’influer sur le mesurage .7
9.3 Vérification de l’instrument .7
9.4 Vérification de la méthode .8
10 Expression des résultats . 8
10.1 Analyse des données .8
10.2 Bruit de fond .8
10.3 Étalon interne .8
229 230
10.4 Expression des résultats lorsque le Th ou le Th sont utilisés comme étalons
internes dans la mesure par ICP-MS .9
10.4.1 Calcul de l’activité du traceur et de la masse de l’analyte . .9
10.4.2 Biais de mesurage . . .9
10.4.3 Concentration en masse de l’échantillon.10
229 230
10.5 Expression des résultats lorsque le Th ou le Th sont utilisés comme étalons
internes dans la mesure .10
10.5.1 Calcul de l’activité du traceur et de la masse de l’analyte . .10
10.5.2 Rendement chimique .11
10.5.3 Biais de mesurage . .11
10.5.4 Concentration en masse de l'analyte dans l’échantillon .11
10.6 Limite de détection . 12
10.7 Limite de quantification . 12
10.8 Correction de la contamination du traceur par le Th . 12
10.9 Conversion de la concentration en masse en activité massique . 12
10.10 Conversion des unités de masse en unités de volume . 13
11 Rapport d’essai .13
Annexe A (informative) Séparation chimique du thorium .15
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
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informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à
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partie de tels droits de brevet.
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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.
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, et les eaux de mer) contiennent des radionucléides d’origine naturelle
ou anthropique:
3 14 40
— les radionucléides naturels, y compris le H, le C, le K et ceux provenant des chaînes de désintégration
210 210 222 226 228 227 231 234
du thorium et de l’uranium, notamment le Pb, le Po, le Rn, le Ra, le Ra, l’ Ac, le Pa, l’ U
ou l’ 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 le Fe, le Ni, le Ni, le Sr et le Tc, mais
aussi des éléments transuraniens (américium, plutonium, neptunium, et curium) et certains radionucléides
60 137
émetteurs gamma tels que le Co et le 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 présents 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 peut varier en fonction des caractéristiques
géologiques et des conditions climatiques locales; elle peut être localement et temporairement plus élevée
suite aux rejets d’installations nucléaires au cours de situations d’exposition planifiées, existantes et
[2],[3]
d’urgence. L’eau potable peut alors de contenir des radionucléides à des valeurs d’activité volumique
représentant potentiellement un risque sanitaire. L’Organisation mondiale de la santé (OMS) recommande
[4]
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 dans l’eau potable est de
−1
1 Bq⋅l , voir les NOTES 1 et 2. La conformité à ces limites peut être évaluée à partir des résultats de mesure
[5]
et des incertitudes qui y sont associées, comme précisé par le Guide 98-3 de l’ISO/IEC et l’ISO 5667-20 .
NOTE 1 Si cette valeur n’est pas précisée dans l’Annexe 6 de la Référence [4], elle est calculée à l’aide de l’équation
donnée dans la Référence [4] et du coefficient de dose des Références [6] et [7].
NOTE 2 La limite indicative calculée par la Référence [4] correspond à l’activité volumique pour une consommation
−1 −1
de 2 l·j 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 indésirables et détectables
[4]
pour la santé .
Le présent document offre une ou des méthodes visant à répondre aux besoins des laboratoires qui
déterminent le Th dans les échantillons d’eau.
La méthode décrite dans le présent document est applicable à divers types d’eaux (voir l’Article 1). Pour les
méthodes radiométriques, il est possible d’apporter des modifications mineures, par exemple au volume d’un
échantillon ou à la durée de comptage, afin de s’assurer que la limite caractéristique, le seuil de décision, la
limite de détection et les incertitudes soient inférieurs aux limites requises. Pour les méthodes par ICP-MS,
il est possible d’apporter si besoin des modifications mineures, par exemple, au volume de préconcentration
de l’échantillon ou à la séparation des interférences, afin de s’assurer que la limite de détection, la limite
de quantification et les incertitudes sont inférieures aux limites requises. Ces modifications peuvent
v
être effectuées dans le cadre d’une situation d’urgence, de limites indicatives nationales inférieures et
d’obligations opérationnelles, etc.
vi
Norme internationale ISO 4722-2:2024(fr)
Qualité de l'eau — Thorium 232 —
Partie 2:
Méthode d’essai par ICP-MS
AVERTISSEMENT — Il convient que l’utilisateur du présent document connaisse bien les pratiques
courantes de laboratoire. 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. Le présent
document n’a pas pour but de traiter tous les problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant, liés à son
utilisation.
IMPORTANT — Il est absolument essentiel que les essais réalisés conformément au présent document
soient effectués par du personnel qualifié.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode de détermination du thorium 232 ( Th) par spectrométrie
de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS). Sur la base des concentrations en masse obtenues, les
activités massiques peuvent être calculées.
La méthode décrite dans le présent document est applicable à des échantillons d’eau potable, d’eau de pluie,
d’eau de surface, d’eau souterraine, d’eau de mer, d’eau de refroidissement, d’eaux industrielles et d’eaux
usées domestiques et industrielles, une fois que le prélèvement, la manipulation et la préparation des
échantillons pour essai ont été effectués en bonne et due forme.
La limite de détection dépend du volume de l’échantillon, de l’instrument utilisé, du bruit de fond de
l’instrument, du rendement de détection et du rendement du traitement chimique. La limite de détection
de la méthode décrite dans le présent document, avec l’appareillage actuellement disponible, est d’environ
−1 −1
2 mBq·l (ou mBq·kg ), soit une valeur à laquelle la consommation d’eau potable est considérée comme
−1 [4]
sûre au regard des critères de l’OMS (1 Bq·l ) .
La présente méthode couvre le mesurage du Th dans l’eau à des niveaux d’activité volumique compris
−1 −1
entre 2 mBq·l et 5 Bq·l . Il est possible de mesurer, après dilution, des échantillons présentant une activité
−1
volumique supérieure à 5 Bq·l .
La méthode décrite dans le présent document est applicable lors d’une situation d’urgence.
Cette méthode requiert la filtration de l’échantillon pour essai et ne couvre pas l’analyse du Th adsorbé
sur les matières en suspension. L’analyse de la fraction insoluble requiert une étape de minéralisation
non couverte par le présent document. Le cas échéant, la mesure est effectuée sur les différentes phases
obtenues.
Il incombe à l’utilisateur de s’assurer de la validité de la présente méthode d’essai pour les échantillons d’eau
soumis à essai.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure
(GUM:1995)
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 5667-10, Qualité de l'eau — Échantillonnage — Partie 10: Lignes directrices pour l'échantillonnage des eaux
résiduaires
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
ISO 17294-1:2024, Qualité de l’eau — Application de la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif
(ICP-MS) — Partie 1: Exigences générales
ISO 17294-2:2023, Qualité de l'eau — Application de la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif
(ICP-MS) — Partie 2: Dosage des éléments sélectionnés y compris les isotopes d'uranium
ISO 80000-10, Grandeurs et unités — Partie 10: Physique atomique et nucléaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions du Guide ISO/IEC 98-3 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/
4 Symboles
−1
C Activité massique Bq·kg
−1
C Activité spécifique correspondant à un gramme du radionucléide Bq·g
s
C Activité du traceur Bq
T
−1
C Activité massique de la solution du traceur ajouté à l’échantillon Bq·g
TS
k Facteur d’élargissement (incertitude) —
Limite de détection en concentration en masse, à savoir la plus petite concentration en
−1
L coups·s
D
masse pouvant être considérée comme statistiquement différente de celle d’un blanc
Limite de quantification, à savoir la plus petite concentration en masse pouvant être quan-
−1
L coups·s
Q
tifiée avec une incertitude statistique
m Masse de l’échantillon kg
m / z Rapport masse sur charge mesuré par ICP-MS —
m Masse de l’analyte ajouté à une solution dopée g
A
Masse de la solution en présence de l’analyte ajoutée à un échantillon de contrôle ou pour
m g
AS
calcul
m Masse de l'étalon de référence (traceur) ajoutée à l’échantillon g
C
m Masse de la solution étalon de référence ajoutée à l’échantillon g
CS
m Masse de l’étalon interne ajoutée à un blanc et à un échantillon g
IS
m Masse de la solution étalon interne ajoutée à un blanc ou à un échantillon g
ISS
m Masse du traceur ajoutée au blanc et à l’échantillon g
T
m Masse du traceur ajouté au blanc de réactif g
TB
m Masse de la solution de traceur ajoutée à un blanc ou à un échantillon g
TS
Nombre de coups par seconde mesurés par ICP-MS d’un échantillon pour un rapport masse
−1
N coups·s
sur charge donné
Nombre de coups par seconde mesurés par ICP-MS d’un blanc pour un rapport masse sur
−1
N coups·s
charge donné
Nombre de coups moyen par seconde pour plusieurs blancs mesurés par ICP-MS pour un
−1
coups·s
N
rapport masse sur charge donné
−1
N Nombre de coups net par seconde, N− N coups·s
net 0
−1
N Nombre de coups net par seconde au rapport masse sur charge de l’étalon interne coups·s
netIS
Nombre de coups net par seconde dans un échantillon où un traceur a été ajouté afin d’éva-
−1
N coups·s
netT
luer le rendement chimique
−1
N Nombre de coups net par seconde dans le blanc réactif dopé coups·s
SP
Nombre de coups par seconde au rapport masse sur charge de l’analyte présent comme
−1
N coups·s
T
impuretés
−1
N Nombre de coups net par seconde dans le blanc réactif non dopé coups·s
US
R Rendement chimique de l’étape de purification mesuré par ICP-MS —
c
−1
S Écart-type obtenu à partir du mesurage de dix prises d’essai du blanc coups s
N
−1
U Incertitude élargie avec un facteur d’élargissement k avec k = 1,…, U = k · u Bq·kg
−1
u(C) Incertitude-type associée au résultat de l’activité massique Bq·kg
−1
u(ρ) Incertitude-type associée au résultat de mesure g·kg
−1
ρ Concentration en masse d'analyte g·kg
−1
ρ Concentration en masse de la solution étalon d’analyte g·g
A
−1
ρ Concentration en masse de la solution d’étalonnage g·g
C
Concentration en masse d’élément ou d’isotope étalon interne par unité de masse de la
−1
ρ g·g
IS
solution étalon interne
−1
ρ Concentration en masse de la solution de traceur g·g
T
−1
ρ Concentration en masse d’analyte par unité de volume d’échantillon g·l
V
V Volume de l’échantillon l
Constante de biais de mesurage permettant d’appliquer une correction au biais d’intensité
α —
du signal entre le traceur et l’analyte
5 Principe
Le principe de mesure de l’analyse par ICP-MS est décrit dans l’ISO 17294-1 et l’ISO 17294-2.
La spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) s’est avérée satisfaisante pour mesurer
232 [8],[9]
la concentration de Th dans des échantillons d’eau .
Les résultats peuvent être convertis en activités volumiques en utilisant l’activité spécifique indiquée dans
le Tableau 1 comme facteur de conversion.
232 [10]
Tableau 1 — Période radioactive et activité spécifique du Th
Isotope Période radioactive Activité spécifique
−1
années Bq·g
232 9 3
Th 14,02 (7) 10 4,067 (17)·10
Le Tableau 2 donne un exemple de limite de détection pouvant être obtenue par ICP-MS pour une durée de
mesure classique de plusieurs minutes par échantillon, durée qui comprend le prélèvement de l’échantillon,
le temps d’analyse et le nettoyage avant passage à l’échantillon suivant.
[8],[9]
Tableau 2 — Exemples de limite de détection
Isotope Limite de détection Limite de détection
−1 −1
μg·l Bq·l
232 −3
Th 0,5 2,0 × 10
Plusieurs types d’interférences, présentées dans le Tableau 3, influent sur le mesurage des radionucléides
par ICP-MS.
Tableau 3 — Interférences influant sur le mesurage du Th par ICP-MS
Type d’interférence Description Interférents
Des isotopes stables ou radioactifs ont une masse similaire à celle de
Isobarique Aucune
l’analyte
231 1 197 35
Des isotopes stables ou radioactifs se combinent dans le plasma pour Pa H, Au Cl,
Polyatomique
192 40
former un ion polyatomique de masse similaire à celle de l’analyte Pt Ar
Des isotopes de masse m+1, m+2, m-1 et m-2 par rapport à l’analyte,
Sensibilité en abon-
6 231 233
d’abondance relativement élevée (>10 ) par rapport à l’analyte sont Pa, U
dance
présents
En fonction des interférences potentielles, la mesure du Th peut être effectuée soit directement, soit
après une séparation chimique. Cette séparation chimique permet d’éliminer des éléments susceptibles de
former des interférences polyatomiques et liées à la sensibilité en abondance. Il est important de s’assurer de
l’élimination de toute interférence potentielle avant le mesurage. S’il existe un nombre limité d’interférences
affectant le mesurage du Th par ICP-MS, les interférences polyatomiques et la sensibilité en abondance
doivent néanmoins être prises en compte.
Il est important de connaître le facteur de séparation des interférents atteignable par séparation chimique
et selon le spectromètre ICP-MS utilisé. Celui-ci peut être évalué au départ par la mesure de la concentration
des interférents à des concentrations croissantes, afin de surveiller les effets à m / z = 232, avant que la
séparation chimique ou instrumentale soit effectuée, après, ou les deux.
On peut effectuer une mesure directe par ICP-MS d’une aliquote d’un échantillon d’eau pour déterminer
sa composition en éléments stables. Il peut être nécessaire de diluer davantage les échantillons avec
des concentrations élevées dans la matrice (tels que l’eau de mer) avant le mesurage, selon le système
d’introduction de l’échantillon du spectromètre. Certains modèles proposent une dilution en ligne de
l’aérosol, ce qui permet d’analyser ces échantillons avec des concentrations élevées dans la matrice sans
dilution préalable.
Si les effets d’une interférence sur le résultat du Th ne peuvent être corrigés, le résultat ne peut alors pas
être considéré comme valide.
La séparation chimique peut être requise afin d’éliminer les interférences et préconcentrer le Th avant
la mesure. La série ISO 17294 prescrit l’utilisation d’un traceur pour évaluer le rendement de la séparation
chimique. Le traceur peut être mélangé avec une aliquote d’échantillon puis l’analyte chimiquement isolé.
229 230
Le Th et le Th sont des traceurs possibles, et peuvent être mesurés par spectrométrie alpha ou ICP-MS.
L’utilisation d’un traceur n’est pas nécessaire pour une mesure directe.
Afin de quantifier toute interférence potentielle qui serait due aux réactifs, un blanc est préparé de la même
manière que l’échantillon pour essai, et avec de l’eau ultrapure.
6 Prélèvement et conservation des échantillons
Le prélèvement, la manipulation et la conservation de l’eau doivent être effectués en suivant l’ISO 5667-1,
l’ISO 5667-3 et l’ISO 5667-10. Des recommandations relatives aux différents types d’eau sont données dans les
Références [11] à [18]. Il est important que l’échantillon reçu par le laboratoire soit réellement représentatif
et n’ait pas été endommagé ou modifié lors du transport et de la conservation.
L’échantillon est filtré au moyen d’un filtre de porosité 0,45 μm afin d’éliminer les matières en suspension.
On peut utiliser un filtre à plus petite taille de pores, toutefois la filtration peut prendre plus de temps et
devenir chronophage. Après filtration, l’échantillon doit être acidifié avec du HNO jusqu’à obtenir un pH < 2.
Il est primordial de réduire au minimum toute contamination ou perte. La présence d’impuretés dans les
réactifs et de poussière sur les équipements de laboratoire en contact avec les échantillons peut constituer
autant de sources potentielles de contamination des éléments stables, augmentant le bruit de fond à
m / z = 232. La désorption ou l’adsorption superficielle des récipients d’échantillons peuvent conduire soit à
des biais positifs ou négatifs lors de la détermination des éléments traces.
7 Réactifs chimiques et appareillage
7.1 Généralités
L’équipement et les réactifs chimiques utilisés pour le traitement chimique des échantillons sont décrits
dans l’Annexe A.
Utiliser uniquement des réactifs de qualité analytique reconnue.
7.2 Réactifs chimiques
7.2.1 Eau ultrapure, de résistivité supérieure à 18,2 MΩ·cm à 25 °C et dont le carbone organique total est
−1
inférieur à 1 µg∙l .
Sauf mention contraire, le terme «eau» désigne l’eau pour laboratoire.
−1
7.2.2 Blanc d’instrument, par exemple de l’acide nitrique 0,3 mol·l , est utilisé pour déterminer le taux
de comptage du bruit de fond de l’instrument à des rapports masse sur charge sélectionnés.
Le même réactif est également utilisé pour préparer les étalons de référence et les échantillons finaux en
vue du mesurage.
7.2.3 Solution étalon de Th, utilisée pour préparer des étalons de référence afin de calculer la
concentration dans l’échantillon.
7.2.4 Solution étalon interne, préparée avec un élément stable.
229 230
7.2.5 Solution de traceur, par exemple Th ou Th, pour déterminer le rendement chimique en cas
de séparation chimique. Elle est préparée en diluant un étalon dont la conformité aux étalons de mesure
nationaux ou internationaux peut être vérifiée.
229 230
Il convient d’ajouter le Th ou Th à l’échantillon pour essai au début de la procédure. Selon le
−1 −1
spectromètre utilisé, une activité appropriée peut être comprise entre 10 Bq∙g et 50 Bq∙g (soit entre
−1 −1
1,4 ng∙g et 6,8 ng∙g ).
7.2.6 Argon, pour le plasma du spectromètre ICP-MS, pur à au moins 99,99 %.
7.3 Appareillage
Appareillage courant de laboratoire et, en particulier, ce qui suit.
7.3.1 Spectromètre ICP-MS et logiciels correspondants, quadripolaire (pouvant ou non être
équipé d’une cellule de collision ou de réaction), en tandem, à secteur magnétique ou multicollecteur
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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