【研究成果】突破性化學分析技術 榮登國際期刊《Analytical Chemistry》

by Yang-Kuang Chao
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撰稿  /  陳宣豪 (科學推展中心特約編輯)


各儀器量測所需樣品量(μg-U: 微克的鈾)及量測時間

研究全球海洋環流、生物循環及其變化規律的海洋學,除了衛星、海流儀等量測方式,透過研究不同地點、不同時間於近海、深海等海洋環境的同位素示蹤劑(或同位素標記;Tracer) 比率,也是一種方式,常用示蹤劑則有氚、氦-3、碳-14、碘-129、銫-137。

鈾(U)有三種同位素,分別為鈾-238、鈾-235和鈾-234,其中鈾-235因為核分裂較容易引發連鎖反應,故而常被應用在核能發電及核彈製作,1950至1960之間,太平洋海域曾有核武試爆,中子撞擊鈾-235後產生自然界少見的鈾-236,多數像大氣落塵般沉降,少數則落入海域後隨著海洋環流從太平洋帶往全世界,不斷改變各海域的236U/238U比值;因此這個比值,成為全球與區域性的海洋循環研究最新、且最有潛力的工具。然而,要精準測量極小的236U/238U比值,不是一件容易的事。

跨系所與跨國合作之突破性分析技術

目前臺灣附近表層海水中的236U與238U的比值約為1 : 109,差別非常懸殊,想像一下,若238U的儀器訊號強度猶如臺灣南北縱長約400公里的距離之大,那236U的訊號則比指甲的厚度還要薄。天差地別的兩個同位素要同時精準測量,非常困難,況且巨大的238U訊號,有一小部分會散落各處,干擾甚至淹沒236U的訊號。在過去,236U /238U的測量,需要使用稀有且昂貴的加速質譜儀(AMS)分析,冗長分析的時間、高成本的經費、以及大量樣品量的需要,限制了此領域的發展。

為了讓236U /238U分析技術普及,由臺灣大學海洋所林卉婷助理教授主導,和臺灣大學地質系沈川洲講座教授、姜宏偉、余采倫博士後研究員及國際學者,共同建立突破性分析方法,利用地球化學、海洋化學機構普遍擁有,且分析成本較低的多接受器耦合電漿質譜儀 (MC-ICPMS),搭配二次電子增幅器(SEM)發展新式測量技術,其所需樣品量是目前全球同等級測量中最少,僅需飛克(10-15 g)的鈾-236,就能準確測量到236U /238U豐度比值。

團隊測量國際標準品IRMM-075系列與取自瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH)的參考樣品ZUTRI重複測定236U/238U比值,結果顯示建立的新方法在測量1×10−9到1×10−7區間的236U/238U比值與世界公認值一致,確認新方法的測量準確度與可信度。

海洋樣品分析及應用

此突破性技術MC-ICPMS目前已被刊登在分析化學界極具份量國際期刊《Analytical Chemistry》,團隊目前正利用MC-ICPMS新方法測量西太平洋海水,還有台灣南部與日本海珊瑚的236U/238U值,以建立太平洋與印度洋的海洋循環、瞭解人類活動製造出的核種在海洋中的擴散、以及監測核料安全性等應用。

 


參考文獻

[1] Lin et al. (2021) 236U_238U Analysis of Femtograms of 236U by MC-ICPMS
[2] 林卉婷助理教授研究團隊突破性新技術榮登分析化學重量級期刊Analytical Chemistry
http://www.oc.ntu.edu.tw/?p=21721

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