ESTUDIO DE LOS PARÁMETROS ANALÍTICOS DE LA DETERMINACIÓN DE ISÓTOPOS DE URANIO Y TORIO POR ESPECTROMETRÍA DE MASAS para la validación retrospectiva del método en el marco de la norma ISO/IEC 17025 Voy a presentar el trabajo realizado en el Servicio de Dosimetría de Radiaciones de CIEMAT para el estudio de los parámetros analíticos de la determinación de isótopos de U y Th por ICP-MS en muestras de orina para la validación del método. R. Martín1, A. I. Barrado1, A. Yllera1, I. Sierra1, C. Hernández1, M. Fernández2 1 Servicio de Dosimetría de Radiaciones. Dpto. de Medio Ambiente CIEMAT 2 Unidad NRBQ. Subdir. General de Seguridad y Mejora de las Instalaciones. CIEMAT r.martin@ciemat.es

Resultados y discusión ÍNDICE Introducción Motivación Materiales y Métodos Técnica de medida Método de medida Plan de Validación Resultados y discusión Linealidad Selectividad del método Límite de detección Exactitud y precisión Resultados de participación en intercomparaciones Conclusiones El orden que voy a seguir en la presentación es el que se muestra en pantalla.

INTRODUCCIÓN Servicio de Dosimetría de Radiaciones de CIEMAT (SDR) Acreditación ENAC UNE-EN ISO/IEC 17025 * desde año 2012 (nº Expte. 144/LE1836) INTRODUCCIÓN Servicio de Dosimetría de Radiaciones de CIEMAT (SDR) Servicio de Dosimetría Personal Interna Dosis por incorp. de radionucleidos Técnicas in vitro (Bioeliminación) Técnicas in vivo (CRC) Servicio de Dosimetría Personal Externa Dosis Equivalente Personal, Hp(d) Dosis Equivalente Ambiental H*(10) Laboratorio de Espectrometría de Masas (ICP) Determinación de actínidos en muestras de orina Objetivo: Ampliación de alcance de acreditación El Servicio de Dosimetría de Radiaciones de CIEMAT está formado por el Servicio de Dosimetría Personal Interna y el Servicio de Dosimetría Personal externa. Está acreditado por ENAC desde el año 2012 por la norma ISO 17025 para la medida de dosis de radiación en base a los ensayos que se muestran en la pantalla. Posteriormente a la acreditación, se ha incorporado al Servicio de Dosimetría Personal Interna el laboratorio de Espectrometría de Masas, que entre otros ensayos, realiza la determinación de actínidos en orina. Este laboratorio, que está autorizado por el CSN, trabaja bajo el sistema de calidad implantado en el Servicio de Dosimetría y está trabajando para conseguir su acreditación. La validación del método es uno de los requisitos incluidos en la norma, de obligado cumplimiento para la acreditación. El trabajo que se presenta es el resultado de la validación retrospectiva del método de ensayo VALIDACIÓN (Apartado 7.2.2 de ISO/IEC 17025) Confirmación, a través del examen y aporte de evidencias objetivas, de que se cumplen los requisitos para un uso específico previsto Validación retrospectiva: evidencia documentada de la idoneidad del método basándose en la evaluaciones de los datos históricos existentes *UNE-EN ISO/IEC 17025: Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración

MATERIAL Y MÉTODOS Capacidad de identificación 1.-SISTEMA DE MEDIDA (ICP-SFMS) Inductively Coupled Plasma Sector Field Mass Spectrometry Capacidad de identificación Capacidad de cuantificación Elevada sensibilidad Material y métodos El sistema de medida empleado es un espectrómetro de masas con fuente de plasma Element XR de alta resolución y sector magnético de doble enfoque. Se caracteriza por su alta capacidad de identificación y cuantificación y su elevada sensibilidad. Técnica instrumental universal y especifica, altamente sensible y que permite la identificación inequívoca de una sustancia. • Capacidad de identificación • Capacidad de cuantificación • Elevada sensibilidad Se basa en la separación de las especies cargadas formadas a partir de la ionización de una muestra gaseosa, líquida o sólida, de acuerdo a sus relaciones masa/carga, generando una señal que se detecta y mide, dando las abundancias relativas de las especies iónicas presentes. La causa por la que se trabaja con iones y no con átomos o moléculas neutras, es porque el comportamiento de los iones con relación a su masa es fácilmente influenciable por la acción de campos magnéticos y/o eléctricos. Configuración experimental del espectrómetro de masas de sector magnético y doble enfoque (ICP-SFMS, Element-XR) con rango dinámico extendido hasta ~1012. En la figura se muestran el sistema de introducción de la solución, fuente de iones, interfaz, óptica de iones, los analizadores magnético y electrostático combinados en geometría Nier-Johnson inversa y el sistema monocolector de detección Espectrómetro de masas: ELEMENT XR (Thermo Fisher Scientific, Bremen, Alemania) de alta resolución y sector magnético de doble enfoque

MATERIAL Y MÉTODOS Secuencia de trabajo: Patrón interno: 115In Verificación equipo Calibración en masas Calibración patrones certificados Muestras: intensidad pico (cps) Recta de calibrado: Concentración Patrón interno: 115In MATERIAL Y MÉTODOS 2.- MÉTODO DE ENSAYO Orina HNO3 4 % Análisis U y Th 235U, 238U, 230Th, 232Th Dilución 1:20 HNO3 2-5 % Concentración (µg/L) Actividad Excretada, M (mBq/L ó mBq/día) Espectro U/Th de 1 ppb El método de ensayo consiste en el análisis directo de una alícuota de orina, previa dilución 1:20 con ácido nítrico, para obtener la concentración o actividad excretada de los isótopos de interés. A partir de aquí, el Servicio de Dosimetría Personal Interna calcularía la actividad retenida y la dosis efectiva comprometida correspondiente. La secuencia de trabajo consiste en la verificación del equipo, calibración en masas, calibración con patrones certificados y la medida de la muestra. La intensidad de pico se transforma en concentración mediante la recta de calibrado. Se utiliza In-115 como patrón interno. Concentración (µg/L) Actividad Excretada, M (mBq/L ó mBq/día) Actividad incorporada, I (Bq) (Modelos biocinéticos) Dosis efectiva, E (mSv)

MATERIAL Y MÉTODOS 3.- METODOLOGÍA DE VALIDACIÓN - Calibración del equipo con patrones certificados o materiales de referencia - Estudio de parámetros analíticos Linealidad, rango, selectividad, robustez, LD y LC, Exactitud, precisión - Comparación de resultados con los obtenidos con otros métodos - Participación en ejercicios de intercomparación El plan propuesto para la validación del método consiste en la combinación de varias metodologías: Calibración del equipo con patrones de referencia. Estudio de los parámetros analíticos (linealidad, límite de detección, exactitud y precisión, etc.); comparación de resultados con los obtenidos con otros métodos y participación en ejercicios de intercomparación. Los criterios de aceptación se describen en normativa internacional, en este caso en la norma ISO28218. Criterios de aceptación ISO 28218(E):(2010) Radiation Protection – Performance criteria for radiobioassay

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 1.- CALIBRACIÓN PATRONES CERTIFICADOS LINEALIDAD: Capacidad de un método de producir resultados que sean proporcionales a la concentración de analito en la muestra. Calibración con 5-8 patrones de referencia certificados 238U, 230Th, 232Th: 0 – 1 ppb 235U: 0 – 7 ppt Resultados y discusión Se ha llevado a cabo la calibración con patrones certificados para el estudio de la linealidad. Se ha comprobado que esta se mantiene a lo largo de varios órdenes de magnitud de concentración, con un adecuado coeficiente de correlación. Generalmente se va a trabajar en la parte baja de la curva y el resto se mantiene para ejercicios de intercomparación o posibles casos de emergencia. Se ha comprobado una fuerte dependencia de los parámetros de calibrado (pendiente y ordenada en el origen) de los condiciones instrumentales, por lo que se hace necesario una calibración en cada sesión de medida. Linealidad: varios órdenes de magnitud (r2 >0.9999) Dependencia de condiciones instrumentales: calibración en cada sesión de medida

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Masa 238U 238,05079 235U 235,04939 232Th 232,03805 230Th 230,03313 198Hg40Ar 237,92914 195Pt40Ar 234,92717 192Pt40Ar 231,92343 190Os40Ar 229,92084 198Pt40Ar 237,93026 197Au38Ar 234,92929 192Os40Ar 231,92387 190Pt40Ar 229,92232 200Hg38Ar 237,93105 199Hg36Ar 234,93582 194Pt38Ar 231,92541 192Os38Ar 229,922422 202Hg36Ar 237,93818 196Pt36Ar 231,9325 194Pt36Ar 229,93023 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 2.-SELECTIVIDAD Extensión en la que un método puede utilizarse para determinar analitos particulares en mezclas o matrices sin interferencias de otros componentes con un comportamiento similar Efecto matriz: Dilución de la muestra 1:20 HNO3 4% Patrón interno Interferencias isobáricas (en las masas de interés) LD ( 𝒙 +3*S0) LC ( 𝒙 +10*S0) ISO 28218(*) LD (µg/L) Por ICP-MS µg/L mBq/L 235U 1,6 10-5 1,3 10-3 5,1 10-5 4,1 10-3 5 10-2 238U 9,7 10-4 1,2 10-2 3,0 10-3 3,7 10-2 230Th 6,0 10-4 4.6 102 2,0 10-3 1,5 103 1 10-1 232Th 3,1 10-4 1,0 10-3 4.1 10-3 En cuanto a la selectividad, se ha considerado el efecto matriz de la orina, que se reduce o elimina con el proceso de dilución de la muestra 1:20 y con el uso del patrón interno. Se han considerado también las posibles interferencias isobáricas en el entorno de las masas de interés, que son las que aparecen en la tabla. Estas son de rara presencia en la muestra de orina pero en caso de que se pudieran presentar se podría eliminar ajustando la resolución del equipo. Se ha estudiado el límite de detección con el análisis de 20 muestras de orina blanco. Los límites de detección, expresados como el valor medio de las medidas más tres veces su desviación estándar, y los límites de cuantificación expresado como el valor medio de las medidas más tres veces su desviación estándar son inferiores a los requeridos por la norma ISO 28218 para la técnica ICP-MS 3.-LÍMITE DE DETECCIÓN Y CUANTIFICACIÓN LD: Menor concentración de analito que puede ser confiablemente distinguida del blanco Medida >10 muestras de orina BLANCO (*)MTL for in vitro radiobioassay performance testing ISO 28218:2010(E) Radiation Protection- Performance criteria for radiobioassay

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Criterios aceptación (ISO 28218(E):2010) Exactitud: -25% < %Br < + 50% Precisión: SBr ≤ 40% 𝑩 𝒓 = 𝒊=𝟏 𝒏 𝑨 𝒊 − 𝑨 𝒂𝒊 / 𝑨 𝒂𝒊 𝒏 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Nivel laboratorio: -15% < %Br < + 25% SBr ≤ 20% 4.-EXACTITUD Y PRECISIÓN Condiciones de reproducibilidad: Análisis patrones de verificación 5 años 235U 10 < n < 127 7 10-6 < [µg/L] < 7 10-3 1 - 5 102 *LD -7,90 < Br < -0,30 2,60 < SBr < 14,50 230Th 4 < n < 91 5 10-4 < [µg/L] < 2,5 10-1 1 – 2.5 103 *LD -2,09 < Br < 2,40 5,28 < SBr < 11,25 Se ha llevado a cabo el estudio de la exactitud como grado de concordancia entre el resultado de una medición y el valor verdadero del mesurando y de la precisión, como grado de concordancia entre los resultados de medidas del mismo mesurando. La precisión se ha estudiado en condiciones de repetibilidad y reproducibilidad. Exactitud y precisión. Condiciones de reproducibilidad. Se ha llevado a cabo mediante el estudio de los resultados del análisis de patrones de verificación en el intervalo de tiempo de 5 años. Los criterios de aceptación establecidos por la norma ISO28218 son de entre -25 y +50 % para la exactitud y menor del 40% para la precisión. El laboratorio ha establecido unos criterios más restrictivos de entre -15 y +25 % para la exactitud y <20% para la precisión. Se ha llevado a cabo el estudio en 8-10 niveles de concentración para cada isótopo de interés, en concentraciones entre el LD y 500-5000 veces el LD, y se han considerado más de 90 medidas en cada caso. En todos los casos se obtienen parámetros de exactitud y precisión dentro de los criterios de aceptación establecidos por el laboratorio. Exactitud: Grado de concordancia entre el resultado de una medición y el valor verdadero del mesurando. Bias relativo: Precisión: Grado de concordancia entre los resultados de mediciones del mismo mesurando, bajo condiciones específicas Dispersión relativa (SBr) de los valores de Bri (Bias relativo asociado a cada medida) con respecto a su media Br - Reproducibilidad: diferentes condiciones de medida (distintos días, diferente operador, etc.). - Repetibilidad: mismas condiciones de medida (mismo procedimiento, mismo objeto, mismo operador, en intervalos cortos de tiempo, con mismo equipamiento instrumental, etc.) 238U 10 < n < 141 5 10-4 < [µg/L] < 2,5 10-1 1 – 103 *LD -6,18 < Br < 6,20 1,06 < SBr < 6,89 232Th 5 < n < 92 5 10-4 < [µg/L] < 2,5 10-1 1 – 4,7 103 *LD -5,82 < Br < 1,85 3,53 < SBr < 14,88

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Criterios aceptación (ISO 28218(E):2010) Exactitud: -25% < %Br < + 50% Precisión: SBr ≤ 40% 𝑩 𝒓 = 𝒊=𝟏 𝒏 𝑨 𝒊 − 𝑨 𝒂𝒊 / 𝑨 𝒂𝒊 𝒏 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Nivel laboratorio: -15% < %Br < + 25% SBr ≤ 20% 4.-EXACTITUD Y PRECISIÓN Condiciones de repetibilidad: Mismo patrón. Medidas n veces durante 2 días 235U 5 < n < 10 7 10-6 < [µg/L] < 7 10-3 1 - 5 102 *LD -14,50 < Br < - 4,00 1,82 < SBr < 12,81 230Th 5 < n < 10 5 10-4 < [µg/L] < 2,5 10-1 1 – 2.5 103 *LD -3,84 < Br < 8,57 1,90 < SBr < 10,96 Ocurre lo mismo en condiciones de repetibilidad en las que se han medido un mismo patrón entre 5 y 10 veces, en los mismos rangos de concentración que antes, durante dos días. Los criterios de aceptación son los mismos que se refirieron antes. En todos los niveles de concentración y para todos los isotopos d interés se obtienen resultados de exactitud y precisión dentro de los criterios de aceptación. 238U 8 < n < 10 5 10-4 < [µg/L] < 2,5 10-1 1 – 103 *LD -7,29 < Br < 6,20 1,70 < SBr < 9,02 232Th 4 < n < 10 5 10-4 < [µg/L] < 2,5 10-1 1 – 4,7 103 *LD -8,10 < Br < 9 3,10 < SBr < 14,90

No hay diferencias significativas Contraste de hipótesis: Variación de dos medias muestrales tα (α = 0,1 %) H0: 𝑥 1 = 𝑥 2 H1: 𝑥 1 ≠ 𝑥 2 Aceptación si: 𝒙 𝟏 - 𝒙 𝟐 < δ2 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.-EXACTITUD Y PRECISIÓN Variabilidad entre analistas Conc. nominal 235U (ng/L) Valor obtenido x1-x2 (δ2) 0,0360 A1 n 17 0,0028 0,0039 x1 0,0372 s1 0,0025 A2 13 x2 0,0345 s2 0,0036 0,0720 43 -0,0042 0,0070 0,0686 0,0068 27 0,0728 0,1800 29 -0,0107 0,0140 0,1742 0,0149 23 0,1849 0,0152 0,3600 48 -0,0102 0,0280 0,3499 0,0261 15 0,3602 0,0363 Conc. nominal 238U (µg/L) Valor obtenido x1-x2 (δ2) 0,0050 A1 n 17 0,00010 0,00340 x1 0,0052 s1 0,0036 A2 14 x2 0,0051 s2 0,0004 0,0100 43 -0,00054 0,00060 0,0095 0,0008 25 0,0101 0,0007 0,02500 -0,00162 0,00183 0,0245 0,0017 23 0,0261 0,0021 0,0500 48 -0,00234 0,00392 0,0483 0,0034 15 0,0507 0,0056 Conc. nominal 230Th (µg/L) Valor obtenido x1-x2 (δ2) 0,0100 A1 n 14 -0,0004 0,0008 x1 0,0101 s1 A2 77 x2 0,0104 s2 0,0009 0,0500 16 0,0001 0,0032 0,0503 0,0040 71 0,0502 0,0034 0,5000 11 0,0283 0,0508 0,5073 0,0253 7 0,4790 0,0291 1,0000 3 -0,0721 0,1370 0,9708 0,0210 10 1,0429 0,0530 Conc. nominal 232Th (µg/L) Valor obtenido x1-x2 (δ2) 0,0100 A1 n 14 -0,0001 0,0008 x1 0,0098 s1 0,0006 A2 77 x2 s2 0,0009 0,0500 15 0,0020 0,0053 0,0504 0,0024 70 0,0484 0,0062 0,5000 11 -0,0011 0,0411 0,4871 0,0190 5 0,4882 0,0183 1,0000 3 -0,0263 0,1086 0,9713 0,0205 10 0,9976 0,0416 No hay diferencias significativas Se ha estudiado la variabilidad de resultados entre los dos analistas del laboratorio mediante un contraste de hipótesis de la varianza de dos medias muestrales. Para un 99.9% de nivel de confianza se comprueba que no hay diferencias significativas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Año Isótopo Ref Valor obtenido (µg/muestra) Valor referencia Br (%) Z-score 𝒙 𝝈 (k=2) 𝑿 𝝈 (K=2) 2010 238U A 1,77E+01 1,61E+00 1,68E+01 * 5 B 1,62E+00 1,28E-01 1,67E+00 -3 2012 235U 1,03E-01 6,01E-04 1,00E-01 3 2,00E-02 1,81E-04 1,42E+01 7,13E-02 1,41E+01 1 2,81E+00 1,67E-02 2,86E+00 -2 2013 1,06E-01 8,99E-04 6 0,2 2,13E-02 4,48E-04 1,7 1,50E+01 1,12E-01 1,47E+01 2 0,7 2,95E+00 2,11E-02 2,98E+00 -1 -0,4 2014(1) 1,49E-01 3,95E-03 1,38E-01 8,00E-03 8 0,6 2,05E+01 5,29E-01 1,93E+01 1,10E+00 2,68E-02 1,42E-03 2,55E-02 1,50E-03 0,3 3,63E+00 1,86E-01 3,33E+00 1,90E-01 9 2015(1) 8,71E-02 2,80E-03 9,27E-02 5,30E-03 -6 -1,2 1,21E+01 3,68E-01 1,29E+01 1,00E+00 -0,9 1,73E-02 1,39E-03 1,82E-02 1,00E-03 -5 -0,6 2,41E+00 2,58E+00 2,00E-01 -7 -1,3 2016(1) 1,30E-01 3,09E-03 1,39E-01 -1,1 1,84E+01 3,38E-01 9,00E-01 -1,0 1,65E-02 6,41E-04 1,90E-02 1,10E-03 -13 -0,8 2,28E+00 5,69E-02 2,54E+00 1,20E-01 -10 2017(1) 9,79E-02 3,35E-03 9,30E-02 0,4 1,35E+01 4,24E-01 6,70E-01 2,19E-02 1,59E-03 1,81E-03 0,8 1,60E-01 2,84E+00 1,16E-01 4 (mBq/mL) 2014** 232Th 2,32E-03 0,10E-03 2,04E-03 13,8 - 2,25E-03 0,09E-03 2,00E-03 12,5 230Th 3,89E+02 9,10E+00 3,90E+02 C <LD 1,50 E 122,6 4,4 118,6 3,4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.-PARTICIPACIÓN EN EJERCICIOS DE INTERCOMPARACIÓN PROCORAD: Uranio (masa) en orina Ensayo test ciego medida Torio** - Criterio aceptación laboratorio: -15% < %Br < + 25% Bri = ( 𝒙 − 𝑿 )/ 𝑿 - Z score Z< 2 Aceptable 2 < Z < 3 Cuestionable 𝒁𝒔𝒄𝒐𝒓𝒆= 𝒙 − 𝑿 𝝈 𝒅 Z > 3 Rechazable Desde el año 2010 el laboratorio ICP-MS viene participando con periodicidad anual en ejercicios de intercomparación de PROCORAD para la medida de Uranio (por masa) en muestras de orina. Se incluye también resultados de un ensayo de test ciego para medida de Th. En todos los casos se obtienen resultados de exactitud dentro de los límites de aceptación y el parámetro Z-score muestra resultados aceptables en todos los casos. También participa en el ejercicio de PROCORAD para la determinación de actínidos excepto U (para la medida de Th) y en los cuatro ejercicios que ha participado ha informado resultados <LD para los isotopos de Th, coherente puesto que el organizador no había añadido Th en las muestras a analizar. En cuanto a la comparación con otros métodos Se han comparado los resultados de los ejercicios de intercomparación para la determinación de U con los obtenidos en el mismo ejercicio por el laboratorio de Bioeliminación del CIEMAT, no encontrándose diferencias significativas. 6.- COMPARACIÓN CON OTROS MÉTODOS * No informado por el organizador (1) 230Th y 232Th informado <LD; no presentes en la muestra Comparación resultados participación en PROCORAD con resultados Unat por KPA en laboratorio Bioeliminación del DPI - CIEMAT: No hay diferencias significativas

CONCLUSIONES Se ha comprobado que el método y los parámetros evaluados cumplen los criterios de aceptación establecidos. Se dispone de evidencias documentadas que demuestran la validez del método y su adecuación al uso previsto. Como conclusiones Se ha comprobado que el método y los parámetros evaluados cumplen con los criterios de aceptación establecidos. Se dispone de evidencias documentadas para demostrar la validez del método y su adecuación al uso previsto   Pendiente de estimación de incertidumbres para completar el plan de validación propuesto.

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