Toxicological Profile for Plutonium

PLUTONIUM
 
196 
7.  ANALYTICAL METHODS 
and purification in conjunction with a quantitative measurement technique (e.g., alpha spectrometry, 
liquid scintillation, or mass spectrometry). 
7.1   BIOLOGICAL MATERIALS 
Methods for the determination of plutonium in biological materials are summarized in Table 7-1.  The 
procedures that have been developed for the determination of small quantities of plutonium in biological 
samples, as well as in environmental samples, include the following steps: 
•  
Release of plutonium from the sample's matrix into solution and the addition of plutonium 
tracers; 
•  
Concentration by precipitation with a nonisotopic carrier (e.g., lanthanum or neodymium) or by 
solvent extraction; 
•  
Purification by precipitation, liquid extraction, or ion exchange chromatography; and  
•  
Determination of the plutonium content of the sample by alpha spectroscopy or other techniques. 
Two common methods for releasing plutonium from the sample's matrix into solution are acid extraction 
and acid dissolution.  Samples are wet- or dry-ashed prior to solubilization.  Leaching the sample with a 
mixture of acids (e.g., nitric acid and hydrochloric acid) has the advantage of easily handling large sample 
volumes, but with the potential disadvantage of leaving plutonium compounds in the residue.  The acid 
dissolution procedure includes the addition of excess hydrofluoric acid (HF) to the above mixture of acids 
and results in dissolution of much, if not all, of the sample matrix.  Refractory plutonium compounds 
(e.g., PuO
2
) are more likely to be dissolved upon addition of HF.  However, dissolution of interfering 
elements, such as iron, phosphorous, and other rare earths (e.g., alpha-particle emitters) is also increased 
in acid dissolution.  
A third example of a dissolution method is fusion, which is used primarily for decomposition of 
geological and solid environmental media and is suitable for large samples (several grams) (Wolf 2006). 
Fusion decomposition is performed by heating a sample with a flux reagent at atmospheric pressure in a 
graphite, zirconium, or platinum crucible.  Common fluxes include hydroxides, peroxides, carbonates, 
bisulfates, hydrosulfates, pyrosulfates, tetraborates, and metaborates.  Fusion with sodium hydroxide and 
sodium peroxide (NaOH-Na
2
O
2
) is an effective method for decomposition of silica-containing matrices. 
A disadvantage of fusion decomposition is that use of a large amount of flux material results in a solution 

---

PLUTONIUM 
197 
7.  ANALYTICAL METHODS 
Table 7-1.  Analytical Methods for Determining Plutonium in Biological Materials 
Sample matrix  Preparation method 
Analytical 
method 
Sample 
detection limit 
Percent 
recovery  Reference 
Tissue 
Wet ashed with HNO
3
/H
2
O
2
, 
separation by anion 
exchange, 
ICP-MS 
1 fg/mL 
No data  Yamamoto 
et al. 2008a 
Urine 
Samples were spiked with a 
known amount of plutonium 
and digested with nitric 
acid/hydrogen peroxide 
Non-digested (raw) samples 
were also analyzed 
ICP-MS 
0.18 pg/L 
(digested 
samples after 
preconcentration) 
1.9 pg/L (raw 
samples) 
70–100% 
(raw 
samples) 
Epov et al. 
2005 
Tissue 
Wet ashed with 
HNO
3
/H
2
SO
4
; collected on 
Fe(OH)
2
; separation by ion 
exchange and 
electrodeposition or 
microprecipitation 
α spectro
­
metry 
0.0007 Bq 
(400 minutes) 
No data  DOE 1997 
Pu-04-RC 
Tissue 
Wet ashed with HNO
3
/HF; 
separation by solvent 
extraction; electrodeposition 
onto platinum disc 
solid state α 
spectrometry 
0.65 Bq 
(400 minutes) 
No data  DOE 1997 
Pu-05-RC 
Urine 
Wet ashing with 
H
2
O
2
/HNO
3
/HCl/HF/H
2
SO
4
; 
separation by anion 
exchange chromatography; 
electrodeposition onto 
platinum disc 
solid state α 
spectrometry 
0.60 Bq 
(400 minutes) 
No data  DOE 1997 
Pu-06-RC 
Urine 
Wet ashed with 
HNO
3
/H
2
O
2
/HCl; purified by 
ion exchange 
chromatography 
α spectro
­
metry 
No data 
No data  DOE 1997 
Pu-07-RC; 
Pu-11-RC 
Tissue 
Ashed at 400 ºC; dissolved 
in HNO
3
/HCl; filtered; 
decomposed with HF; 
purified by ion exchange 
chromatography 
α spectro
­
metry 
No data 
No data  DOE 1997 
Pu-08-RC; 
Pu-11-RC 
Tissue 
Digested with HNO
3
/H
2
SO
4
; 
coprecipitation of plutonium 
with Fe(OH)
3
; purified by ion 
exchange chromatography 
α spectro
­
metry 
No data 
No data  DOE 1997 
Pu-09-RC; 
Pu-11-RC 
Tissue 
Ashing; electrodeposition 
α spectro
­
metry 
No data 
No data  USTUR 
Method 600 
Biological soft 
tissues 
Wet ash; filter; extract; 
electrodeposition on 
platinum disk 
α spectro
­
metry 
No data 
No data  Singh and 
Wrenn 1988 
Urine 
Evaporate; wet ash; filter; 
extract; electrodeposit on 
platinum disk 
α spectro
­
metry 
No data 
No data  Singh and 
Wrenn 1988 

---