Development of a Rapid and Safe Analytical Method for Radiostrontium using a Barium Silicate-based Sr Sorbent

पानी में अदृश्य भूत

समुद्र की कल्पना एक विशाल, हलचल भरे शहर के रूप में करें जहाँ खरबों सूक्ष्म कण लगातार तैर रहे हैं, नाच रहे हैं और एक-दूसरे से टकरा रहे हैं। इनमें से अधिकांश कण हानिरहित होते हैं, जैसे नमक या रेत। लेकिन कभी-कभी, खतरनाक "भूत" इसमें घुस आते हैं—रेडियोधर्मी परमाणु जिन्हें हम देख, सूंघ या चख नहीं सकते, लेकिन जो हमारे शरीर के अंदर जाने पर जीवित चीजों को नुकसान पहुँचा सकते हैं। इनमें से सबसे कुख्यात भूतों में से एक है रेडियोस्ट्रोंटियम (radiostrontium)। यह एक चालाक घुसपैठिया है क्योंकि, एक बार शरीर में प्रवेश करने के बाद, इसे हमारी हड्डियों में छिपना बहुत पसंद है, ठीक वैसे ही जैसे कोई अवैध कब्जा करने वाला व्यक्ति जो घर छोड़ने से इनकार कर देता है। यदि यह वहाँ बहुत लंबे समय तक रहता है, तो यह गंभीर स्वास्थ्य समस्याएं पैदा कर सकता है।

इन भूतों का पता लगाना एक ऐसी सुई को खोजने जैसा है जो घास के ढेर में छिपी हो और वह ढेर भी लगातार हिल रहा हो। वैज्ञानिकों को रेडियोधर्मी सुई को लाखों हानिरहित घास के कणों (जैसे कैल्शियम और नमक) से अलग करना पड़ता है ताकि वे इसे गिन सकें। पारंपरिक रूप से, यह प्रक्रिया एक उच्च-दांव वाले, धीमी गति के रसायन विज्ञान के जादू के शो की तरह रही है: इसमें हफ्तों लग जाते हैं, इसके लिए खतरनाक रसायनों की आवश्यकता होती है, और इसे अंजाम देने के लिए एक जादूगर स्तर के विशेषज्ञ की जरूरत होती है। लेकिन क्या हम इन भूतों को जल्दी पकड़ने का एक सरल, सुरक्षित तरीका खोज सकते हैं? यही वह बड़ा सवाल है जिसे यह शोध पत्र संबोधित करता है। यह पूछता है: क्या हम रेडियोस्ट्रोंटियम को पानी से तेजी से पकड़ने के लिए एक बेहतर "जाल" बना सकते हैं, बिना किसी जहरीले जादुई घोल के उपयोग के?

शोध पत्र की कहानी: एक नए प्रकार का स्पंज

इस अध्ययन में, जापान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक विशेष पाउडर जिसे बेरियम सिलिकेट (barium silicate) कहा जाता है, से बने एक नए प्रकार के "जाल" का परीक्षण करने का निर्णय लिया। इस पाउडर को एक रासायनिक पदार्थ के रूप में नहीं, बल्कि एक सूक्ष्म स्पंज के रूप में सोचें जिसका एक बहुत विशिष्ट स्वाद है: यह केवल स्ट्रोंटियम को खाना चाहता है। शोधकर्ता, हारुका मिनोवा और योशिमुने ओगाटा के नेतृत्व में, यह देखना चाहते थे कि क्या यह स्पंज रेडियोधर्मी स्ट्रोंटियम को पानी से जल्दी और सुरक्षित रूप से पकड़ सकता है, जबकि बाकी सब कुछ पीछे छोड़ दे।

उन्होंने इस सफेद पाउडर को, जिसे वे P-MAq कहते हैं, कृत्रिम समुद्री जल में मिलाना शुरू किया जिसमें थोड़ा सा रेडियोधर्मी स्ट्रोंटियम मिलाया गया था। कल्पना कीजिए कि आप इन जादुई स्पंजों की एक मुट्ठी इन पानी की बाल्टी में डाल रहे हैं और उसे अच्छी तरह हिला रहे हैं। टीम ने बारीकी से देखा कि स्पंज कितनी तेजी से स्ट्रोंटियम को पकड़ते हैं। उन्होंने पाया कि केवल चार घंटे तक हिलाने के बाद, स्पंजों ने लगभग 90% स्ट्रोंटियम को पकड़ लिया था। यह एक अच्छी पकड़ है!

लेकिन समुद्र केवल पानी नहीं है; यह अन्य चीजों से भी भरा है, जैसे कैल्शियम और नमक। शोधकर्ताओं को डर था कि स्पंज भ्रमित होकर गलत चीजों को न पकड़ ले। उन्होंने विभिन्न मात्रा में कैल्शियम (हमारे घास के ढेर में "घास") वाले पानी में स्पंज का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि हालांकि कैल्शियम स्पंज को थोड़ा कम कुशल बनाता है, फिर भी स्पंज इतना अच्छा काम करता है कि वह उपयोगी बना रहे। उन्होंने सल्फेट (समुद्री जल में पाया जाने वाला एक प्रकार का नमक) का भी परीक्षण किया और पाया कि यह वास्तव में दिलचस्प है: स्पंज तब और भी बेहतर काम करता है जब सल्फेट मौजूद होता है। ऐसा लगता है कि स्ट्रोंटियम, सल्फेट के साथ मिलकर एक छोटा, ठोस गुच्छा बनाता है जो सीधे स्पंज की सतह पर चिपक जाता है, जिससे इसे पकड़ना आसान हो जाता है।

टीम ने फिर पूछा, "हमें इस स्पंज की कितनी आवश्यकता है?" उन्होंने एक चुटकी से लेकर एक बड़े स्कूप तक, विभिन्न मात्राओं का उपयोग करके परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि यदि आप प्रत्येक 100 मिलीलीटर पानी के लिए इस पाउडर के 130 मिलीग्राम का उपयोग करते हैं, तो आपको एक शानदार परिणाम मिलता है। यदि आप इससे भी अधिक, जैसे 150 मिलीग्राम, का उपयोग करते हैं, तो स्पंज लगभग वह सब कुछ पकड़ लेता है जो वह पकड़ सकता है।

एक बार जब स्पंज स्ट्रोंटियम को पकड़ लेता है, तो अगला कदम इसे पानी से अलग करना और यह गिनना है कि वहां कितनी रेडियोधर्मिता है। शोध पत्र तीन अलग-अलग तरीके सुझाता है, जो इस पर निर्भर करता है कि आपके पास प्रयोगशाला में कौन से उपकरण हैं:

1. गैस-फ्लो विधि (The Gas-Flow Method): आप स्पंज को एक कागज पर फिल्टर करते हैं और एक विशेष गैस काउंटर के साथ विकिरण को गिनते हैं। यह सरल और सस्ता है लेकिन इसके लिए पानी का छोटा नमूना (50 मिलीलीटर) चाहिए।
2. प्लास्टिक बोतल विधि (The Plastic Bottle Method): आप स्पंज को एक बोतल में दो प्लास्टिक डिटेक्टरों के बीच रखते हैं। यह एक मध्यम विकल्प है जिससे गंदा तरल कचरा पैदा नहीं होता।
3. लिक्विड स्किंटिलेटर विधि (The Liquid Scintillator Method): यह सबसे शक्तिशाली हथियार है। आप स्पंज को सीधे एक विशेष चमकते हुए तरल (कॉक्टेल) में मिलाते हैं और विकिरण को गिनते हैं। यह विधि सबसे संवेदनशील है, जो रेडियोधर्मिता के सूक्ष्मतम अंशों को भी पकड़ सकती है, लेकिन इससे कुछ तरल कचरा पैदा होता है।

उनकी खोज का सबसे रोमांचक हिस्सा यह है कि यह पूरी प्रक्रिया कितनी तेज़ और सुरक्षित है। पूरी प्रक्रिया—स्पंज डालने से लेकर परिणाम प्राप्त करने तक—लगभग छह घंटे लेती है। उन पुराने तरीकों की तुलना करें, जिनमें दो से तीन सप्ताह लग सकते हैं! इसके अलावा, इस नई विधि में उन खतरनाक, हानिकारक रसायनों का उपयोग नहीं होता है जिनकी पुराने तरीकों में आवश्यकता होती है। यह एक खतरनाक, बदबूदार रासायनिक बम को एक कोमल, पुन: प्रयोज्य स्पंज से बदलने जैसा है।

शोधकर्ताओं ने "न्यूनतम पता लगाने योग्य सांद्रता" (MDC) की गणना की, जो मूल रूप से रेडियोस्ट्रोंटियम की वह न्यूनतम मात्रा है जिसे वे पहचान सकते हैं। उनकी सर्वश्रेष्ठ विधि 0.013 Bq L⁻¹ जितनी कम मात्रा को भी ढूंढ सकती है। यहाँ तक कि उनकी सबसे सरल विधि भी 0.4 Bq L⁻¹ को ढूंढ सकती है। इसे समझने के लिए, जापान में अपशिष्ट जल के लिए कानूनी सीमा 30 Bq L⁻¹ है। इसका मतलब है कि उनकी नई विधि इतनी संवेदनशील है कि वह रेडियोस्ट्रोंटियम का पता उस स्तर पर लगा सकती है जो खतरनाक माना जाता है—विशेष रूप से, यह सुरक्षा सीमा के 1/75वें हिस्से के रूप में भी इसे पहचान सकती है।

यह शोध पत्र कुछ "क्या होगा यदि" वाले सवालों को भी संबोधित करता है। उन्होंने जांचा कि क्या अन्य रेडियोधर्मी तत्व, जैसे रेडियम या लेड, स्पंज द्वारा पकड़े जाएंगे और परिणामों को बिगाड़ देंगे। उन्होंने पाया कि हालांकि स्पंज उन्हें थोड़ा पकड़ता है, लेकिन सामान्य समुद्री जल में उनकी मात्रा इतनी कम है कि वे स्ट्रोंटियम की गिनती में हस्तक्षेप नहीं करते हैं। उन्होंने यह भी नोट किया कि यदि बेरियम (एक अन्य तत्व जिसे स्पंज पकड़ता है) मौजूद है, तो इसे अलग से मापा जा सकता है क्योंकि यह एक अलग प्रकार का संकेत देता है, इसलिए यह कोई समस्या नहीं है।

अंत में, लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि यह बेरियम सिलिकेट स्पंज एक गेम-चेंजर है। यह पर्यावरण के पानी में खतरनाक रेडियोस्ट्रोंटियम की जांच करने का एक तरीका प्रदान करता है जो तीव्र (हफ्तों के बजाय घंटों में किया गया), सुरक्षित (कोई जहरीले रसायन नहीं) और सरल (संचालन के लिए पीएचडी की आवश्यकता नहीं) है। हालांकि वे यह दावा नहीं करते कि यह दुनिया की हर स्थिति के लिए एकदम सही है, लेकिन उन्होंने साबित कर दिया है कि यह काम को करने के लिए अविश्वसनीय रूप से अच्छी तरह से काम करता है। यह एक व्यावहारिक, चतुर समाधान है जो हफ्तों लंबे दुस्वप्न को छह घंटे के एक दोपहर के कार्य में बदल देता है।