JP2005300380A

JP2005300380A - イオン交換樹脂を用いた元素の定量分析のための元素濃縮方法と元素濃縮容器

Info

Publication number: JP2005300380A
Application number: JP2004117938A
Authority: JP
Inventors: Akio Makishima; 昭夫牧嶋; Eizo Nakamura; 栄三中村
Original assignee: Okayama University NUC
Current assignee: Okayama University NUC
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】試料溶液が沈殿物を含む場合においても、前記試料溶液をろ過したり遠心分離したりすることなく、簡易に目的元素を濃縮する。
【解決手段】試料溶液１３を、上口を有する所定の試料容器１１内に入れる。次いで、イオン交換樹脂２３を、少なくとも下面２１Ａがフィルターで構成されたフィルター容器２１中に入れる。次いで、フィルター容器２１を、試料容器１１の前記上口から試料容器１１内に入れ、イオン交換樹脂２３を試料溶液１３中に浸漬させて、試料溶液１３中の目的元素をイオン交換樹脂２３に吸着させる。次いで、イオン交換樹脂２３を回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、元素濃縮方法、及び元素濃縮器に関する。

従来、元素分析のための元素の濃縮には、直径数百μｍの細粒のイオン交換樹脂が多く用いられる。このイオン交換樹脂を用いる場合には、イオン交換樹脂をカラムとよばれる、樹脂を保持するフィルターを下部に有するガラスまたは樹脂製の、垂直に立てた容器中に入れ、上方から前記容器中に試料溶液を流して前記イオン交換樹脂に目的元素を吸着させ、その後、前記容器中に溶離液を流すことで、目的以外の元素を段階的に除去したり、目的元素だけを溶離させて濃縮していた。

この方法は、試料溶液が完全な溶液になっている場合は問題ないが、前記溶液が沈殿を含んでいる場合には、（１）溶液をろ過したり、（２）遠心分離して沈殿を除去する必要がある。しかしながら、前記溶液をろ過する場合には、なるべく１００％近い回収率を得るために、ろ紙に溶液が残らないように前記ろ紙をよく洗い流す必要があり、また、前記ろ紙に沈殿がつまってろ過ができなくならないように注意する必要がある。さらに、漏斗やろ紙からの汚染をさけるために、洗浄した漏斗が必要となる。特に、金を分析する場合、金イオンは還元されて金属金になりやすいために、器具の洗浄には注意を要する。

また、遠心分離して沈殿を除去する場合は、試料溶液が沈殿の間隙の中に含まれてしまうため、何回も沈殿を洗っては遠心分離する煩雑な操作が必要である。特に、金や白金族元素を定量分析する場合、アルカリ融解法・王水分解法、いずれの方法を用いてもシリカからなる沈殿を分離する必要がある。また、フッ化水素酸を用いた分解では、生じるフッ化マグネシウムやフツ化カルシウムを分離する必要がある。

本発明は、試料溶液が沈殿物を含む場合においても、前記試料溶液をろ過したり遠心分離したりすることなく、簡易に目的元素を濃縮することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
試料溶液を、上口を有する所定の試料容器内に入れる工程と、
所定のイオン交換樹脂を、少なくとも下面がフィルターで構成されたフィルター容器中に入れる工程と、
前記フィルター容器を、前記試料容器の前記上口から前記試料容器内に入れ、前記イオン交換樹脂を前記試料溶液中に浸漬させて、前記試料溶液中の目的元素を前記イオン交換樹脂に吸着させる工程と、
前記イオン交換樹脂を回収する工程と、
を具えることを特徴とする、元素濃縮方法に関する。

また、本発明は、
所定の試料溶液を入れるための、上口を有する試料容器と、
所定のイオン交換樹脂を入れるための、少なくとも下面がフィルターで構成されたフィルター容器とを具え、
前記フィルター容器を、前記試料容器の前記上口から前記試料容器内に入れ、前記イオン交換樹脂を前記試料溶液中に浸漬させて、前記試料溶液中の目的元素を前記イオン交換樹脂に吸着させて前記目的元素の濃縮を行うことを特徴とする、元素濃縮器に関する。

本発明によれば、試料容器と、少なくとも下面がフィルターで構成されたフィルター容器とを別途設け、前記試料容器中に目的元素を含む試料溶液を入れるとともに、前記フィルター容器中に所定のイオン交換樹脂を入れ、前記イオン交換樹脂が前記試料溶液中に浸漬するようにして前記フィルター容器を前記試料容器中に入れて、前記イオン交換樹脂に前記目的元素を吸着させるようにしている。

したがって、前記試料溶液が沈殿物を含む場合においても、前記フィルター容器を、前記試料溶液の、前記沈殿物に接触しないようにして前記試料容器中に入れるようにすることにより、前記沈殿物の影響を受けることなく、前記試料溶液中に含まれる前記目的元素を前記イオン交換樹脂へ吸着することができるようになる。結果として、前記試料溶液中の前記沈殿物の影響を受けることなく、前記目的元素の濃縮を行うことができる。

なお、当然のことながら、本発明は試料溶液が沈殿物を含む場合のみならず、前記試料溶液が沈殿物を含まない場合についても適用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、試料溶液が沈殿物を含む場合においても、前記試料溶液をろ過したり遠心分離したりすることなく、簡易に目的元素を濃縮することができる。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の元素濃縮方法の一例を説明するための概略図である。最初に図１（ａ）に示すように、上口を有する試料容器１１内に目的元素を含む試料溶液１３を入れる。なお、試料溶液１３中には、下部において沈殿物１５が含まれている。また、図１（ｂ）に示すように、下面２１Ａが所定のフィルターからなるフィルター容器２１を準備し、このフィルター容器２１内に所定のイオン交換樹脂２３を入れる。次いで、図１（ｃ）に示すように、フィルター容器２１を、その内部のイオン交換樹脂２３が試料溶液１３に浸漬するようにして、上口から試料容器１１内に入れる。

図１（ｃ）に示すような状態で所定時間放置した後、フィルター容器２１を試料容器１１より取り出し、イオン交換樹脂２３を回収する。次いで、イオン交換樹脂２３を酸などによって分解し、得られた溶液に対して公知の定量法を施し、前記目的元素の定量を行う。

このように、試料溶液１３が沈殿物１５を含む場合においても、フィルター容器２１を、試料溶液１３の、沈殿物１５に接触しないようにして試料容器１３中に入れるようにしているので、沈殿物１５の影響を受けることなく、試料溶液１３中に含まれる前記目的元素をイオン交換樹脂２３へ吸着することができるようになる。結果として、試料溶液１３中の沈殿物１５の影響を受けることなく、前記目的元素の濃縮を行うことができる。

試料容器１１は如何なる種類の材料からも構成することができるが、好ましくはテフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート及びガラスから選ばれる少なくとも一種から構成する。この場合、試料溶液１３が酸を含む場合などにおいても、試料容器１１は試料溶液（酸）に対して高い耐性を呈するようになる。

また、フィルター容器２１も如何なる種類の材料からも構成することができるが、好ましくはテフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート及びガラスから選ばれる少なくとも一種から構成する。この場合においても、試料溶液１３が酸を含む場合などにおいて、試料容器１１は試料溶液（酸）に対して高い耐性を呈するようになる。なお、容器２１本体及び下面２１Ａのフィルターについて、上述した材料から構成する。

また、フィルター容器２１の下面２１Ａは、イオン交換樹脂２３を保持できる程度の大きさの網目を有するフィルターから構成する。

図２は、図１に示すフィルター容器２１の変形例である。図２に示すフィルター容器２１においては、その下面のみならず、その側面も所定のフィルターから構成されている。この場合、試料容器１１内の試料溶液１３は、フィルター容器２１の側面からも内部に取り込まれるようになり、イオン交換樹脂２３に対する前記目的元素の付着割合が増大する。したがって、より効率的に目的元素の濃縮を行うことができる。

なお、本発明は、従来困難であった白金属元素や金の定量分析に対する濃縮方法として好ましく用いることができる。前記白金属元素の定量分析としては例えば同位体希釈法を用いることができる。

図１に示す方法に基づいて、岩石試料中の元素の定量を実施した。なお、回収率は、
ａ＝（１００×Ｋ×Ｕ）／（Ｖ＋Ｋ×Ｕ）
（ａ：回収率、Ｋ：イオン交換平衡定数、Ｖ：試料溶液の体積、Ｕ：イオン交換樹脂の体積）
から導出した。この式は、例えば、斉藤信房偏、大学実習分析化学、裳華房、ｐｐ３９８、１９６１などに記載されている。

（実施例１）
岩石試料１ｇをテフロン（登録商標）ＰＴＦＥ製密閉容器に測りとり、濃度既知のＲｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ及びＰｔの濃縮安定同位体（スパイク）を加えた。次いで、１．６ｍＬのＨＦと、１．６ｍＬのＨＢｒとを加え、２４５℃で２４時間加熱した。試料を８０℃で乾固した後、０．１ｍＬのＨＢｒ５ｍＬに溶解し、生成したフッ化沈殿物を含む試料溶液を、図１に示すようなテフロン（登録商標）製の試料容器に移した。

次いで、１５０μｍのメッシュからなるポリエチレン製のフィルターを下面に有する、テフロン（登録商標）製のフィルター容器内に、１００―１５０μｍのTEVA・Spec樹脂を０．１ｍＬ入れた。次いで、前記フィルター容器を、前記試料容器内に、前記樹脂が前記試料溶液に浸漬するようにして入れた。この状態で、前記試料容器及び前記フィルター容器を密閉し、８０℃で一晩おいて、十分に前記樹脂と前記試料溶液とを反応させた。

次いで、前記樹脂を取り出し、カラムに入れた後、塩酸・臭化水素酸・ヨウ化水素酸を加えて目的元素を溶出した。次いで、前記溶液を誘導結合プラズマ質量分析法（ICP−MS）によって各元素の同位体比を測定し、同位体希釈法によって定量した。この場合、Ｋ≧１０００であり、Ｖ＝５ｍＬであり、Ｕ＝０．１ｍＬであるので、各元素の回収率は７０％以上であることが判明した。

（実施例２）
岩石試料１ｇをテフロン（登録商標）ＰＴＦＥ製密閉容器に測りとり、１．５ｍＬの濃塩酸と、０．５ｍＬの濃硝酸とを加え、２４５℃で２４時間加熱した。得られた試料溶液を１５ｍＬに希釈し、生成したシリカを含む試料溶液を図１に示すようなテフロン（登録商標）製の試料容器に移した。

次いで、前記樹脂を取り出し、テフロン（登録商標）ＰＴＦＥ製密閉容器に移し、１．５ｍＬの濃塩酸と０．５ｍＬの濃硝酸とを加えて、２４０℃に加熱し、３時間保持することによって、前記樹脂を分解した。分解して得た溶液を２０ｍＬ定容とし、前記溶液と酸濃度を合わせた標準溶液を用い、検量線法（ＩＣＰ−ＭＳ）により、前記岩石試料中の金を定量した。この場合、Ｋ≧１００００であり、Ｖ＝１５ｍＬであり、Ｕ＝０．１ｍＬであるので、各元素の回収率は９０％以上であることが判明した。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

本発明は、金属鉱業分野における鉱石の分析、自動車の排気ガス処理触媒における貴金属の分析、並びに環境試料、生体試料、及び食品試料の分析などに適用することができる。

本発明の元素濃縮方法の一例を説明するための概略図である。図１に示すフィルター容器の変形例である。

符号の説明

１１試料容器
１３試料溶液
１５沈殿物
２１フィルター容器
２３イオン交換樹脂

Claims

試料溶液を、上口を有する所定の試料容器内に入れる工程と、
所定のイオン交換樹脂を、少なくとも下面がフィルターで構成されたフィルター容器中に入れる工程と、
前記フィルター容器を、前記試料容器の前記上口から前記試料容器内に入れ、前記イオン交換樹脂を前記試料溶液中に浸漬させて、前記試料溶液中の目的元素を前記イオン交換樹脂に吸着させる工程と、
前記イオン交換樹脂を回収する工程と、
を具えることを特徴とする、元素濃縮方法。
前記試料容器は、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート及びガラスから選ばれる少なくとも一種から構成することを特徴とする、請求項１に記載の元素濃縮方法。
前記フィルター容器は、その全面をフィルターから構成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の元素濃縮方法。
前記フィルター容器は、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート及びガラスから選ばれる少なくとも一種から構成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の元素濃縮方法。
前記試料溶液は沈殿物を含み、前記フィルター容器は、前記試料溶液の前記沈殿物に接触しないようにして、前記試料容器内に入れることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の元素濃縮方法。
前記目的元素が白金属元素であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の元素濃縮方法。
前記白金族元素は同位体希釈法を利用して定量することを特徴とする、請求項６に記載の元素濃縮方法。
前記目的元素が金であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の元素濃縮方法。
所定の試料溶液を入れるための、上口を有する試料容器と、
所定のイオン交換樹脂を入れるための、少なくとも下面がフィルターで構成されたフィルター容器とを具え、
前記フィルター容器を、前記試料容器の前記上口から前記試料容器内に入れ、前記イオン交換樹脂を前記試料溶液中に浸漬させて、前記試料溶液中の目的元素を前記イオン交換樹脂に吸着させて前記目的元素の濃縮を行うことを特徴とする、元素濃縮器。
前記試料容器は、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート及びガラスから選ばれる少なくとも一種から構成したことを特徴とする、請求項９に記載の元素濃縮器。
前記フィルター容器は、その全面をフィルターから構成したことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の元素濃縮器。
前記フィルター容器は、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート及びガラスから選ばれる少なくとも一種から構成することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一に記載の元素濃縮器。
前記試料溶液は沈殿物を含み、前記フィルター容器は、前記試料溶液の前記沈殿物に接触しないようにして、前記試料容器内に入れることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一に記載の元素濃縮器。
前記目的元素が白金属元素であることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一に記載の元素濃縮器。
前記白金族元素は同位体希釈法を利用して定量することを特徴とする、請求項１４に記載の元素濃縮器。
前記目的元素が金であることを特徴とする、請求項９〜１５のいずれか一に記載の元素濃縮器。