JP2009294002A - In situ x-ray absorption fine structure analyzer of very small amount of substance in solution and method for the same - Google Patents

In situ x-ray absorption fine structure analyzer of very small amount of substance in solution and method for the same Download PDF

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Hiroyuki Akiyasu
広幸 秋保
Toru Yamamoto
融 山本
Yoshihisa Tochihara
義久 栃原
Naoki Noda
直希 野田
Shinichi Noguchi
真一 野口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an in-situ XAFS analyzer of a very small amount of a substance in a solution capable of analyzing the reaction process of a very small amount of the substance in the solution by in-situ analysis. <P>SOLUTION: The in-situ XAFS analyzer is equipped with a stirrer 1 with a heater for uniformly stirring the solution 11 containing a very small amount of the substance and advancing the specific reaction in the solution 11, a measuring cell 3 having not only the inflow port and outflow port of the solution 11 but also the storage part 3A of the solution 11 between the inflow port and the outflow port to keep the uniformity of the solution 11 and having a light receiving window 3B for irradiating the solution 11 in the storage part 3A with incident X rays 12 radiated from an X-ray source, a 7 element SDD8 capable of detecting a very small amount of the substance in the solution 11 on the spot by detecting the fluorescent X rays 13 radiated from the solution 11 irradiated with X rays through the light receiving window 3B, the flow channels 4 and 5 for allowing the stirrer with the heater and the measuring cell 3 to communicate with each other, and a liquid sending pump 2 for circulating the solution 11 between the stirrer with the heater and the measuring cell 3 both of which are interposed on the way of the flow channels 4 and 5. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析(以下、in−situ XAFS(X−ray Absorption Fine Structure)分析と略称する)装置及び方法に関し、特に溶液中の微量物質の反応過程の解析等に適用して有用なものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to an in-situ X-ray absorption edge fine structure analysis (hereinafter referred to as in-situ XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) analysis) apparatus and method for a trace substance in a solution, and more particularly to a trace substance in a solution. It is useful when applied to analysis of reaction processes.

溶液中の微量物質の分析方法としてICP発光分析が知られている。ICP発光分析は、分析対象となる微量物質が複数の形態で存在する場合、必要な前処理を行うことによって形態ごとの定量分析にも適用できる。例えば、溶液試料中の微量なSe(IV)とSe(VI)の濃度を形態ごとに測定する場合、図14(a)及び図14(b)のフロー図に示すように、有機物分解及び還元の前処理を行ってから試料中のSeを水素化(水素化セレンHSeを発生させる)してICP発光分析装置で測定する手法がJIS法に記載されており(JIS−K0102 67.3)、これによって試料中の全Se(SeTotal)を定量することができる(ステップST1乃至ステップST3参照)。Seを形態ごとに定量する分析手法については、イオンクロマトグラフィーで形態分離してからICP−MS(質量分析装置)で測定する手法や、テルル(Te)による共沈分離を利用したもの等と、様々な検討がなされているが、JISには明確な規定はない。 ICP emission analysis is known as a method for analyzing trace substances in a solution. ICP emission analysis can also be applied to quantitative analysis for each form by performing necessary pretreatment when trace substances to be analyzed exist in a plurality of forms. For example, when measuring a trace amount of Se (IV) and Se (VI) concentration in a solution sample for each form, as shown in the flow charts of FIGS. 14 (a) and 14 (b), organic matter decomposition and reduction Is described in the JIS method (JIS-K0102 67.3), in which Se in the sample is hydrogenated (generates selenium hydride H 2 Se) and measured with an ICP emission spectrometer. In this way, the total Se (Se Total ) in the sample can be quantified (see step ST1 to step ST3). For the analysis method for quantifying Se for each form, a method in which the form is separated by ion chromatography and then measured by ICP-MS (mass spectrometer), a method using coprecipitation separation by tellurium (Te), etc. Various studies have been made, but there is no clear provision in JIS.

そこで、Se(IV)は水素化されるがSe(VI)は水素化されないという特性を利用して、JIS法の前処理操作を省いて水素化ICPで分析することによってSe(IV)を定量し(ステップST2及びステップST4参照)、そのSe(IV)濃度と通常のJIS法で得られた全Se(SeTotal)濃度との差をSe(VI)濃度として算出している(ステップST5参照)。 Therefore, Se (IV) is hydrogenated but Se (VI) is not hydrogenated, and Se (IV) is quantified by analyzing with hydrogenation ICP, omitting the pretreatment operation of JIS method. The difference between the Se (IV) concentration and the total Se (Se Total ) concentration obtained by the normal JIS method is calculated as the Se (VI) concentration (see step ST5). ).

しかしながら、かかるICP分光分析では、図14に示すように、前処理(ステップST1参照)をして試料中の全Se(SeTotal)を定量する(ステップST3参照)一方、前処理をすることなくSe(IV)濃度を検出し、その後全Se(SeTotal)濃度との差に基づきSe(VI)濃度を算出している。この結果、分析に多大の時間を要する。特に、前処理は、硫酸、硝酸の添加、加熱、放冷、塩酸の添加、加熱等、多くの煩雑な処理を行なう必要があり、その処理自体が面倒であるばかりでなく、処理の数が多いことに基因する大きな分析誤差を孕む可能性も大きく、分析精度の向上にも限界がある。 However, in such ICP spectroscopic analysis, as shown in FIG. 14, the pretreatment (see step ST1) is performed to quantify the total Se (Se Total ) in the sample (see step ST3), while the pretreatment is not performed. The Se (IV) concentration is detected, and then the Se (VI) concentration is calculated based on the difference from the total Se (Se Total ) concentration. As a result, the analysis takes a lot of time. In particular, the pretreatment requires many complicated treatments such as addition of sulfuric acid and nitric acid, heating, cooling, addition of hydrochloric acid, heating, etc. The treatment itself is not only troublesome, but the number of treatments is also large. There is a high possibility that a large analysis error due to the large number will occur, and there is a limit to improving the analysis accuracy.

特に、分析対象である溶液から分析の度に少量の試料を抽出しなければならず、試料の状態を変えざるを得ないという分析精度の向上を図る上で致命的な欠点を有するものとなっている。   In particular, a small amount of sample must be extracted from the solution to be analyzed each time it is analyzed, which has a fatal defect in improving the accuracy of analysis because the state of the sample must be changed. ing.

また、分析の都度、サンプルを抽出して所定の分析を行う必要があるので、離散的な時間軸での分析結果しか得ることができず、試料中の特定の反応の反応過程等を検出することが困難であるという問題も有している。特に時間的に連続な反応過程をリアルタイムで追跡することは不可能である。   Moreover, since it is necessary to extract a sample and perform a predetermined analysis every time it is analyzed, it is possible to obtain only an analysis result on a discrete time axis and detect a reaction process of a specific reaction in a sample. It also has the problem that it is difficult. In particular, it is impossible to follow a reaction process that is continuous in time in real time.

一方、すべての元素は、特定の波長のX線を吸収する特性を持つ。試料に照射したX線(入射X線)の強度と、試料を透過したX線(透過X線)或いは試料から発生した蛍光X線の比から算出したX線吸収率を入射X線のエネルギ(波長)に対してプロットすると、吸収原子の化学形態を反映したスペクトル(XAFSスペクトル)が得られる。かかる性質を利用して試料中の微量物質の化学的な形態を分析することが行われている。これをXAFS分析という。かかるXAFS分析を利用すれば、溶液中の微量物質の形態を特定することは容易に可能になると考えられる。   On the other hand, all elements have a characteristic of absorbing X-rays having a specific wavelength. The X-ray absorption rate calculated from the ratio of the intensity of X-rays irradiated to the sample (incident X-rays) and X-rays transmitted through the sample (transmitted X-rays) or fluorescent X-rays generated from the sample is the energy of the incident X-rays ( When plotted against (wavelength), a spectrum (XAFS spectrum) reflecting the chemical form of the absorbing atom is obtained. Analysis of the chemical form of a trace substance in a sample using such properties has been performed. This is called XAFS analysis. If such XAFS analysis is used, it will be possible to easily identify the form of a trace substance in a solution.

ただ、従来技術に係るXAFS分析を単に利用するだけでは、微量物質を含む溶液中で生起されている反応過程を時間の経過とともに検出することはできない。   However, simply using the XAFS analysis according to the prior art cannot detect the reaction process occurring in a solution containing a trace amount of substance over time.

かかる反応過程を時間の経過とともに観察することができれば、従来では時間的に離散した情報しか得られないのに対し、時間的に連続な反応過程の情報を得ることができるようになり、微量物質の反応過程等、極めて広範な分析等に適用することにより未知の有益な情報を得ることができるものと考えられる。   If such a reaction process can be observed over time, it is possible to obtain information on a reaction process that is continuous in time, whereas conventional information can only be obtained in a timely manner. It is considered that unknown and useful information can be obtained by applying it to an extremely wide range of analysis such as the reaction process of No. 1.

なお、XAFS分析に関する公知文献として特許文献1をあげることができる。   Patent Document 1 can be cited as a publicly known document related to XAFS analysis.

特開2005−262063号公報JP 2005-262063 A

本発明は、上記従来技術に鑑み、その場分析で溶液中の微量物質の反応過程の解析が可能な溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置及び方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an in-situ XAFS analyzer and method for a trace substance in a solution, which can analyze a reaction process of the trace substance in a solution by in-situ analysis in view of the above-described conventional technology.

上記目的を達成する本発明の第1の態様は、
微量物質を含む溶液を一様に攪拌するとともに前記溶液中の特定の反応を進行させる反応手段と、
前記溶液の流入口、流出口とともに前記流入口及び流出口の間に前記溶液の貯留部を有して前記溶液の一様性を維持し得るとともにX線源から放射したX線を前記貯留部内の溶液に照射するための受光窓を有する測定セルと、
前記X線を照射した前記溶液が放射する蛍光X線を前記受光窓を介して受光することにより前記溶液中の前記微量物質をその場で検出し得る検出手段と、
前記反応手段と前記測定セルとの間を連通する流路と、
前記流路の途中に介在されて前記反応手段と前記測定手段との間で前記溶液を循環させる送液ポンプとを具備することを特徴とする溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置にある。
The first aspect of the present invention for achieving the above object is as follows:
A reaction means for uniformly stirring a solution containing a trace substance and causing a specific reaction in the solution to proceed;
The solution storing portion is provided between the inlet and the outlet together with the solution inlet and outlet, so that the uniformity of the solution can be maintained and X-rays radiated from the X-ray source are stored in the reservoir. A measuring cell having a light receiving window for irradiating a solution of
Detecting means capable of detecting the trace substance in the solution in situ by receiving fluorescent X-rays emitted from the solution irradiated with the X-rays through the light receiving window;
A flow path communicating between the reaction means and the measurement cell;
An in-situ XAFS analyzer for trace substances in a solution, comprising a liquid feed pump interposed in the middle of the flow path and circulating the solution between the reaction means and the measurement means is there.

本態様によれば、動的な場とせざるを得ない反応場と、可及的に場の乱れを生起しないで溶液を入れ替えることが要求される測定場とを切り離した状態でそれぞれの機能を発揮させ、しかも反応系としては閉じられた一つの一体的な系を形成することができるので、測定セルにX線を照射することにより、当該反応系で進行している反応を乱すことなくin-situ XAFS分析することができる。この結果、溶液中で進行している反応を反応系を乱すことなく高精度に、しかもリアルタイムで連続的に分析することができる。この結果、従来技術においては不可能であった溶液中の微量物質の反応の過程を明らかにすることができ、極めて広範な応用が考えられる。   According to this aspect, each function can be performed in a state in which a reaction field that must be a dynamic field and a measurement field that is required to replace the solution without causing a field disturbance as much as possible are separated. In addition, since a single integrated system can be formed as a reaction system, by irradiating the measurement cell with X-rays, the reaction in the reaction system is not disturbed. -Situ XAFS analysis is possible. As a result, the reaction proceeding in the solution can be continuously analyzed with high accuracy and in real time without disturbing the reaction system. As a result, it is possible to clarify the reaction process of trace substances in a solution, which was impossible in the prior art, and an extremely wide range of applications can be considered.

本発明の第2の態様は、
第1の態様に記載する溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置において、
前記測定セルの前記流入口は前記貯留部の下部に開口するとともに、前記流出口は前記貯留部の上部に開口し、さらに前記受光窓は前記貯留部の中央部に臨むように構成したことを特徴とする溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置にある。
The second aspect of the present invention is:
In the in-situ XAFS analyzer for trace substances in a solution according to the first aspect,
The inflow port of the measurement cell opens at the lower part of the storage unit, the outflow port opens at the upper part of the storage unit, and the light receiving window faces the central part of the storage unit. It is in the in-situ XAFS analyzer for trace substances in the solution.

本態様によれば、貯留部の下部から溶液が充満され、上部から排出されるので測定場となる中央部では実質的に溶液の流れがない溶液の貯留部とすることができる。しかも、貯留部の溶液は連続的に入れ替わっているので、溶液中で生起されている反応を正確に追跡することができる。   According to this aspect, since the solution is filled from the lower part of the storage part and is discharged from the upper part, it can be set as the solution storage part which does not have a solution flow substantially in the center part used as a measurement field. Moreover, since the solution in the reservoir is continuously changed, the reaction occurring in the solution can be accurately followed.

本発明の第3の態様は、
第2の態様に記載する溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置において、
前記流入口及び流出口は前記貯留部の鉛直方向の中心線上で開口していることを特徴とする溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置にある。
The third aspect of the present invention is:
In the in-situ XAFS analyzer for trace substances in a solution according to the second aspect,
The inflow port and the outflow port are in an in-situ XAFS analyzer for trace substances in a solution, wherein the inflow port and the outflow port are opened on a center line in a vertical direction of the reservoir.

本態様によれば、貯留部に対する溶液の出入りによる影響を可及的に抑制することができ、最も静的な測定場を構成することができ、その分高精度の測定に資することができる。   According to this aspect, it is possible to suppress as much as possible the influence of the solution entering and exiting the storage unit, and it is possible to configure the most static measurement field, thereby contributing to highly accurate measurement.

本発明の第4の態様は、
第1乃至第3の態様の何れか一つに記載する溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置において、
前記貯留部の表面は前記受光窓と平行な平面であることを特徴とする溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置にある。
The fourth aspect of the present invention is:
In the in-situ XAFS analyzer for trace substances in a solution according to any one of the first to third aspects,
In the in-situ XAFS analyzer for trace substances in a solution, the surface of the reservoir is a plane parallel to the light receiving window.

本態様によれば、溶液の表面に浅い角度でX線を入射させることができ、最も効率的に蛍光X線を貯留部の溶液から発生させることができる。   According to this aspect, X-rays can be incident on the surface of the solution at a shallow angle, and fluorescent X-rays can be generated from the solution in the reservoir most efficiently.

本発明の第5の態様は、
第1乃至第4の態様に記載する溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置において、
前記反応手段は前記溶液の加熱手段を有することを特徴とする溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析装置にある。
According to a fifth aspect of the present invention,
In the in-situ XAFS analyzer for trace substances in the solution according to any one of the first to fourth aspects,
The reaction means is in an in-situ XAFS analyzer for trace substances in a solution, characterized by having a heating means for the solution.

本態様によれば、反応場における所定の反応を良好に促進させることができる。   According to this aspect, the predetermined reaction in the reaction field can be favorably promoted.

本発明の第6の態様は、
微量物質を含む溶液を一様に攪拌するとともに前記溶液中の特定の反応を進行させる反応場から測定場における貯留部に前記溶液を流入させて貯留するとともに前記貯留部から前記溶液を流出させることで前記貯留部における前記溶液の一様性を維持しつつ前記溶液が入れ替わるよう前記反応場と前記測定場との間で前記溶液を循環させる一方、前記貯留部の前記溶液にX線を照射し、この結果照射された前記溶液から放射される蛍光X線を検出することにより前記溶液中の前記微量物質をその場で検出することを特徴とする溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析方法にある。
The sixth aspect of the present invention is:
The solution containing a trace amount of substance is uniformly stirred and the solution is allowed to flow from a reaction field that causes a specific reaction in the solution to proceed to a storage part in a measurement field, and the solution is allowed to flow out from the storage part. The solution is circulated between the reaction field and the measurement field so that the solution is exchanged while maintaining the uniformity of the solution in the storage part, while the solution in the storage part is irradiated with X-rays. An in-situ XAFS analysis method for a trace substance in a solution, wherein the trace substance in the solution is detected in situ by detecting fluorescent X-rays emitted from the irradiated solution as a result It is in.

本態様によれば、攪拌等により反応を促進させるべく動的な場とせざるを得ない反応場と、可及的に場の乱れを生起しないことが要求される測定場とを切り離した状態でそれぞれの機能を発揮させ、しかも反応系としては閉じられた一つの一体的な系により溶液中の微量物質のその場XAFS分析を行うことができる。この結果、溶液中の微量物質の反応過程を解析できるその場XAFS分析技術を提供することが可能となる。   According to this aspect, the reaction field that must be a dynamic field to promote the reaction by stirring or the like is separated from the measurement field that is required to cause as little disturbance of the field as possible. In-situ XAFS analysis of trace substances in a solution can be performed by one integrated system that performs each function and is closed as a reaction system. As a result, it is possible to provide an in-situ XAFS analysis technique capable of analyzing a reaction process of a trace substance in a solution.

本発明の第7の態様は、第6の態様に記載する溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析方法において、前記溶液は酸化剤ならびに自身が酸化され得る形態の微量物質とを含む溶液であり、前記蛍光X線を検出することにより前記溶液中の前記微量物質の酸化過程をその場で分析するものであることを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析方法にある。   According to a seventh aspect of the present invention, in the in-situ X-ray absorption edge fine structure analysis method for a trace substance in a solution according to the sixth aspect, the solution includes an oxidant and a trace substance in a form capable of being oxidized. In-situ X-ray absorption of a trace substance in a solution characterized in that the oxidation process of the trace substance in the solution is analyzed in situ by detecting the fluorescent X-ray It is in the edge fine structure analysis method.

本態様によれば、自身が酸化され得る微量物質の1つとして酸化反応過程にある溶液中のセレン(Se(IV))にその場XAFS分析を適用した結果、反応時間の進行に伴うSe(IV)からSe(VI)への形態変化を捉えることができた。ここで、XAFSスペクトルの線形フィッティング解析により求めたSe(IV)とSe(VI)の濃度変化は、ICP発光分析による形態別の定量分析の結果とほぼ一致した。このことから、本態様に係るその場XAFS分析の結果が高い定量性を有していることが判明した。   According to this aspect, as a result of applying the in situ XAFS analysis to selenium (Se (IV)) in a solution in the oxidation reaction process as one of trace substances that can be oxidized, Se ( The morphological change from IV) to Se (VI) could be captured. Here, the change in the concentration of Se (IV) and Se (VI) obtained by the linear fitting analysis of the XAFS spectrum almost coincided with the result of quantitative analysis by form by ICP emission analysis. From this, it was found that the result of in-situ XAFS analysis according to this embodiment has high quantitativeness.

本発明の第8の態様は、
請求項6に記載する溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析方法において、
前記溶液は酸化剤ならびに自身が酸化され得る形態の微量物質とを含む溶液に、前記微量物質の酸化を抑制する可能性のある添加物を加えたものであり、前記蛍光X線を検出することにより前記溶液中における前記添加物による前記微量物質に対する酸化抑制効果をその場で分析するものであることを特徴とする溶液中の微量物質のin−situ XAFS分析方法にある。
The eighth aspect of the present invention is
In the in-situ XAFS analysis method of the trace amount substance in the solution according to claim 6,
The solution is a solution containing an oxidizing agent and a trace substance in a form capable of being oxidized, to which an additive capable of suppressing oxidation of the trace substance is added, and the fluorescent X-ray is detected. The in-situ XAFS analysis method for trace substances in a solution is characterized in that the effect of suppressing oxidation of the trace substances by the additive in the solution is analyzed in situ.

本態様によりその場XAFS分析技術を利用して、Se(IV)の酸化を抑制する可能性のある添加物の1つとしてMn(II)によるSe(IV)の酸化抑制機構について検討した結果、溶液中の酸化剤(S 2-)がSe(IV)ではなくMn(II)を酸化してMn(IV)Oの沈殿が生成するとともに、Se(IV)の一部がMn(IV)Oの沈殿に取り込まれ、Se(IV)の酸化が抑制されることが明らかとなった。 As a result of examining the mechanism of suppressing the oxidation of Se (IV) by Mn (II) as one of the additives that may suppress the oxidation of Se (IV) using the in situ XAFS analysis technique according to this embodiment, The oxidizing agent (S 2 O 8 2− ) in the solution oxidizes Mn (II) instead of Se (IV) to form a precipitate of Mn (IV) O 2 , and a part of Se (IV) is Mn (IV) It was found that the oxidation of Se (IV) was suppressed by being incorporated into the precipitate of O 2 .

本発明によれば、反応系として閉じられた一つの一体的な系を形成する微量物質を含む一様な溶液の循環系を形成しているので、測定セルにX線を照射することにより、当該反応系で進行している微量物質に基因する反応を反応系を乱すことなくin-situ XAFS分析することができる。この結果、溶液中で進行している反応を反応系を乱すことなく高精度に、しかもリアルタイムで連続的に分析することができる。この結果、従来技術においては不可能であった溶液中の微量物質の反応の過程を明らかにすることができる。   According to the present invention, since a uniform solution circulation system containing a trace amount of substance that forms one closed system as a reaction system is formed, by irradiating the measurement cell with X-rays, In-situ XAFS analysis can be performed on a reaction caused by a trace amount of substance proceeding in the reaction system without disturbing the reaction system. As a result, the reaction proceeding in the solution can be continuously analyzed with high accuracy and in real time without disturbing the reaction system. As a result, it is possible to clarify the reaction process of trace substances in the solution, which is impossible in the prior art.

この結果、従来では時間的に離散した情報しか得られないのに対し、時間的に連続な反応過程の情報を得ることができるようになり、微量物質の反応過程等、極めて広範な分析等に適用することにより未知の有益な情報を得ることができるものと考えられる。   As a result, it is possible to obtain information on reaction processes that are continuous in time, whereas only information that is discrete in time can be obtained in the past. It is thought that unknown useful information can be obtained by applying.

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態に係るin−situ XAFS分析装置の全体を示す説明図、図2はその測定セル部分を抽出して示す分解斜視図、図3は測定セル部分を拡大して示す図で、(a)はその正面図、(b)はそのA−A線断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing the entire in-situ XAFS analyzer according to the embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view showing the measurement cell portion extracted, and FIG. 3 is an enlarged view of the measurement cell portion. It is a figure shown, (a) is the front view, (b) is the AA sectional view taken on the line.

図1に示すように、本形態に係るin−situ XAFS分析装置は、反応手段であるヒータ付きスターラ1、送液ポンプ2、測定セル3、管路4,5、7素子SDD8及びX線源(図示せず)を有している。ここで、ヒータ付きスターラ1は、加熱手段であるヒータを有して反応容器1Aに収納した試料である微量物質を含む溶液11を一様に攪拌する装置である。すなわち、特定の反応を促進させる反応場を構成するものである。   As shown in FIG. 1, the in-situ XAFS analyzer according to the present embodiment includes a stirrer 1 with a heater as a reaction means, a liquid feed pump 2, a measurement cell 3, pipes 4 and 5, a 7-element SDD8, and an X-ray source. (Not shown). Here, the stirrer 1 with a heater is a device that has a heater as a heating means and uniformly stirs a solution 11 containing a trace amount substance that is a sample stored in a reaction vessel 1A. That is, it constitutes a reaction field that promotes a specific reaction.

送液ポンプ2は往路となる管路4及び復路となる管路5を介して反応容器1A内で所定の反応が進行している溶液11をヒータ付きスターラ1と測定セル3との間で循環させる。   The liquid feed pump 2 circulates a solution 11 in which a predetermined reaction is proceeding in the reaction vessel 1 </ b> A between the stirrer 1 with a heater and the measurement cell 3 through a pipeline 4 serving as a forward path and a pipeline 5 serving as a return path. Let

測定セル3は、流入する溶液11を一旦貯留した後流出させる貯留部3Aを有して流入した溶液11の一様性を維持するとともにX線源(図示せず)から放射した入射X線12を貯留部3A内の溶液11に照射するための受光窓3Bを有している。   The measurement cell 3 has a storage portion 3A for temporarily storing the inflowing solution 11 and then outflowing it to maintain the uniformity of the inflowing solution 11 and radiate incident X-rays 12 emitted from an X-ray source (not shown). Has a light receiving window 3B for irradiating the solution 11 in the reservoir 3A.

7素子SDD8は、X線の照射により溶液11が放射する蛍光X線13を受光窓3Bを介して受光することにより溶液11中の微量物質を分析する検出手段であり、従来の半導体素子検出器(SSD)に比べ、より高フラックスのX線計測を可能にしたシリコンドリフト検出器(SDD)を幾何学的に7素子配置することにより、溶液11中に含まれる10mg/kg以下の微量物質に対してもXAFS分析を適用可能にしたものである。   The 7-element SDD 8 is a detecting means for analyzing a trace amount substance in the solution 11 by receiving the fluorescent X-ray 13 emitted from the solution 11 by X-ray irradiation through the light receiving window 3B, and is a conventional semiconductor element detector. Compared to (SSD), the silicon drift detector (SDD), which enables X-ray measurement of higher flux, is geometrically arranged in 7 elements, so that the trace amount of 10 mg / kg or less contained in the solution 11 can be reduced. The XAFS analysis can also be applied to this.

これらのうち測定セル3は、図2及び図3にさらに詳細に示すように、X線に対する干渉を防ぐためセル本体3Cをアクリル製とし、管路4に一体的に連通するようセル本体3Cに形成された流入路3Gを介して上部から注入された溶液11が貯留部3Aでセル本体3Cの表面を下から上に向かって流れ、管路5に一体的に連通するようセル本体3Cに形成された流出路3Hを介して再び上部から管路5に抜ける構造としている。ここで、Oリング3DとX線透過性の高いポリエステル製のマイラーフィルム3Eをはさみ、中心に受光窓3Bが開いたアクリル製のセルカバー3Fをセル本体3Cにアクリル製のネジ9及びナット10で固定することによって溶液11の漏れを防いでいる。ここで、貯留部3Aは円形の凹部としてセル本体3Cの中央部に形成するとともに、流入路3Gの端部である流入口3Iが貯留部3Aの下部に開口するとともに、流出路3Hの端部である流出口3Jが貯留部3Aの上部に開口し、さらに受光窓3Bが貯留部3Aの中央部に臨むように構成してある。特に、本形態では流入口3I及び流出口3Jが貯留部3Aの鉛直方向の中心線上で開口している。ここで、流入口3I及び流出口3Jの配置は本形態のものが最適である。流入口3Iを介して貯留部3Aに流入した溶液11が貯留部3A内で場の乱れを生起することなく上部に移動し、流出口3Jを介して最も良好に溶液11の一様性を維持しながら排出される一方、流入口3Iと流出口3Jの間の最も静的な場である中央部の溶液11に受光窓3Bを介して入射X線12が照射されるからである。   Among these, as shown in more detail in FIGS. 2 and 3, the measurement cell 3 is made of acrylic in order to prevent interference with X-rays, and is connected to the cell body 3 </ b> C so as to communicate with the conduit 4 integrally. The solution 11 injected from the upper part through the formed inflow path 3G flows from the bottom to the top of the cell body 3C in the reservoir 3A, and is formed in the cell body 3C so as to communicate with the conduit 5 integrally. The structure is such that the pipe 5 is again released from the upper part through the outflow passage 3H. Here, an O-ring 3D and a Mylar film 3E made of polyester with high X-ray transparency are sandwiched, and an acrylic cell cover 3F having a light receiving window 3B at the center is attached to the cell body 3C with acrylic screws 9 and nuts 10. By fixing, leakage of the solution 11 is prevented. Here, the storage portion 3A is formed as a circular recess at the center of the cell body 3C, and the inflow port 3I that is an end portion of the inflow passage 3G opens to the lower portion of the storage portion 3A, and the end portion of the outflow passage 3H. The outlet 3J is an opening in the upper part of the storage part 3A, and the light receiving window 3B faces the central part of the storage part 3A. In particular, in this embodiment, the inflow port 3I and the outflow port 3J are open on the vertical center line of the storage portion 3A. Here, the arrangement of the inflow port 3I and the outflow port 3J is optimal in this embodiment. The solution 11 that has flowed into the reservoir 3A via the inlet 3I moves to the upper part without causing field disturbance in the reservoir 3A, and the uniformity of the solution 11 is best maintained via the outlet 3J. While being discharged, incident X-rays 12 are irradiated through the light receiving window 3B to the central solution 11 which is the most static field between the inlet 3I and the outlet 3J.

ただ、攪拌等により動的な場となっている反応容器1A内の溶液11の影響を受けないような静的な場に貯留部3A内の溶液11がなっていれば上述の如き構成に限定するものではない。反応容器1A内の溶液11の一様性が貯留部3Aでも維持できていれば良いからである。   However, as long as the solution 11 in the reservoir 3A is in a static field that is not affected by the solution 11 in the reaction vessel 1A that is a dynamic field due to stirring or the like, the configuration is limited to the above. Not what you want. This is because the uniformity of the solution 11 in the reaction vessel 1A only needs to be maintained in the reservoir 3A.

また、貯留部3Aの表面は受光窓3Bと平行な平面として形成するのが最適である。貯留部3Aの溶液11の表面に浅い角度で入射X線12を入射させることができ、最も効率的に蛍光X線13を貯留部3Aの溶液11から放射させることができるからである。   Moreover, it is optimal to form the surface of the storage portion 3A as a plane parallel to the light receiving window 3B. This is because the incident X-rays 12 can be incident on the surface of the solution 11 in the storage unit 3A at a shallow angle, and the fluorescent X-rays 13 can be emitted from the solution 11 in the storage unit 3A most efficiently.

かくして、ヒータ付きスターラ1の反応容器1A内では特定の反応が良好に進行するとともに、溶液11は、送液ポンプ2によって反応容器1Aと測定セル3との間を循環するため、貯留部3Aの溶液11は常時入れ替わり反応容器1A内で進行している反応過程を静的な場である貯留部3A内で再現させることができる。すなわち、測定セル3は、貯留部3Aに流入した溶液11の一様性を維持しつつ溶液11を入れ替えることができるので、X線源(図示せず)から放射した入射X線12を貯留部3A内の溶液11に照射して得る蛍光X線13を7素子SDD8で受光して分析することにより溶液11中の微量物質のin-situ XAFS分析を行うことができる。   Thus, the specific reaction proceeds satisfactorily in the reaction vessel 1A of the stirrer 1 with a heater, and the solution 11 circulates between the reaction vessel 1A and the measurement cell 3 by the liquid feed pump 2, so The solution 11 is constantly changed, and the reaction process proceeding in the reaction vessel 1A can be reproduced in the reservoir 3A which is a static field. That is, since the measurement cell 3 can replace the solution 11 while maintaining the uniformity of the solution 11 that has flowed into the storage unit 3A, the incident X-rays 12 emitted from an X-ray source (not shown) are stored in the storage unit. In-situ XAFS analysis of trace substances in the solution 11 can be performed by receiving and analyzing the fluorescent X-rays 13 obtained by irradiating the solution 11 in 3A with the 7-element SDD8.

今回、本発明者等は、上述の如きin−situ XAFS分析装置を用いて反応過程にある溶液中の微量物質であるセレン(Se)にin−situ XAFS分析を適用した。また、同装置を用いてMnによるSe(IV)の酸化抑制機構についてin-situ XAFS分析に基づく検討を行った。そこで、これらを第1乃至第2の実施例とする本発明に係るin-situ XAFS分析方法を説明しておく。この場合のそれぞれの測定条件を表1に示す。   This time, the present inventors applied in-situ XAFS analysis to selenium (Se), which is a trace substance in the solution in the reaction process, using the in-situ XAFS analyzer as described above. In addition, using the same apparatus, the mechanism of suppressing the oxidation of Se (IV) by Mn was examined based on in-situ XAFS analysis. Therefore, an in-situ XAFS analysis method according to the present invention using these as the first to second embodiments will be described. Table 1 shows the measurement conditions in this case.

表1において、Se(IV)は試薬のSeOを水に溶解させて調整したものを使用した。また、溶液中の形態はSe(IV)O 2−であり、表中の値はSeとしての濃度である。 In Table 1, Se (IV) was prepared by dissolving the reagent SeO 2 in water. Also, the form in solution Se (IV) O 3 is 2, the value in the table is the concentration of the Se.

表1において、S 2−は試薬のKを水に溶解させて調整したものを使用した。また、表中の値はS 2−としての濃度である。 In Table 1, S 2 O 8 2− used was prepared by dissolving K 2 S 2 O 8 as a reagent in water. The value in the table is the concentration of the 2- S 2 O 8.

表1において、Mn(II)は試薬のMn標準液を水で希釈したものを使用した。   In Table 1, Mn (II) used was a reagent Mn standard solution diluted with water.

さらに、この場合の各XAFS分析の測定条件を表2に示す。   Furthermore, Table 2 shows the measurement conditions for each XAFS analysis in this case.

この場合のXAFS分析では、Se−K吸収端(12.655keV)及びMn-K吸収端(6.538keV)前後で入射するX線のエネルギーを連続的に変えて行い、入射X線12の強度と入射スリットで制限するとともに、7素子SDD8の感度や測定セル3との距離を変えることにより、1回あたりの分析時間を約60分に調整した。また、本実施例では比較のために測定対象元素であるSe、Mnを含む各種標準物質、ならびに反応時に生成した沈殿についてもXAFS分析を行った。   In the XAFS analysis in this case, the X-ray energy incident around the Se-K absorption edge (12.655 keV) and the Mn-K absorption edge (6.538 keV) is continuously changed, and the intensity of the incident X-ray 12 is determined. The analysis time per time was adjusted to about 60 minutes by changing the sensitivity of the 7-element SDD8 and the distance to the measurement cell 3. Further, in this example, for comparison, XAFS analysis was also performed on various standard substances containing Se and Mn as measurement target elements and precipitates generated during the reaction.

さらに、本実施例におけるXAFS分析は、SPring−8産業用専用ビームラインBL16B2にて実施した。偏光電磁石からの放射光源が利用可能なBL16B2では、広い波長領域(3.5〜130keV相当)の白色X線が利用できることから、幅広い元素に対して安定で精度の高いZAFS測定が可能であるという特徴を有している。   Further, the XAFS analysis in the present example was performed at SPring-8 industrial dedicated beam line BL16B2. In BL16B2, which can use a radiation source from a polarized electromagnet, white X-rays in a wide wavelength region (equivalent to 3.5 to 130 keV) can be used, so that stable and highly accurate ZAFS measurement is possible for a wide range of elements. It has characteristics.

一般的な透過法によるXAFS測定では、元素固有のX線吸収端エネルギー近傍において、測定試料のX線吸収率の測定を行うが、対象元素が低濃度である場合はIO(入射X線強度)とI(透過X線強度)の差が小さく、精度の良い吸光度の測定が出来ない。そこで今回の実験では、試料に照射したX線にともない発生する蛍光X線を透過X線の代わりに測定する蛍光法を採用した。発生する蛍光X線の強度は、吸収されたX線強度に比例するため、これを入射X線のエネルギーに対してプロットすることによって透過法と同様のXAFSスペクトルが得られる。そこで、本実施例に係るin−situ XAFS分析は、すべて蛍光法で実施した。   In the XAFS measurement by a general transmission method, the X-ray absorption rate of the measurement sample is measured in the vicinity of the X-ray absorption edge energy specific to the element. If the target element has a low concentration, IO (incident X-ray intensity) And I (transmission X-ray intensity) are small, and it is impossible to measure the absorbance with high accuracy. Therefore, in this experiment, a fluorescence method was adopted in which the fluorescent X-ray generated with the X-ray irradiated to the sample was measured instead of the transmitted X-ray. Since the intensity of the generated fluorescent X-rays is proportional to the absorbed X-ray intensity, the XAFS spectrum similar to the transmission method can be obtained by plotting this against the incident X-ray energy. Therefore, all in-situ XAFS analyzes according to this example were performed by the fluorescence method.

<反応過程にある溶液中のセレン(Se)に対するin−situ XAFS分析方法>
溶液11中のSe濃度は100mg/lとし、試薬の二酸化セレン(Se(IV)O)の粉末を水に溶解させて調製した。この溶液11に酸化剤であるS 2−を、5,000mg/lとなるように加えた(表1の条件[1])。また、XAFS測定条件は表2におけるSe−K吸収端(12.655keV)に関するものである。
<In-situ XAFS analysis method for selenium (Se) in the solution in the reaction process>
The Se concentration in the solution 11 was 100 mg / l, and the powder of the reagent selenium dioxide (Se (IV) O 2 ) was dissolved in water. To this solution 11, S 2 O 8 2− which is an oxidizing agent was added so as to be 5,000 mg / l (condition [1] in Table 1). The XAFS measurement conditions relate to the Se-K absorption edge (12.655 keV) in Table 2.

かかる条件でin−situ XAFS分析により得たXAFSスペクトルを図4に示す。同図に示すように、Seを微量物質として含む溶液11のin−situ XAFS分析で得られたSe−K吸収端のXAFSスペクトルは、吸収端近傍に現れる吸収原子の局所電子構造や原子構造を反映したX線吸収端近傍構造(XANES:X−ray Absorption Near Edge Structure)と、XANES領域よりも高エネルギー側に現れる吸収原子周囲の定量的な局所構造を反映した広域X線吸収微細構造(EXAFS:Extended X−ray Absorption Fine Structure)とに分けられ、これらを解析することによって吸収原子の化学形態を特定することが可能となる。   FIG. 4 shows an XAFS spectrum obtained by in-situ XAFS analysis under such conditions. As shown in the figure, the XAFS spectrum of the Se-K absorption edge obtained by the in-situ XAFS analysis of the solution 11 containing Se as a trace substance shows the local electronic structure and atomic structure of the absorbing atom appearing near the absorption edge. X-ray absorption near edge structure (XANES) reflected, and wide-area X-ray absorption fine structure (EXAFS) reflecting quantitative local structure around absorbing atoms appearing on the higher energy side than the XANES region : Extended X-ray Absorption Fine Structure), and by analyzing these, it becomes possible to specify the chemical form of the absorbing atom.

また、図5はSeを微量物質として含む溶液11のin−situ XAFS分析で得られたSe−K吸収端のXAFSスペクトルの経時変化を示している。同図には、比較のためSe(IV)O 2−(0minに相当)とSe(VI)O 2−(標準液(std))とのXAFSスペクトルも併せて示した。 FIG. 5 shows a change with time of the XAFS spectrum of the Se-K absorption edge obtained by in-situ XAFS analysis of the solution 11 containing Se as a trace substance. In the figure, XAFS spectra of Se (IV) O 3 2− (corresponding to 0 min) and Se (VI) O 4 2− (standard solution (std)) are also shown for comparison.

図5に示すように、価数の違いによってピークトップをとるエネルギー値が異なっている。また、Se(VI)O 2−のスペクトルには、12.68keV付近で緩やかなピークが見られる。また、かかるin−situ分析で得られたXAFSスペクトルは、ピークトップをとるエネルギー値が時間の経過とともにSe(IV)(12.662keV)からSe(VI)(12.665keV)に向かってシフトしていることが確認された。また、Se(VI)の特徴である12.68keV付近のピークが反応時間の経過とともに徐々に現れた。これらの結果は、in−situ XAFS分析で得られたXAFSスペクトルが、Se(IV)からSe(VI)への形態変化を捉えたことを示している。ちなみに、図5に示すような鋭い吸収端の立ち上がりはホワイトラインと呼ばれ、吸収原子が酸素と結合している場合に現れるものであり、溶液11中のSeが、Se(IV)O 2−やSe(VI)O 2−のような酸素と結合した形態であることを意味している。 As shown in FIG. 5, the energy value taking the peak top differs depending on the valence. Further, in the spectrum of Se (VI) O 4 2− , a gentle peak is observed around 12.68 keV. Further, in the XAFS spectrum obtained by such in-situ analysis, the energy value taking the peak top shifts from Se (IV) (12.662 keV) to Se (VI) (12.665 keV) with the passage of time. It was confirmed that Moreover, a peak around 12.68 keV, which is a characteristic of Se (VI), gradually appeared with the passage of reaction time. These results indicate that the XAFS spectrum obtained by the in-situ XAFS analysis captured the morphological change from Se (IV) to Se (VI). Incidentally, the rising edge of the sharp absorption edge as shown in FIG. 5 is called a white line and appears when the absorbing atom is bonded to oxygen, and Se in the solution 11 is Se (IV) O 3 2. - which means that it is and Se (VI) form bound to O 4 2-oxygen like.

EXAFSスペクトルはフーリエ変換することによって動径分布関数のようなものが得られ、吸収原子の局所構造に関する情報が得られる。   The EXAFS spectrum is obtained by performing a Fourier transform to obtain a radial distribution function and information on the local structure of the absorbing atom.

図6は、本実施例に係るin−situ XAFS分析方法で得られたSeを微量物質として含有する溶液11のEXAFSスペクトルをフーリエ変換したものであり、横軸はSe原子とSe原子に配位している原子との距離、縦軸は配位数を表している。ここで、Se(IV)O 2−は3つのO原子、Se(VI)O 2−は4つのO原子がそれぞれSe原子に配位しており、Se−O間の距離は約1.5〜1.8Åであることが知られている。 FIG. 6 shows the Fourier transform of the EXAFS spectrum of the solution 11 containing Se as a trace substance obtained by the in-situ XAFS analysis method according to this example, and the horizontal axis is coordinated to Se atoms and Se atoms. The distance from the atom in question and the vertical axis represent the coordination number. Here, Se (IV) O 3 2− is coordinated with 3 O atoms, and Se (VI) O 4 2− is coordinated with 4 O atoms, respectively. It is known to be 5 to 1.8 mm.

図6では、Se−Oの原子間距離が約1.1〜1.4Åという結果が得られたが、XAFS解析では位相シフト項を含むため実際の距離よりも0.4Å程度短く表示されることを考慮すると、今回の測定結果は実際の原子間距離と良く一致していた。また、縦軸で表される酸素の配位数は、反応時間の経過とともに徐々に増加する傾向が見られた。このことから、本実施例に係るin−situ XAFS分析で得られたEXAFSスペクトルが、Se(IV)O 2−からSe(VI)O 2−への酸化反応の進行を捉えたものであることが明らかとなった。 In FIG. 6, the result that the inter-atomic distance of Se—O was about 1.1 to 1.4 mm was obtained. However, the XAFS analysis includes the phase shift term, and is displayed about 0.4 mm shorter than the actual distance. Taking this into account, the measurement results of this time were in good agreement with the actual interatomic distance. Further, the oxygen coordination number represented by the vertical axis tended to gradually increase with the lapse of the reaction time. From this, the EXAFS spectrum obtained by the in-situ XAFS analysis according to the present example captures the progress of the oxidation reaction from Se (IV) O 3 2− to Se (VI) O 4 2− . It became clear that there was.

さらに、混合物質のXAFSスペクトルを構成している複数の化学種がある程度特定できる場合、標準物質のXAFSスペクトルをもとにそれぞれの化学種の寄与を定量化することができる。本実施例で実施したin−situ XAFS分析の場合、溶液11にはSe(IV)とSe(VI)が含まれていることから、それぞれの標準試料のXAFSスペクトルをもとに線形フィッティング解析を行い、酸化反応過程における溶液中のSe(IV)とSe(VI)の割合を算出した。解析に際して、標準試料ならびにin−situ XAFS分析で得られた12.6〜12.8keVのエネルギー範囲のスペクトル(データポイント:607点)について、同一のバックグランド補正ならびに規格化処理を行った。   Furthermore, when a plurality of chemical species constituting the XAFS spectrum of the mixed material can be specified to some extent, the contribution of each chemical species can be quantified based on the XAFS spectrum of the standard material. In the case of the in-situ XAFS analysis performed in this example, since the solution 11 contains Se (IV) and Se (VI), linear fitting analysis is performed based on the XAFS spectrum of each standard sample. The ratio of Se (IV) and Se (VI) in the solution during the oxidation reaction process was calculated. In the analysis, the same background correction and normalization processing were performed for the standard sample and the spectrum (data point: 607 points) in the energy range of 12.6 to 12.8 keV obtained by in-situ XAFS analysis.

図7は線形フィッティングによる解析例(360min)を示しており、この場合の価数別のSeの存在割合はSe(IV)が41.719%、Se(VI)が58.281%という結果が得られた。   FIG. 7 shows an example of analysis by linear fitting (360 min). In this case, the existence ratio of Se by valence is 41.719% for Se (IV) and 58.281% for Se (VI). Obtained.

in−situ XAFS分析の定量性について検討するため、線形フィッティングによる解析結果と、同一条件での酸化反応過程にある溶液中のSe(IV)、Se(VI)の濃度をICP発光分析により定量した結果と比較した。その結果、図8に示すように、二つの手法により算出、分析したSe(IV)、Se(VI)の存在割合の時間変化はほぼ一致した。すなわち、本実施例に係るin−situ XAFS分析で得られたXAFSスペクトルが、Seの酸化反応の定量的な進行度合いを反映したものであることが明らかとなった。   In order to examine the quantitativeness of in-situ XAFS analysis, the analysis results by linear fitting and the concentrations of Se (IV) and Se (VI) in the solution in the oxidation reaction process under the same conditions were quantified by ICP emission spectrometry. Compared with the results. As a result, as shown in FIG. 8, the temporal changes in the existence ratios of Se (IV) and Se (VI) calculated and analyzed by the two methods almost coincided. That is, it has been clarified that the XAFS spectrum obtained by the in-situ XAFS analysis according to the present example reflects the quantitative progress of the oxidation reaction of Se.

なお、比較として行ったICP発光分析によるSeの定量分析では、図14で示したように還元工程の有無により全SeとSe(IV)をそれぞれ分析し、両者の差分をSe(VI)とした。すなわち、ICP発光分析は還元工程でSe(VI)が完全にSe(IV)に還元され、かつ水素化工程ですべてのSe(IV)が水素化されるという前提に基づいた分析方法である。また、酸を加えて加熱するなどの時間のかかる煩雑な操作を伴うため、その間にもSeの形態が変化する虞があり、完全に還元や水素化が起こると仮定しても、分析者の熟練度も含めた分析誤差の要因となる要素を多く含んでいると思われる。したがって、前処理も不要で形態変化を直接的に解析できるという点においては、ICP発光分析を用いた形態別の定量分析に比べてin−situ XAFS分析の方が有利であると考えられる。   In addition, in the quantitative analysis of Se by ICP emission analysis performed as a comparison, as shown in FIG. 14, all Se and Se (IV) were analyzed according to the presence or absence of the reduction step, and the difference between them was defined as Se (VI). . That is, the ICP emission analysis is an analysis method based on the premise that Se (VI) is completely reduced to Se (IV) in the reduction step and all Se (IV) is hydrogenated in the hydrogenation step. In addition, since it takes time and troublesome operations such as heating by adding an acid, there is a possibility that the form of Se may change during that time, and even if it is assumed that reduction or hydrogenation occurs completely, the analyst's It seems that it contains many factors that cause analysis errors including skill level. Therefore, in-situ XAFS analysis is considered to be more advantageous than quantitative analysis for each form using ICP emission analysis in that morphological changes can be directly analyzed without requiring pretreatment.

図8に示すように、両分析方法の結果が一致したことによって、in−situ XAFS分析の定量性が示されたと同時に、煩雑な前処理操作を伴うICPを用いた形態別定量分析の信頼性についても裏付けられたものと考えられる。   As shown in FIG. 8, the results of both analysis methods matched to demonstrate the quantitativeness of in-situ XAFS analysis, and at the same time, reliability of quantitative analysis by form using ICP with complicated preprocessing operations. It is thought that was also supported.

以上、詳述したように、本実施例によれば酸化反応過程にある溶液11中のSe(Se換算で100mg/l)に対してin−situ XAFS分析を適用し、得られたXAFSスペクトルを解析した結果、100mg/lという希薄な濃度であったにもかかわらず、Se(IV)からSe(VI)への形態変化を反映したXAFSスペクトルが得られた。さらに、EXAFSのフーリエ変換ではSeに配位する酸素数の変化を捉えることに成功した。また、XAFSスペクトルの線形フィッティングの結果から、定量的な反応の進行度合いを反映していることが明らかとなった。   As described above in detail, according to this example, in-situ XAFS analysis was applied to Se (100 mg / l in terms of Se) in the solution 11 in the oxidation reaction process, and the obtained XAFS spectrum was obtained. As a result of analysis, an XAFS spectrum reflecting a change in form from Se (IV) to Se (VI) was obtained despite the dilute concentration of 100 mg / l. Furthermore, the EXAFS Fourier transform succeeded in capturing changes in the number of oxygen coordinated to Se. Moreover, it became clear from the result of the linear fitting of the XAFS spectrum that the progress degree of quantitative reaction was reflected.

かくして本実施例に係るin−situ XAFS分析方法は溶液中におけるppmオーダーの微量な金属の酸化や還元反応、材料合成反応、固体試料からの溶出挙動など、様々な反応機構の解明につながる情報が得られる可能性があると考えられる。   Thus, the in-situ XAFS analysis method according to the present example has information that leads to the elucidation of various reaction mechanisms such as oxidation and reduction reactions of minute amounts of metals in the order of ppm in solution, material synthesis reactions, and elution behavior from solid samples. It is thought that there is a possibility to be obtained.

<MnによるSe(IV)の酸化抑止機構に関するin−situ XAFS分析>
燃焼排ガスの処理設備のひとつである湿式脱硫装置の排水には、燃料に由来するSeが含まれる場合がある。一般に排水中のSeはSe(IV)O 2−とSe(VI)O 2−の形態で存在する。これは、燃焼排ガス中のSe(IV)O(g)が湿式脱硫機置の吸収液に溶解してSe(IV)O 2−となり、強い酸化雰囲気である脱硫装置内においてSe(VI)O 2−が生成するためであると考えられている。
<In-situ XAFS analysis on mechanism of inhibiting oxidation of Se (IV) by Mn>
In some cases, wastewater from a wet desulfurization apparatus, which is one of the treatment facilities for combustion exhaust gas, contains Se derived from fuel. In general, Se in wastewater exists in the form of Se (IV) O 3 2- and Se (VI) O 4 2- . This is because Se (IV) O 2 (g) in the combustion exhaust gas is dissolved in the absorption liquid of the wet desulfurization apparatus to become Se (IV) O 3 2− , and in the desulfurization apparatus having a strong oxidizing atmosphere, Se (VI ) O 4 2− is considered to be generated.

脱硫排水中のSeのうち、Se(IV)は鉄を用いる凝集沈殿やイオン交換などの手法で処理できる。一方、Se(VI)はこのような手法では処理できないため、前処理としてSe(IV)または不溶性の金属Se(Se(0))まで還元する必要があり、微生物や造粒鉄を利用するなど、様々な手法が開発されている。なかでも、造粒鉄を用いたSeの還元除去装置についてはその効果が実証されているが、Seの還元当量の数十倍以上もの鉄を必要とし、また大量のスラッジ(水酸化鉄)が生成することから、スラッジ生成抑制技術の開発や処理コストの低減が課題となっている。   Of Se in the desulfurization effluent, Se (IV) can be treated by a technique such as coagulation precipitation using iron or ion exchange. On the other hand, since Se (VI) cannot be processed by such a method, it is necessary to reduce to Se (IV) or insoluble metal Se (Se (0)) as a pretreatment, such as using microorganisms or granulated iron. Various techniques have been developed. Among them, the effect of the reduction and removal apparatus for Se using granulated iron has been demonstrated, but it requires iron more than tens of times the reduction equivalent of Se, and a large amount of sludge (iron hydroxide) is required. Therefore, development of sludge generation suppression technology and reduction of processing costs are issues.

排水中のSeを処理する場合には、Se(VI)を還元して除去することに加えて、Se(IV)を酸化させない、すなわちSe(VI)の生成を抑制することも除去コストを低減させる手段の一つと考えられる。これに関して、本発明者等は、液体試料中のSe(Se(IV)、Se(VI)、Se(0))を形態別に定量する手法を提案するとともに、S 2−などの酸化性物質を含む水溶液中ではSe(IV)からSe(VI)への酸化反応が起こりやすくなることを発見した。さらに、Mnを添加することによってSeの酸化が抑制されると共に、生成したMnの沈殿にSeの一部が取り込まれることも見出した。 When treating Se in wastewater, in addition to reducing Se (VI) and removing it, Se (IV) is not oxidized, that is, suppressing generation of Se (VI) also reduces removal costs. It is considered as one of the means to make it. In this regard, the present inventors have proposed a method for quantifying Se (Se (IV), Se (VI), Se (0)) in a liquid sample according to form, and oxidizing such as S 2 O 8 2−. It has been found that an oxidation reaction from Se (IV) to Se (VI) is likely to occur in an aqueous solution containing an active substance. Furthermore, it has also been found that by adding Mn, oxidation of Se is suppressed and a part of Se is taken into the generated Mn precipitate.

本実施例は、かかる知見に基づくMnによるSe(IV)の酸化抑制機構について検討するため、図1に示す分析装置を用いてin-situ XAFS分析を実施したものである。   In this example, an in-situ XAFS analysis was performed using the analyzer shown in FIG. 1 in order to examine the mechanism of suppressing the oxidation of Se (IV) by Mn based on such knowledge.

図9はS 2−を含むSeの溶液11を実際の脱硫排水の温度に相当する50℃で保持した際のSe(IV)及びSe(VI)の濃度変化を示したものである。同図を参照すれば、Mn未添加の場合は、20時間後に完全にSe(VI)まで酸化されたのに対して、Mn添加時は48時間経過後もSe(IV)が存在しており、同時に生成したMnを主成分とする沈殿にSeの一部が取り込まれたことによる全Seの濃度の減少が見られていることが分かる。この結果は、MnがSe(IV)の酸化抑制、すなわちSe(VI)の生成抑制効果を有することを示す新たな発見である。ただ、かかるSeの酸化抑制に関与するMnの反応機構や沈殿に取り込まれたSeの形態などについては未解明である。このSeの酸化抑制機構の解明には、in−situ XAFS分析が極めて有効な分析手法のであると考えられる。 FIG. 9 shows a change in the concentration of Se (IV) and Se (VI) when the Se solution 11 containing S 2 O 8 2− is held at 50 ° C. corresponding to the actual temperature of the desulfurization waste water. . Referring to the figure, when Mn was not added, Se (VI) was completely oxidized after 20 hours, while Se (IV) was present after 48 hours when Mn was added. In addition, it can be seen that a decrease in the concentration of all Se due to the incorporation of a part of Se into the precipitate containing Mn as a main component at the same time. This result is a new discovery showing that Mn has an effect of suppressing oxidation of Se (IV), that is, Se (VI). However, the reaction mechanism of Mn involved in such oxidation inhibition of Se, the form of Se incorporated into the precipitate, etc. are still unclear. In-situ XAFS analysis is considered to be an extremely effective analytical method for elucidating the oxidation inhibition mechanism of Se.

そこで、本実施例においては、100mg/lのSeを含有する溶液11に酸化剤であるS 2−を5,000mg/lとなるように加え、さらに酸化抑制効果のあるMnを500mg/lとなるように添加して(表1の条件[2]参照)in−situ XAFS分析を実施した。ここで、Mnは市販の標準溶液(関東化学)であり、溶解しているMnの価数は2価である。in−situ XAFS分析の測定条件は表2のMn-K吸収端(6.538keV)に示す通りである。 Therefore, in this example, S 2 O 8 2− , which is an oxidizing agent, is added to the solution 11 containing 100 mg / l Se so as to be 5,000 mg / l, and Mn having an oxidation inhibiting effect is further added to 500 mg. In-situ XAFS analysis was performed (see condition [2] in Table 1). Here, Mn is a commercially available standard solution (Kanto Chemical), and the valence of dissolved Mn is bivalent. The measurement conditions for in-situ XAFS analysis are as shown in Table 2 for the Mn—K absorption edge (6.538 keV).

図10はMnを添加したSe溶液のin−situ XAFS分析で得られたXANESスペクトルの経時変化を示す図で、(a)がSe−K吸収端、(b)がMn−K吸収端をそれぞれ示す特性図である。   FIG. 10 is a diagram showing the change over time of the XANES spectrum obtained by in-situ XAFS analysis of the Se solution with Mn added, where (a) shows the Se-K absorption edge and (b) shows the Mn-K absorption edge. FIG.

図10(a)を参照すれば明らかな通り、本実施例においては反応開始から600分経過後までin−situ XAFSでの分析を行ったが、Mn未添加時(図4参照)のような顕著なピークトップエネルギー値のシフトや、Se(VI)の特徴である12.68keV付近のピークは見られない。   As is clear from FIG. 10 (a), in this example, in-situ XAFS analysis was performed until 600 minutes after the start of the reaction, as in the case where Mn was not added (see FIG. 4). A significant peak top energy value shift and a peak near 12.68 keV, which is a characteristic of Se (VI), are not observed.

また、図11は、反応中のXAFSスペクトルを線形フィッティング解析によりSe(IV)とSe(VI)に分離した結果と、ICP発光分析を用いた場合の形態別の定量分析結果を比較して示す特性図である。同図の特性は、両者とも、時間が経過してもSe(VI)への酸化はほとんど起こらないという結果を示している。このことから、Mn添加によりSeの酸化が抑制されたことが確認されるとともに、in−situ XAFS分析が高い定量性を有していることを再度示す結果となった。   Further, FIG. 11 shows a comparison between the results of separating the XAFS spectrum during the reaction into Se (IV) and Se (VI) by linear fitting analysis, and the results of quantitative analysis by form using ICP emission analysis. FIG. The characteristics shown in the figure show that both of them hardly oxidized to Se (VI) over time. From this, it was confirmed that the oxidation of Se was suppressed by the addition of Mn, and the result showed again that the in-situ XAFS analysis has high quantitativeness.

上述したように、Seの酸化抑制効果はMnの添加によるものである。ここで、図10(b)は、Mnに対するin−situ XAFS分析の結果を示しており、初期のMn(II)は6.551keV付近でピークトップをとったが、時間の経過と共にこのピークが減衰し、6.551keVに新たなピークが現れた。標準試料(Mn(IV)O(std))との比較から、これはMn(II)からMn(IV)へのシフトであることが判明した。すなわち、本実施例によりSeの酸化抑制効果を持つMn(II)自身がMn(IV)に酸化されたことが明らかとなった。 As described above, the oxidation suppression effect of Se is due to the addition of Mn. Here, FIG. 10 (b) shows the result of in-situ XAFS analysis for Mn, and the initial Mn (II) took the peak top around 6.551 keV. Attenuated and a new peak appeared at 6.551 keV. Comparison with a standard sample (Mn (IV) O 2 (std)) revealed that this was a shift from Mn (II) to Mn (IV). That is, according to the present example, it became clear that Mn (II) itself having an effect of suppressing oxidation of Se was oxidized to Mn (IV).

図12はMnを添加した際に生成した沈殿のXANESスペクトルを示す図で、(a)がSe−K吸収端、(b)がMn−K吸収端をそれぞれ示す特性図である。これらのうち図12(a)に示すように、沈殿試料は12.662keVでピークトップをとっており、標準試料であるSe(IV)O 2−のXANESスペクトルとの比較から、4価の形態であることが判明した。この結果から、具体的な化合物の形態は不明であるものの、溶液11中のSe(IV)は4価のままで沈殿に取り込まれることが判明した。 FIG. 12 is a diagram showing an XANES spectrum of a precipitate formed when Mn is added, and (a) is a characteristic diagram showing a Se-K absorption edge and (b) is a Mn-K absorption edge. Among these, as shown in FIG. 12 (a), the precipitation sample has a peak top at 12.662 keV, and from the comparison with the XANES spectrum of Se (IV) O 3 2− which is a standard sample, It turned out to be a form. From this result, it was found that although the specific form of the compound is unknown, Se (IV) in the solution 11 remains tetravalent and is taken into the precipitate.

一方、図12(b)は同一の沈殿試料ならびに初期のMn水溶液のMn−K吸収端におけるXANESスペクトルであり、比較として、価数の異なるMnを含む4種類の標準試料の測定結果を併せて記載した。Mn(II)O、Mn(III)、Mn(IV)Oは何れもMn酸化物であり、6.651keV、6.655keV、6.659keVのエネルギー値でそれぞれピークトップをとった。7価のKMn(VII)Oについては、吸収端前の6.54keV付近に鋭いプレエッジが現れるのが特徴的である。沈殿のスペクトルは6.6659keVでピークトップをとったことから、沈殿中のMnの価数は4価と考えられ、さらに吸収端のエネルギー値のみならず、6.54keV付近の緩やかなピークや吸収端よりも高エネルギー側でのスペクトルの形状など、標準のMn(IV)Oと一致したことから、この沈殿はMn(IV)Oであることが明らかとなった。 On the other hand, FIG. 12B is an XANES spectrum at the Mn-K absorption edge of the same precipitation sample and the initial Mn aqueous solution. For comparison, the measurement results of four types of standard samples containing Mn having different valences are also shown. Described. Mn (II) O, Mn (III) 2 O 3 , and Mn (IV) O 2 are all Mn oxides and peaked at energy values of 6.651 keV, 6.655 keV, and 6.659 keV, respectively. . The 7-valent KMn (VII) O 4 is characterized in that a sharp pre-edge appears in the vicinity of 6.54 keV before the absorption edge. Since the spectrum of precipitation was 6.6659 keV and peaked at the top, the valence of Mn in the precipitation was considered to be tetravalent. Furthermore, not only the energy value of the absorption edge but also a gentle peak and absorption around 6.54 keV. such as spectral shape of high-energy side of the edge, since it matches the standard of Mn (IV) O 2, the precipitate was found to be a Mn (IV) O 2.

以上詳述したように、SPring−8の産業用専用ビームラインBL16B2を用いたin−situ XAFS分析を通じてSeの酸化抑制機構について検討した結果、次のことが明らかとなった。
1) 酸化性物質(例えば,S 2−)によるSe(IV)からSe(VI)への酸化反応はMn(II)の存在によって抑制される。
2) やがてMn(II)は徐々に酸化され、Mn(IV)Oとして沈殿する。
3) 溶液中のSeの一部はこの沈殿に取り込まれ、Se(IV)として存在する。
As described above in detail, as a result of examining the oxidation inhibition mechanism of Se through in-situ XAFS analysis using the SPring-8 industrial dedicated beam line BL16B2, the following has been clarified.
1) The oxidation reaction from Se (IV) to Se (VI) by an oxidizing substance (for example, S 2 O 8 2− ) is suppressed by the presence of Mn (II).
2) Eventually Mn (II) is gradually oxidized and precipitates as Mn (IV) O 2 .
3) A part of Se in the solution is incorporated into this precipitate and exists as Se (IV).

図13に、XAFS分析の結果から推定されるMnによるSeの酸化抑制機構のイメージを示す。同図(a)に示すMn非共存時は、酸化剤(S 2−)の作用によりSe(IV)がSe(VI)に酸化されるが、同図(b)に示すMn共存時(Mn添加時)は酸化剤がSeではなくMnに優先的に作用するため、Mn(II)が酸化されてMn(IV)Oの沈殿が生成し、その結果としてSe(VI)が生成しにくくなるものと考えられる。このため、SeはSe(IV)として存在する時間が長くなり、生成したMn(IV)Oの沈殿に取り込まれるものと推定される。 FIG. 13 shows an image of the mechanism of inhibiting oxidation of Se by Mn estimated from the results of XAFS analysis. When Mn does not coexist as shown in FIG. 4A, Se (IV) is oxidized to Se (VI) by the action of the oxidizing agent (S 2 O 8 2− ), but Mn coexists as shown in FIG. At the time (when Mn is added), since the oxidizing agent acts preferentially on Mn, not Se, Mn (II) is oxidized and Mn (IV) O 2 precipitates are formed. As a result, Se (VI) becomes It is thought that it becomes difficult to generate. For this reason, it is presumed that Se exists as Se (IV) for a long time and is taken into the generated Mn (IV) O 2 precipitate.

一般的に、排水中でのMnは2価のイオン(Mn2+)の形態で存在する場合が多く、空気雰囲気ではほとんど酸化されないため、次式に示すように次亜塩素酸や過マンガン酸カリウムなどの酸化剤を加えてMnOの沈殿として処理されている。 In general, Mn in wastewater often exists in the form of divalent ions (Mn 2+ ) and is hardly oxidized in an air atmosphere, so hypochlorous acid or potassium permanganate as shown in the following formula: It is processed as a precipitate of MnO 2 by adding an oxidizing agent such as.

Mn2++NaClO+HO→MnO↓+NaCl+2H
3Mn2++2KMnO→5MnO↓+2K+4H
Mn 2+ + NaClO + H 2 O → MnO 2 ↓ + NaCl + 2H +
3Mn 2+ + 2KMnO 4 → 5MnO 2 ↓ + 2K + + 4H +

すなわち、本実施例では酸化剤として加えたS 2−によって溶液11中のMn2+がMnOとして沈殿したものと考えられる。in−situ XAFS分析の適用によって、反応に関与するMn,Seの価数や存在形態の特定など、これまで不明であった反応機構を明らかにすることができた。 That is, in the present embodiment is considered that Mn 2+ in S 2 O 8 2- by solution 11 was added as an oxidizing agent is precipitated as MnO 2. By applying in-situ XAFS analysis, it was possible to clarify reaction mechanisms that have been unknown so far, such as identification of valence and existence form of Mn and Se involved in the reaction.

Se(IV)の酸化抑制機構を完全に解明するには他にも様々な実験や分析が必要であるが、酸化反応過程にある溶液中のSe等に対してin−situ XAFS分析を適用できるようにすることにより以下の結果を得た。
1) 酸化反応過程にある溶液中のSeにin−situ XAFS分析を適用した結果、反応時間の進行に伴うSe(IV)からSe(VI)への形態変化を捉えることに成功した。
2) XAFSスペクトルの線形フィッティング解析により求めたSe(IV)とSe(VI)の濃度変化は、ICP発光分析による形態別の定量分析の結果とほぼ一致したことから、in−situ XAFS分析の結果が高い定量性を有していることが判明した。
3) in−situ XAFS分析を利用して、MnによるSeの酸化抑制機構について検討した結果、溶液11中のS 2−がSe(IV)ではなくMn(II)を酸化してMn(IV)Oの沈殿が生成するとともに、Se(IV)の一部がMn(IV)Oの沈殿に取り込まれることが明らかとなった。
In order to fully elucidate the oxidation inhibition mechanism of Se (IV), various other experiments and analyzes are required, but in-situ XAFS analysis can be applied to Se in solution in the oxidation reaction process. By doing so, the following results were obtained.
1) As a result of applying in-situ XAFS analysis to Se in a solution in the course of oxidation reaction, we succeeded in capturing the morphological change from Se (IV) to Se (VI) as the reaction time progressed.
2) Since the concentration change of Se (IV) and Se (VI) obtained by the linear fitting analysis of the XAFS spectrum almost coincided with the result of quantitative analysis by form by ICP emission analysis, the result of in-situ XAFS analysis Was found to have high quantitativeness.
3) As a result of examining the oxidation inhibition mechanism of Se by Mn using in-situ XAFS analysis, S 2 O 8 2− in solution 11 oxidizes Mn (II) instead of Se (IV), and Mn with precipitation of (IV) O 2 is produced, a part of Se (IV) was found to be incorporated in the precipitation of Mn (IV) O 2.

以上、本実施例によれば溶液中の微量物質の反応過程をin−situ XAFS分析により解明することができた。また、Se(IV)の酸化抑制に関わるMnの反応機構を解明することもできた。   As mentioned above, according to the present Example, the reaction process of the trace substance in a solution was able to be clarified by in-situ XAFS analysis. It was also possible to elucidate the reaction mechanism of Mn involved in the oxidation inhibition of Se (IV).

本発明は溶液に含まれる微量物質の分析を行う産業分野において有効に利用し得る。   The present invention can be effectively used in the industrial field in which trace substances contained in a solution are analyzed.

本発明の実施の形態に係るin−situ XAFS分析装置の全体を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole in-situ XAFS analyzer which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すin−situ XAFS分析装置の測定セル部分を抽出して示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which extracts and shows the measurement cell part of the in-situ XAFS analyzer shown in FIG. 図1に示すin−situ XAFS分析装置の測定セル部分を拡大して示す図で、(a)はその正面図、(b)はそのA−A線断面図である。It is a figure which expands and shows the measurement cell part of the in-situ XAFS analyzer shown in FIG. 1, (a) is the front view, (b) is the AA sectional view. Seを微量物質として含む溶液のin−situ XAFS分析で得られたSe−K吸収端のXAFSスペクトルを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the XAFS spectrum of the Se-K absorption edge obtained by the in-situ XAFS analysis of the solution containing Se as a trace substance. Seを微量物質として含む溶液のin−situ XAFS分析で得られたSe−K吸収端のXAFSスペクトルの経時変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the time-dependent change of the XAFS spectrum of the Se-K absorption edge obtained by the in-situ XAFS analysis of the solution containing Se as a trace substance. Seを微量物質として含有する溶液のEXAFSスペクトルをフーリエ変換したもので、横軸にSe原子とSe原子に配位している原子との距離、縦軸に配位数を採って示す特性図である。This is an EXAFS spectrum of a solution containing Se as a trace substance and is a Fourier transform, and is a characteristic diagram showing the distance between Se atoms and atoms coordinated to Se atoms on the horizontal axis and the coordination number on the vertical axis. is there. Seを微量物質として含有する溶液のin−situ XAFS分析において線形フィティング解析によるXANES領域の解析結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the analysis result of the XANES area | region by linear fitting analysis in the in-situ XAFS analysis of the solution which contains Se as a trace amount substance. Seを微量物質として含有する溶液のin−situ XAFS分析における線形フィッティングによる解析結果と、同一条件での酸化反応過程にある溶液中のICP発光分析により定量した結果と比較した特性図である。It is a characteristic diagram compared with the analysis result by the linear fitting in the in-situ XAFS analysis of the solution containing Se as a trace substance, and the result quantified by the ICP emission analysis in the solution in the oxidation reaction process on the same conditions. 2−を含むSeの溶液を実際の脱硫排水の温度に相当する50℃で保持した際のSe(IV)及びSe(VI)の濃度変化を示す特性図である。Is a characteristic diagram showing the change in concentration of S 2 O 8 2-a containing the Se solution when held at 50 ° C., which corresponds to the actual temperature of the desulfurization waste water Se (IV) and Se (VI). Mnを添加したSe溶液のin−situ XAFS分析で得られたXANESスペクトルの経時変化を示す図で、(a)がSe−K吸収端、(b)がMn−K吸収端をそれぞれ示す特性図である。The figure which shows the time-dependent change of the XANES spectrum obtained by the in-situ XAFS analysis of the Se solution which added Mn, (a) is a Se-K absorption edge, (b) is a characteristic view which shows a Mn-K absorption edge, respectively. It is. Mnを添加したSe溶液の反応中のXAFSスペクトルを線形フィッティング解析によりSe(IV)とSe(VI)に分離した結果と、ICP発光分析を用いた場合の形態別の定量分析結果を比較して示す特性図である。The XAFS spectrum during the reaction of the Se solution to which Mn was added was separated into Se (IV) and Se (VI) by linear fitting analysis, and the quantitative analysis results by form using ICP emission analysis were compared. FIG. Mnを添加した際に生成した沈殿のXANESスペクトルを示す図で、(a)がSe−K吸収端、(b)がMn−K吸収端をそれぞれ示す特性図である。It is a figure which shows the XANES spectrum of the precipitation produced | generated when Mn is added, (a) is a Se-K absorption edge, (b) is a characteristic view which respectively shows a Mn-K absorption edge. XAFS分析の結果から推定されるMnによるSeの酸化抑制機構のイメージを示す図で、(a)がMn非共存時、(b)がMn共存時(Mn添加時)をそれぞれ示す模式図である。It is a figure which shows the image of the oxidation suppression mechanism of Se by Mn estimated from the result of a XAFS analysis, (a) is a schematic diagram which respectively shows the time of Mn non-coexistence, and (b) the time of Mn coexistence (at the time of Mn addition). . ICP発光分析の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of ICP emission analysis.

符号の説明Explanation of symbols

1 ヒータ付きスターラ
2 送液ポンプ
3 測定セル
3A 貯留部
3B 受光窓
3I 流入口
3J 流出口
4,5 管路
11 溶液
12 入射X線
13 蛍光X線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stirrer with heater 2 Liquid feed pump 3 Measurement cell 3A Reservoir 3B Light receiving window 3I Inlet 3J Outlet 4,5 Pipe 11 Solution
12 Incident X-ray 13 Fluorescent X-ray

Claims (8)

微量物質を含む溶液を一様に攪拌するとともに前記溶液中の特定の反応を進行させる反応手段と、
前記溶液の流入口、流出口とともに前記流入口及び流出口の間に前記溶液の貯留部を有して前記溶液の一様性を維持し得るとともにX線源から放射したX線を前記貯留部内の溶液に照射するための受光窓を有する測定セルと、
前記X線を照射した前記溶液が放射する蛍光X線を前記受光窓を介して受光することにより前記溶液中の前記微量物質をその場で検出し得る検出手段と、
前記反応手段と前記測定セルとの間を連通する流路と、
前記流路の途中に介在されて前記反応手段と前記測定手段との間で前記溶液を循環させる送液ポンプとを具備することを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置。
A reaction means for uniformly stirring a solution containing a trace substance and causing a specific reaction in the solution to proceed;
In addition to the solution inlet and outlet, the solution reservoir is provided between the inlet and outlet, so that the uniformity of the solution can be maintained and X-rays emitted from the X-ray source are contained in the reservoir. A measuring cell having a light receiving window for irradiating a solution of
Detecting means capable of detecting the trace substance in the solution in situ by receiving fluorescent X-rays emitted from the solution irradiated with the X-rays through the light receiving window;
A flow path communicating between the reaction means and the measurement cell;
An in-situ X-ray absorption edge fine of a trace substance in the solution, comprising a liquid feed pump interposed in the middle of the flow path and circulating the solution between the reaction means and the measurement means Structural analysis device.
請求項1に記載する溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置において、
前記測定セルの前記流入口は前記貯留部の下部に開口するとともに、前記流出口は前記貯留部の上部に開口し、さらに前記受光窓は前記貯留部の中央部に臨むように構成したことを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置。
In the in-situ X-ray absorption edge fine structure analyzer of trace substances in the solution according to claim 1,
The inflow port of the measurement cell opens at the lower part of the storage unit, the outflow port opens at the upper part of the storage unit, and the light receiving window faces the central part of the storage unit. In-situ X-ray absorption edge fine structure analyzer for trace substances in solution.
請求項2に記載する溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置において、
前記流入口及び流出口は前記貯留部の鉛直方向の中心線上で開口していることを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置。
In the in-situ X-ray absorption edge fine structure analyzer of trace substances in the solution according to claim 2,
The in-situ X-ray absorption edge fine structure analyzer for trace substances in a solution, wherein the inflow port and the outflow port are opened on a center line in a vertical direction of the reservoir.
請求項1乃至請求項3の何れか一つに記載する溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置において、
前記貯留部の表面は前記受光窓と平行な平面であることを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置。
In the in-situ X-ray absorption edge fine structure analyzer for trace substances in the solution according to any one of claims 1 to 3,
An in-situ X-ray absorption edge fine structure analysis apparatus for trace substances in a solution, wherein a surface of the reservoir is a plane parallel to the light receiving window.
請求項1乃至請求項4に記載する溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置において、
前記反応手段は前記溶液の加熱手段を有することを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析装置。
In the in-situ X-ray absorption edge fine structure analyzer of trace substances in the solution according to claim 1,
The in-situ X-ray absorption edge fine structure analyzing apparatus for trace substances in a solution, wherein the reaction means includes a heating means for the solution.
微量物質を含む溶液を一様に攪拌するとともに前記溶液中の特定の反応を進行させる反応場から測定場における貯留部に前記溶液を流入させて貯留するとともに前記貯留部から前記溶液を流出させることで前記貯留部における前記溶液の一様性を維持しつつ前記溶液が入れ替わるよう前記反応場と前記測定場との間で前記溶液を循環させる一方、前記貯留部の前記溶液にX線を照射し、この結果照射された前記溶液から放射される蛍光X線を検出することにより前記溶液中の前記微量物質をその場で検出することを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析方法。   The solution containing a trace amount of substance is uniformly stirred and the solution is allowed to flow from a reaction field that causes a specific reaction in the solution to proceed to a storage part in a measurement field, and the solution is allowed to flow out from the storage part. The solution is circulated between the reaction field and the measurement field so that the solution is exchanged while maintaining the uniformity of the solution in the storage part, while the solution in the storage part is irradiated with X-rays. In-situ X-ray absorption edge of the trace substance in the solution, wherein the trace substance in the solution is detected in situ by detecting fluorescent X-rays emitted from the irradiated solution as a result Fine structure analysis method. 請求項6に記載する溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析方法において、
前記溶液は酸化剤ならびに自身が酸化され得る形態の微量物質とを含む溶液であり、前記蛍光X線を検出することにより前記溶液中の前記微量物質の酸化過程をその場で分析するものであることを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析方法。
In the in-situ X-ray absorption edge fine structure analysis method of the trace substance in the solution according to claim 6,
The solution is a solution containing an oxidizing agent and a trace substance in a form capable of being oxidized, and the oxidation process of the trace substance in the solution is analyzed in situ by detecting the fluorescent X-ray. An in-situ X-ray absorption edge fine structure analysis method for trace substances in a solution.
請求項6に記載する溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析方法において、
前記溶液は酸化剤ならびに自身が酸化され得る形態の微量物質とを含む溶液に、前記微量物質の酸化を抑制する可能性のある添加物を加えたものであり、前記蛍光X線を検出することにより前記溶液中における前記添加物による前記微量物質に対する酸化抑制効果をその場で分析するものであることを特徴とする溶液中の微量物質のその場X線吸収端微細構造分析方法。
In the in-situ X-ray absorption edge fine structure analysis method of the trace substance in the solution according to claim 6,
The solution is a solution containing an oxidizing agent and a trace substance in a form capable of being oxidized, to which an additive capable of suppressing oxidation of the trace substance is added, and the fluorescent X-ray is detected. The in-situ X-ray absorption edge fine structure analysis method for trace substances in a solution is characterized in that the effect of suppressing oxidation of the trace substances by the additive in the solution is analyzed in situ.
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