JP2013140081A - ヨウ素、セシウム検出用フィルターの加工法及び使用法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性同位元素で特に問題となるヨウ素、セシウムの簡便な特定と定量的検出用の白金ナノ粒子固定化マスクなどフィルターの加工法と使用法を提供する。
【解決手段】空気中、水中に存在するヨウ素及びセシウムをそれぞれナノ粒子との錯体などの集合体を形成することにより、低密度のヨウ素、セシウムを捕捉・濃縮する事ができ、その集合体の直接発色あるいはヨウ化カリ液を発色処理液とした発色により、該元素を定量的に検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、白金ナノ粒子の錯体など集合体形成反応・呈色反応を利用した空気中、液体中のヨウ素、セシウム検出用フィルターの加工法と使用法。

放射性物質は、地球上にも存在するが、その分布密度は低く、ヒトの健康に与える影響は殆どないと言われている。しかし、度重なる核実験、原子力発電所の事故等によって、大量の放射性ヨウ素、セシウムなどの揮発性元素が空気中に放出された。これらの元素の局地的集積によって、ヒトへの吸入、吸飲によって内部被爆によりガンの発生率が異常に高まる濃度までに達している例が報告されている。放射性同位元素の多くは無味、無臭、無色であるため、特殊な放射能(単位：ベクレル)測定機器なくしては検出出来ない厄介な汚染である。この汚染の簡便な検出法が必要とされている

放出された揮発性の放射性同位元素は、気流などによって遠くまで運ばれてしまう。チェルノブイリ原発の事故で放出された放射性同位元素が、短期間のうちにほぼ地球の裏側にある日本にまで運ばれ、雨滴、食品などからこれらの放射性同位元素が検出されて問題になった。福島原発の事故でも放射性同位元素はすでに広範な地域に飛散し、ヒトの健康を脅かす程の放射能（単位：シーベルト）が生態系の中で、また食品中でさえ検出されるに至っている。

代表的放射性同位元素ヨウ素（I131）は半減期が約８日と短いが、放射性同位元素セシウム（Cs137）は半減期が約３０年ということで、長期にわたって生命に影響を及ぼし続ける。これら放射性同位元素は、煮ても、焼いてもそれらの放射能はなくならない。福島原発の事故による放射性同位元素の集積被害は、これからも続く。従って、今日本では、様々な形で局地的に集積した放射性元素から己を守らなければならないが、本特許は放射能被爆から自らを守る簡便な危険性察知を可能にするものである。

放射能の検出には、専用の検出機器が必要である。しかも、各同位元素の特定や詳細な定量的解析には、放射線取扱い責任者の認定を受けたものの管理下で、専用の隔離施設をもった政府機関や大学などの研究機関でしか行えない。一般のヒトが特定の放射性同位元素の集積の危険性を知ることは大変難しい。
放射能の像を捉えるため、薄層クロマトグラフィに、発色試薬としてヨウ化白金試薬が用いられた例がある。しかし、一般のヒトが検出のために本法を簡単に応用できるものではない。

特開２０１１−２１９４２１号公報 特許第４８１０９７３号公報

水中、空気中のヨウ素、セシウムをマスクなどのフィルター上に捕捉、濃縮して、低濃度の該元素を検出感度をあげる必要がある。

該元素と白金ナノ粒子との錯体形成等の集合体形成反応によって濃縮した後に特定の波長で発色させて、検出精度を上げる必要がある。

ヨウ素と白金ナノ粒子との集合体形成反応によって特定の波長発色させて、検出の感度と精度を上げる必要がある。

セシウムは、白金ナノ粒子と集合体を淡黄色の沈殿が見られるが、この集合体をさらに顕著な発色に導くが必要がある。

白金ナノ粒子とヨウ素、及び白金ナノ粒子とセシウムとヨウ素の反応を先に溶液あるいは空気中で行わせ、その結果生じる集合体をマスクなどのフィルターによって捕捉できるかについても検討する必要がある。

請求項１に記載の発明によれば、空気中、水中に存在するヨウ素及セシウムをそれぞれ白金ナノ粒子との錯体など集合体形成により捕捉・濃縮できるようになる。これによって該元素の存在を鋭敏に検出できるようになる。

請求項２に記載の発明によれば、白金ナノ粒子とヨウ素とが反応すると８００nm以上の集合体を形成し、しかもこの集合体が特徴的な赤褐色を呈するため、ヨウ素の簡易定量的検出が可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、捕捉・濃縮したセシウム：白金ナノ粒子集合体は、さらにヨウ化カリ液噴霧やヨウ素ガス処理により灰褐色の集合体を形成するようになり、セシウムの特定と定量的検出ができるようになる。

本発明は、液状やガス状のヨウ素、溶液状のセシウムを、定量検出ができることを解明した。これにより、高価な放射能測定機器を用いないで、放射性同位元素の存在の危険性を予測できることから、本法は有効な放射性被爆の防止対策になりうると判断される。

白金ナノ粒子とヨウ素が８００nm以上の大きさで赤褐色の集合体を形成することを示す図 白金ナノ粒子希釈液を噴霧したマスクはヨウ素ガスの存在下で褐色に発色することを示す図 白金ナノ粒子とセシウムとの反応産物にヨウ化カリ液を反応させると、灰褐色を呈することを示す図 白金ナノ粒子液をマスクに噴霧して固定化後、セシウムと反応し集合体を形成する。この集合体にヨウ化カリ液を反応させると灰褐色になることを示す図 白金ナノ粒子：ヨウ素の複合体の呈色反応による検出限界は、ヨウ素１μgであることを示す図 白金ナノ粒子：セシウム：ヨウ素複合体の呈色反応による限界は、セシウム５μgであることを示す図

発明を実施するための方法

以下に本発明の一実施形態における白金ナノ粒子の調整法を記す。市販のヘキサクロロ白金酸、クエン酸ナトリウム、アスコルビン酸をそれぞれ最終濃度が２５０μM、２５０μM、２．５ mM になるように混合し、よく撹拌した後に一週間静置したものを白金ナノ粒子液（平均直径４nm）として主に使用した。

上記白金ナノ粒子液は、常温で保存できるが、冷蔵庫で保存するのが望ましい。

ヨウ化カリ溶液は、１％ヨウ化カリ水溶液に０．５％となるようにヨウ素を溶かして調整した。ヨウ素ガス処理は、ガラスシャーレの底皿に顆粒状ヨウ素を入れ、密閉状態に保ち、気化ガスの充満によって飽和ヨウ素ガス処理とした。この操作は、フード内で行った。

集合体の直径を把握するため孔径がそれぞれ25 nm, 50 nm 80 nm, 100 nm, 220 nm, 450 nm, 800 nm, 1μm、５μmで調整されたミリポア社製のニトロセルロースメンブレンフィルターディスク及び不織布を用いたマスクを用いたが、他の材質のフィルター、マスクであってもよい。

白金ナノ粒子液と等量のヨウ化カリ液とを混合すると直ぐに赤褐色になった。この２５μlを上記孔径の異なるフィルターディスクの上にミクロピペットを用いて載せたところ、孔径が８００ nm以下のフィルターディスクでは、赤褐色の懸濁液がディスク上に残ったが、孔径がそれ以上のフィルターディスクでは、赤褐色の液が濾過され、下に敷いてある濾紙に吸い取られて濾紙が着色した（図１参照）。このことから、平均直径４nmの白金ナノ粒子と溶液状態のヨウ素とが結合反応によって、直径８００ nm以上の集合体を形成し、同時に赤褐色を呈することがわかった。

上記ニトロセルロースメンブレンフィルターディスクに、白金ナノ粒子液をあらかじめ滴下して、乾燥させた後、ヨウ化カリ液を２５μl滴下した場合も、同様に赤褐色になり孔径８００ nm以下のフィルターディスク上にとどめられ、それ以上の孔径のフィルターディスクでは下に敷かれた濾紙に吸い取られた。このことから、フィルターディスクに固定化した白金ナノ粒子も８００nm以上の赤褐色の集合体を形成することが確認された。

市販のマスクにあらかじめ白金ナノ希釈液を噴霧し、乾燥後、気化ヨウ素ガスを充満させたタッパーウエアー内に保った。３時間後にマスクを観察した所、白金ナノ粒子を噴霧したマスクはヨウ素ガスによって黄変したが、無処理のマスクでは黄変しなかった（図２参照）。このことから、白金ナノ粒子液の噴霧で処理したマスクを使った場合でも、空気中のヨウ素ガスを検出できることがわかった。

２５０μM白金ナノ粒子液と２０％塩化セシウム液を等量混合した液を上記フィルターディスクに２５ μl載せると、孔径８００nm以下のフィルターディスク上で、わずかに淡黄色になった。フィルターディスクが乾燥後、２５μlの上記ヨウ化カリ溶液を滴下した所、顕著な灰褐色を呈した（図３参照）。なお、この灰褐色は、５０μlの蒸留水を加えた４回の濾過洗浄後もディスク上に残っていた。このことから、白金ナノ粒子がセシウムと反応して、直径 ８００nm以上の集合体を形成し、この集合体がヨウ化カリ液と反応して赤みがかった灰褐色を呈するようになると考えられた。
先に２５０μM白金ナノ粒子液を上記一定孔径の膜ディスクに２５μl滴下して乾燥後、塩化セシウム２５μl液を加えた場合も、最初わずかに淡い黄色を呈したが、乾燥後に上記０．５％ヨウ化カリ液を加えると、濃い赤みがかった灰褐色を呈した。この灰褐色は、孔径８００nm以下のディスクで顕著に観察された。このことから、ニトロセルロース膜上に白金ナノ粒子を固定した場合も、セシウムと反応して同様に８００ nm以上の集合体を形成し、この集合体にヨウ素を作用させると、灰褐色を呈するようになることがわかった。

２５０μM白金ナノ粒子希釈液をマスクに噴霧し、乾燥後に０．５％塩化セシウムを２５０μl滴下した。乾燥後に０．５％ヨウ化カリ液をさらに２５μl滴下すると、灰褐色を呈した（図４参照）。

２５０μM白金ナノ粒子を孔径５０μmのディスクに滴下し、乾燥後、これに０．５ %, ０．１ %, ０．０２%, ０．００４%, ０．００８%濃度のヨウ化カリ液を滴下して、検出限界を調べた所、赤褐色の呈色は弱まったが、０．００４％濃度で発色した（図５参照）。従って、種々サンプル中の１μgのヨウ素量まで肉眼で確認できた。

２５０μM白金ナノ粒子を孔径５０μmのフィルターディスクに滴下し、乾燥後、これに２０%, ２%, ０．２%, ０．０２%, ０．００２%の濃度の塩化セシウム液を滴下し、これらを乾燥させた後、ヨウ化カリ液を滴下したところ、０．０２％のセシウムまで灰黒色の呈色を観察できた（図６参照）。このことより、種々サンプル液中のセシウムを５μgまで本検出法により肉眼で確認できた。

Claims (3)

1. 空気中、水中に存在するヨウ素及セシウムと白金ナノ粒子との錯体など集合体形成により捕捉・濃縮することを特徴とするフィルターの加工法。
2. ヨウ素を捕捉・濃縮し、呈色反応によるヨウ素の定量的検出のため白金ナノ粒子を固定化することを特徴とするフィルターの使用法。
3. 集合体形成によりセシウムを捕捉・濃縮後、ヨウ化カリ液噴霧による呈色反応によって、セシウムを定量的検出するための白金ナノ粒子固定化することを特徴とするフィルターの使用法。