JP2015052579A - 基準溶液製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】海水、地下水、地表水等に含有されたラドン（Ｒｎ−２２０）、揮発性気体などの気相物質の測定に利用される種々の測定装備の校正に必要な気相物質の基準溶液の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】２個のポートを有し、所定気相物質の濃度を測定する気体成分検出器と、２個のポートを有し、所定気相物質を収容する気体容器と、２個のポートを有し、所定液相物質を収容する基準溶液製造容器と、それらのポートを連結するパイプラインと、バルブとを備え、パイプラインとバルブは、気体成分検出器が気体容器及び基準溶液製造容器と連結されないようにする第１のループと、気体成分検出器が気体容器とは連結され、基準溶液製造容器とは連結されないようにする第２のループと、気体成分検出器が気体容器とは連結されず、基準溶液製造容器とは連結されるようにする第３のループとを構成するように設置されて、バルブがループ間を切り換える。【選択図】図１

Description

本発明は、基準溶液製造装置及び製造方法に関し、具体的には、海水、地下水、地表水等に含有されたラドン（Ｒｎ−２２０）、揮発性気体などの気相物質の測定に利用される種々の測定装備の校正に必要な前記気相物質の基準溶液の製造装置及び製造方法に関する。

ラドンは、自然放射性系列のウラン系列（Ｕ−２３８）、アクチニウム系列（Ｕ−２３５）、そして、トリウム系列（Ｔｈ−２３２）の３種類の自然放射性崩壊系列から生成され、ラドンは、Ｒｎ−２２２（半減期３．８２日）、Ｒｎ−２１９（半減期３．９６秒）、及びＲｎ−２２０（半減期５５．６秒）の３つの同位元素として存在する。これら３つのラドン同位元素のうち、半減期が３．８２日として最も長いＲｎ−２２２を通常ラドンという。

ラドンは、ヘリウム（Ｈｅ）またはネオン（Ｎｅ）のような無色、無臭の不活性気体であって、吸入時、人体に非常に有害な物質として知られている。米国の国立癌センタ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｇｅｎｃｙ ｆｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃａｎｃｅｒ、ＩＡＲＣ）は、ラドンを石綿とともに、１級発癌物質と規定しており、米国の環境庁（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ、ＥＰＡ）は、喫煙の次の肺がん物質と規定している。

実際、ラドンの危害性は、ラドン自体よりは、ラドン娘核種等によるものがほとんどである。ラドンの娘核種は８種があるが、生成率と半減期を考慮するとき、人体に有害な代表的な核種は、Ｐｏ−２１８、Ｐｏ−２１４、Ｂｉ−２１４、Ｐｂ−２１４などである（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ＮＣＲＰ，１９８８）。これらのラドン娘核種は全て重金属等であって、ラドンとは全く異なる物理化学的性質を有し、エアゾールとか埃のような空気浮遊物質に容易に吸着される。

空気中に存在するラドンと浮遊物質に吸着されたラドンとの娘核種は、呼吸時、他の気相物質とともに人体に流入し、肺壁に蓄積された後、これらの崩壊過程で生成されるアルファ粒子に露出した肺組織細胞の変形により肺がんが誘発されることと知られている。

ラドンによる一般人の平均有効放射線被ばくは、ラドンを除いた全体自然放射能やＸ線撮影のような医療活動よりも高いことはもちろん、原子力発電所のような産業活動による影響より一層高いと知られている。ＥＰＡは、科学者達の計算値を基に、毎年５，０００〜２０，０００名の米国人がラドンによる肺がんで死亡すると報告している。

大気中のラドンとラドン娘核種の濃度は、周辺に分布する土壌の中のウラニウム含量に大きく左右され、大気中のラドンの約８０％が土壌表層から由来することと知られている。また、ラドンは、他の不活性気体より水に対する溶解度が高い。したがって、地下流動経路で接触する岩石や亀裂で放出されたラドンの運搬体役割をする地下水は、海水や河川水のような地表水に比べて１，０００〜１０，０００倍高いラドンを含有している。

ラドンは、人体有害物質だけでなく、物理化学的に極めて安定した不活性特性、地下水高含有特性などにより、保健学、環境学、海洋学、気候学など種々の分野で関心を受けている。近年、地下水の保存と確保、開発に対する関心が増加するにつれて、地下水と地表水の連携研究でラドンは非常に適した追跡子として利用されている。また、地下水の海洋または湖への流出による緑潮、赤潮などの発生要因の分析及び対策研究などに活発に利用されている傾向である。

このように、ラドンが種々の分野で関心を受けるようになるにつれて、これの測定装置と測定方法が持続的に開発されてきたのであり、現在まで開発された代表的なラドンの測定方法としては、ラドンの娘核種であるＰｂ−２１４とＢｉ−２１４を測定するガンマ線分光法、閃光セルを利用するルーカスセル（Ｌｕｃａｓ ｃｅｌｌｓ）方法、液体閃光溶液を利用する液体シンチレーションカウンタ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ、ＬＳＣ）方法等がある。放射性核種や化学成分の正確な測定のためには、測定に使用される装置の校正が先行されなければならない。このような装置の校正は、それに必要な基準物質、または標準物を用いて行うことが一般的である。

このような校正標準物は、均質性と長期間の安全性確保、そして、主成分一致（ｍａｔｒｉｘ ｍａｔｃｈｉｎｇ）がカギとなるが、不幸にもラドンの場合、前述したように、半減期が３．８２日で、標準物として使用するには長期的な安全性及び主成分一致の側面で適合でないため、現在まで商用化されたラドン基準溶液は開発されたことがない実情である。

このような問題のため、ラドン基準溶液の代りに、ラドンの直系母核種であるラジウム（Ｒａ−２２６、半減期１，６００年）が代替物質として商用化されている。しかし、このようなラジウム標準物は、複雑な過程を経てラジウム化合物を合成し、これを強酸に溶解させることにより製造される。したがって、ラジウム標準物を希釈させて使用する場合、地下水、海水、河川水、浸出水などのように、測定を望む実際測定対象物とは溶解されている物質が異なり、このため、測定不確実性が高まり、結果的に正確な装備の校正が困難である。ラドンの室内空気汚染度評価、ラドン追跡子を利用した地下水−地表水影響評価を正確にするためには、測定対象物と主成分とが一致するラドン基準溶液の開発が急な実情である。

特開２００３−３１５４６３号公報

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決するためのものであって、 測定装置の校正のために、主成分一致条件を確保できる所定気相物質の基準溶液を簡単に製造することができる基準溶液製造装置及び製造方法を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明の一態様に係る基準溶液製造装置は、２個のポートを有し、所定気相物質の濃度を測定する気体成分検出器と、２個のポートを有し、前記所定気相物質を収容する気体容器と、２個のポートを有し、所定液相物質を収容する基準溶液製造容器と、前記気体成分検出器、気体容器、及び基準溶液製造容器の前記ポートを連結するパイプラインと、前記パイプラインに設置されるバルブとを備え、前記パイプラインとバルブは、気体成分検出器が気体容器及び基準溶液製造容器と連結されないようにする第１のループと、気体成分検出器が気体容器とは連結され、基準溶液製造容器とは連結されないようにする第２のループと、気体成分検出器が気体容器とは連結されず、基準溶液製造容器とは連結されるようにする第３のループとを構成するように配列及び設置されて、前記バルブが前記ループ間を切り換える。

好ましくは、前記気体成分検出器の２個のポートがパイプラインにより気体容器の２個のポートと各々連結され、前記２個のパイプラインの中間にバルブが各々設置され、これらのバルブは、パイプラインにより互いに連結され、前記バルブの各々は、パイプラインにより基準溶液製造容器の２個のポートと連結され、前記バルブは、各々４方向バルブである。

好ましくは、前記気体成分検出器、気体容器、基準溶液製造容器は、直列に１つの閉ループをなすようにパイプラインにより互いに連結され、気体容器の２個のポート近傍のパイプラインにバルブが各々設置され、これらのバルブは、パイプラインにより互いに連結され、基準溶液製造容器の２個のポート近傍のパイプラインにバルブが各々設置され、これらのバルブは、パイプラインにより互いに連結され、前記バルブは、３方向バルブである。

好ましくは、前記気体成分検出器に隣接して設置されたポンプをさらに備える。
好ましくは、前記気体成分検出器に隣接して設置された乾燥管をさらに備える。
好ましくは、前記気体容器の各々のポートには開閉バルブが備えられる。
好ましくは、前記基準溶液製造容器は、基準溶液製造装置から分離可能に備えられ、隔膜キャップを含む二重キャップを備える。

本発明の他の態様に係る基準溶液製造方法は、前述した基準溶液製造装置を備えるステップと、気体容器及び基準溶液製造容器に所定気相物質及び所定液相物質を各々収容するステップと、前記第２のループを構成し、所定時間を維持するステップと、前記第１のループを構成し、所定時間を維持した後、前記気体成分検出器で前記第１のループ内の気相物質の濃度を測定するステップと、第３のループを構成し、所定時間を維持して基準溶液製造容器内で気相物質及び液相物質を平衡状態に到達させ、前記気相物質の基準溶液を得るし、前記気体成分検出器で前記第３のループ内の気相物質の濃度を測定するステップと、第１及び第３のループ内の気相物質の濃度、これらループの内部体積及び前記液相物質の体積と、ループ内の気相物質の物質収支に基づいて前記基準溶液内の気相物質の濃度を算出するステップとを含む。

好ましくは、前記第２のループを構成するステップ前に、前記第１のループをさらに構成し、前記気体成分検出器で前記第１のループ内の気相物質のバックグラウンド濃度を測定するステップをさらに含み、前記第２のループを構成するステップ後の第１及び第３のループにおいて、前記気体成分検出器で検出した気相物質濃度は前記バックグラウンド濃度を差し引くことにより補正する。

好ましくは、気体容器には、前記気相物質が発生する固相物質を収容する。
好ましくは、前記気相物質は、ラドンまたは揮発性気体を含む。

上記のように構成された本発明に係る基準溶液製造装置及び製造方法は、その構成が単純であり、所望の測定対象の液相物質を溶媒とする所望の測定対象の気相物質の基準溶液を簡単かつ正確に製造することができる。

特に、ラドンの基準溶液を製造する場合、ラドンの短い半減期による長期的な安全性を確保することは困難であるが、基準溶液を使用する現場で容易に製造可能であるため、安全性確保の問題をある程度解決することができる。

さらに、所望の測定対象の液相物質を溶媒として所望の測定対象の気相物質の基準溶液を製造するので、主成分一致条件を確保できるという利点がある。

本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、次の添付図面と関連して与えられた好ましい実施形態の以下の説明から明白になるはずであろう。
本発明の一実施形態に係る基準溶液製造装置の概略図である。 図１に示された製造装置を利用して基準溶液を製造する方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。 図１に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。 図１に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。 図１に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。 本発明の変形実施形態に係る基準溶液製造装置の概略図である。 図４に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。 図４に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。 図４に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。 図４に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

次に紹介される実施形態等は、当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るようにするために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下に説明された実施形態等に限定されず、他の形態で具体化されることもできる。図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張されて表現されることもできる。明細書の全体にわたって同じ参照符号は同じ構成要素を表す。

図１は、本発明の一実施形態に係る基準溶液製造装置の概略図であり、図２は、図１に示された製造装置を利用して基準溶液を製造する方法を説明するためのフローチャートであり、図３Ａ〜図３Ｄは、図１に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで構成されるループを示す図である。

本実施形態では、ラドンを所望の測定対象の気相物質の例としてラドン基準溶液を製造する装置及び方法について説明する。本発明は、気相物質が測定対象の液相物質に対して溶解される特性を利用したものであって、ラドンだけでなく、他の揮発性気体の基準溶液の製造にも適用され得る。すなわち、測定対象の気相物質として揮発性気体を用い、用いられた揮発性気体の濃度が測定可能であれば、当該揮発性気体の基準溶液の製造にも本発明が適用され得ることはもちろんである。

まず、図１に示すように、本発明の一実施形態に係るラドン基準溶液製造装置１００は、ラドンガスの濃度を検出するための気体成分検出器１１０と、ラドン濃縮ガスが収容される気体容器１３０と、所望の測定対象の液相物質が収容される基準溶液製造容器１５０と、前記気体成分検出器１１０、気体容器１３０、及び基準溶液製造容器１５０を互いに連結するパイプラインＰＬと、パイプラインＰＬの所定位置に設置されて、前記気体成分検出器１１０、気体容器１３０、基準溶液製造容器１５０、及びパイプラインＰＬで構成される複数の所定ループを切り換える複数のバルブ１７２、１７４とを備える。

前記気体成分検出器１１０は、内部にポンプが装着された形態であって、ラドンガスの濃度を検出するための成分検出部と、前記パイプラインＰＬに各々連結された入力ポート１１２及び出力ポート１１４とを備える。本実施形態において使用された気体成分検出器１１０は、内部にポンプが装着されているため、前記ポンプの作動により入力ポート１１２に連結されたパイプラインＰＬを介してラドンガスが流入し、成分検出部によりその濃度が測定された後、出力ポート１１４を介して流出する。

前記気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０は、基準溶液を製造するためのラドンガス及び液相物質を各々収容する密閉容器である。すなわち、蒸溜水、エタノールなどのような純粋な物質だけでなく、地下水、海水、河川水、浸出水などのような混合物の液相物質を溶媒とするラドン基準溶液を製造しようとする場合、前記基準溶液製造容器１５０には、蒸溜水、エタノール、地下水、海水、河川水、浸出水などの所望の測定対象の液相物質が収容され、前記気体容器１３０には、ラドン濃縮ガスが収容される。ここで、前記気体容器１３０には、ラドン濃縮ガスの代わりに、ラドンガスが発生する固相物質が収容されることが好ましい。このとき、基準溶液製造容器１５０には液相物質が部分的に満たされなければならない。前記気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０の各々には２個のポート（１３２、１３４）、（１５２、１５４）が備えられ、前記パイプラインＰＬに各々連結される。気体容器１３０の２個のポート１３２、１３４には、開閉バルブが各々設置されていることが好ましい。

特に、基準溶液製造容器１５０は、所望の測定対象の液相物質を収容した後、以下で説明されるステップを経て製造されるラドン基準溶液を収容するようになる。製造されたラドン基準溶液を使用するために、基準溶液製造容器１５０は開封されるようにキャップを備えることができ、本発明の基準溶液製造装置１００から除去可能でありうる。

ラドン基準溶液の製造後、基準溶液製造容器１５０内の液相物質に溶解されているラドンは、温度と圧力とによって空気中に揮発するようになり、容器のキャップなどの隙間に洩れる恐れがある。したがって、製造されたラドン基準溶液の使用時、キャップを開ける瞬間、ラドンガスが外部に放出されて基準溶液内のラドンガス濃度が変わるようになる。これを防止するために、基準溶液製造容器１５０には、内部の隔膜キャップ（ｓｅｐｔｕｍ ｃａｐ）と外部の密封キャップとからなる二重キャップ構造でなされることが好ましい。

また、ラドン基準溶液の製造後、基準溶液製造容器１５０を本発明の基準溶液製造装置１００から除去するためには、基準溶液製造容器１５０の２個のポート１５２、１５４に開閉バルブが各々設置されていることが好ましい。

前記気体成分検出器１１０の入力ポート１１２及び出力ポート１１４は、２個のパイプラインＰＬにより気体容器１３０の２個のポート１３２、１３４と各々連結される。このとき、前記２個のパイプラインＰＬの中間にバルブ１７２、１７４が各々設置され、これらのバルブ１７２、１７４は、パイプラインＰＬにより互いに連結される。また、前記バルブ１７２、１７４の各々は、パイプラインＰＬにより基準溶液製造容器１５０の２個のポート１５２、１５４に各々連結される。このとき、パイプラインＰＬに設置されたバルブ１７２、１７４は各々４方向バルブである。

このように、パイプラインＰＬ及びバルブ１７２、１７４が連結及び設置された状態でバルブ１７２、１７４を制御することにより、製造されたラドン基準溶液内のラドンガス濃度の測定のための所定のループ（Ｌｏｏｐ−０、Ｌｏｏｐ−１、Ｌｏｏｐ−２、及びＬｏｏｐ−３）を構成するようになる。

すなわち、バルブ１７２、１７４を制御することにより、図３Ａ及び図３Ｃに太線で表示されたように、気体成分検出器１１０が気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０と連結されないようにするループ（Ｌｏｏｐ−０またはＬｏｏｐ−１、すなわち、本実施形態の場合、図面符号１１０、１７２、１７４、１１０へと連結される閉ループ）を構成し、図３Ｂに太線で表示されたように、気体成分検出器１１０が気体容器１３０とは連結され、基準溶液製造容器１５０とは連結されないようにするループ（Ｌｏｏｐ−２、すなわち、本実施形態の場合、図面符号１１０、１７２、１３０、１７４、１１０へと連結される閉ループ）を構成し、また、図３Ｄに太線で表示されたように、気体成分検出器１１０が気体容器１３０とは連結されず、基準溶液製造容器１５０とは連結されるようにするループ（Ｌｏｏｐ−３、すなわち、本実施形態の場合、図面符号１１０、１７２、１５０、１７４、１１０へと連結される閉ループ）を構成するようになる。

このとき、前記ループのうち、ループ（Ｌｏｏｐ−１）及びループ（Ｌｏｏｐ−３）の内部体積は、製造されたラドン基準溶液内のラドンガス濃度の測定に利用される。これらループ（Ｌｏｏｐ−１、Ｌｏｏｐ−３）の内部体積には、当該パイプラインＰＬの内部体積はもちろん、気体成分検出器１１０の入力ポート１１２から出力ポート１１４までの内部経路の体積、基準溶液製造容器１５０の内部空間の体積及び／又はバルブ１７２、１７４の内部空間の体積を含むということに留意すべきである。これらループの内部体積は、基本的に各ループ内に存在する巨視的空間の体積のみを考慮する。したがって、基準溶液製造容器１５０の場合には、基準溶液製造容器１５０の全体内部体積から溶媒が占める体積を除いた空間の体積が当該ループの内部体積に含まれる。

次に、このように構成された製造装置１００を利用してラドンの基準溶液を製造する方法について図２及び図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明する。

まず、気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０に基準溶液を製造するためのラドンガス及び液相物質を各々収容する（Ｓ１１０）。このとき、製造装置１００は、気体成分検出器１１０が気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０と連結されないようにバルブ１７２、１７４を作動させて、すなわち、図３Ａに示されたように、気体成分検出器１１０の入力ポート１１２と出力ポート１１４とがパイプラインＰＬを介して連結されて構成されたループ（Ｌｏｏｐ−０）状態になければならない。このとき、気体容器１３０のポート１３２、１３４に開閉バルブが各々設置されており、これらのバルブが閉鎖された状態であれば、製造装置１００は、いかなるループ状態にあっても関係ない。

次いで、図３Ａに示されたループ（Ｌｏｏｐ−０）状態で気体成分検出器１１０を作動させる。このとき、構成されるループ（Ｌｏｏｐ−０）内には測定室内の空気が存在する。気体成分検出器１１０の作動時、その内部に備えられたポンプによりループ（Ｌｏｏｐ−０）内の空気が循環しつつ、気体成分検出器１１０内の成分検出部がループ（Ｌｏｏｐ−０）内の空気中に基本的に存在するラドンガスのバックグラウンド濃度（Ｃ_０）を測定する（Ｓ１２０）。すなわち、ラドンガスのバックグラウンド濃度（Ｃ_０）は、測定室、具体的には、製造装置１００及びパイプラインＰＬ内に基本的に存在するラドンガスの濃度である。向後構成されるループ（Ｌｏｏｐ−１、Ｌｏｏｐ−３）で測定されるラドンガスの濃度は、バックグラウンド濃度（Ｃ_０）を差し引いて補正することによりさらに正確に得られることができる。ただし、測定室に対する情報からラドンガスのバックグラウンド濃度が分かる場合であれば、バックグラウンド濃度（Ｃ_０）測定ステップが除外され得ることはもちろんである。

一方、気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０にラドンガス及び液相物質を各々収容するステップＳ１１０と、ラドンガスのバックグラウンド濃度（Ｃ_０）を測定するステップＳ１２０とは順序が互いに変わっても関係ない。

その後、バルブ１７２、１７４を作動させて、図３Ｂに示されたように、前記気体成分検出器１１０と気体容器１３０とが連結されたループ（Ｌｏｏｐ−２）を構成し、気体容器１３０内に濃縮されていたラドンガスをループ（Ｌｏｏｐ−２）内に流入させる（Ｓ１３０）。このとき、気体容器１３０のポート１３２、１３４に開閉バルブが各々設置されている場合であれば、これらのバルブは開放状態になければならない。前記ループ（Ｌｏｏｐ−２）状態は、ほぼ１０分ぐらい維持させることにより、ラドンガスをループ（Ｌｏｏｐ−２）内に均一に存在させる。このとき、気体成分検出器１１０内のポンプを作動させてラドンガスをループ（Ｌｏｏｐ−２）内で循環させることにより、均一状態に速かに到達できるようにする。

次いで、バルブ１７２、１７４を作動させて、図３Ｃに示されたように、これらのバルブ１７２、１７４が互いに直接連結されるように気体成分検出器１１０の入力ポート１１２と出力ポート１１４とがパイプラインＰＬを介して連結されたループ（Ｌｏｏｐ−１）を構成し、所定時間を維持した後、気体成分検出器１１０内の成分検出部がループ（Ｌｏｏｐ−１）内のラドンガス濃度（Ｃ_１）を測定する（Ｓ１４０）。このとき、前記ループ（Ｌｏｏｐ−１）内のラドンガス濃度（Ｃ_１）は、前記ステップＳ１２０で測定されたラドンガスのバックグラウンド濃度（Ｃ_０）を差し引くことにより補正することが好ましい。実質的に、ループ（Ｌｏｏｐ−０）とループ（Ｌｏｏｐ−１）とは、同じ経路を有するが、ループ内に存在する物質の濃度が相違して、互いに区別したものである。

次に、バルブ１７２、１７４を作動させて、図３Ｄに示されたように、前記気体成分検出器１１０と基準溶液製造容器１５０とが連結されたループ（Ｌｏｏｐ−３）を構成し、ループ（Ｌｏｏｐ−３）内のラドンガスが平衡状態に到達すれば、基準溶液製造容器１５０内ではラドン基準溶液が製造され、このとき、ループ（Ｌｏｏｐ−３）内のラドンガスの濃度（Ｃ_３）を測定する（Ｓ１５０）。図３Ｄに示されたようにループ（Ｌｏｏｐ−３）を構成すれば、ループ（Ｌｏｏｐ−１）内に存在していたラドンガスがループ（Ｌｏｏｐ−３）を介して基準溶液製造容器１５０内に流入し、流入したラドンガスは、その一部が基準溶液製造容器１５０内の液相物質に溶解されることによりラドン基準溶液が製造される。このとき、前記測定されたラドンガスの濃度（Ｃ_３）は、前記溶解が完了して平衡状態に到達した後に測定された値である。前記ループ（Ｌｏｏｐ−３）内のラドンガス濃度（Ｃ_３）も前記ステップＳ１２０で測定されたラドンガスのバックグラウンド濃度（Ｃ_０）を差し引くことにより補正することが好ましい。

このように、ラドン基準溶液が製造されれば、ループ（Ｌｏｏｐ−１、Ｌｏｏｐ−３）内のラドンガスの濃度（Ｃ_１、Ｃ_３）を利用して次のような手続きにより前記製造されたラドン基準溶液に溶解されたラドンガスの濃度（Ｃ_Ｌ）を算出する（Ｓ１６０）。

ループ（Ｌｏｏｐ−１）とループ（Ｌｏｏｐ−３）内のラドンガスの物質収支（ｍａｓｓ ｂａｌａｎｃｅ）は、次のとおりである。
Ｃ_１＊Ｖ_１＝Ｃ_３＊Ｖ_３＋Ｃ_Ｌ＊Ｖ_Ｌ （式１）

ここで、Ｃ_１及びＣ_３は、各々ループ（Ｌｏｏｐ−１）及びループ（Ｌｏｏｐ−３）でのラドンガス濃度であり、Ｖ_１及びＶ_３は、各々ループ（Ｌｏｏｐ−１）及びループ（Ｌｏｏｐ−３）の内部体積であり、Ｖ_Ｌは、基準溶液製造容器１５０内に収容された液相物質、または製造されたラドン基準溶液の体積である。Ｃ_１及びＣ_３は、前述したように、ステップＳ１４０及びステップＳ１５０で各々測定され、Ｖ_１、Ｖ_３、及びＶ_Ｌは、気体成分検出器１１０の内部経路、基準溶液製造容器１５０内部、それに収容された溶液及びパイプラインＰＬ内部の体積から得ることができ、これについては、下記でさらに説明する。

前記式１をＣ_Ｌに対してまとめると、ラドン基準溶液に溶解されたラドンガスの濃度が次のように算出される。
すなわち、Ｃ_Ｌ＝（Ｃ_１＊Ｖ_１−Ｃ_３＊Ｖ_３）／Ｖ_Ｌ （式２）

一方、Ｖ_１及びＶ_３の値は、各々次のように算出され得る。

まず、ループ（Ｌｏｏｐ−１）は、図面符号１１０、１７２、１７４、１１０へと連結されるループであって、その内部体積であるＶ_１は、気体成分検出器１１０の入力ポート１１２から出力ポート１１４までの内部経路の体積と、気体成分検出器１１０の入力ポート１１２からバルブ１７２とバルブ１７４とを経て気体成分検出器１１０の出力ポート１１４までのパイプラインＰＬの内部体積と、各バルブ１７２、１７４の内部経路の体積との合計である。気体成分検出器１１０及びバルブ１７２、１７４の内部経路の体積は、各々の規格から得ることができ、前記パイプラインＰＬの内部体積は、管の内径及び長さ、または重量法のような従来方法から求めることができる。

前記重量法とは、密度を知っている流体、例えば、蒸溜水をパイプラインＰＬ内に充填した後、充填された蒸溜水の質量から体積を求める方法である。

ループ（Ｌｏｏｐ−３）は、図面符号１１０、１７２、１５０、１７４、１１０へと連結されるループであって、その内部体積であるＶ_３は、気体成分検出器１１０の入力ポート１１２から出力ポート１１４までの内部経路の体積と、気体成分検出器１１０の入力ポート１１２からバルブ１７２、基準溶液製造容器１５０、及びバルブ１７４を経て気体成分検出器１１０の出力ポート１１４までのパイプラインＰＬの内部体積と、基準溶液製造容器１５０の全体内部体積から溶媒の体積（Ｖ_Ｌ）を差し引いた体積と、各バルブ１７２、１７４の内部経路の体積との合計である。気体成分検出器１１０の内部経路の体積、パイプラインＰＬの内部体積、及びバルブ１７２、１７４の内部経路の体積は、各々前述したように求めることができ、基準溶液製造容器１５０の体積は、容器の規格または重量法で得ることができる。

前記構成要素の各々の内部体積は、前述した方法以外の他の様々な方法により求めることができることはもちろんである。例えば、気体成分検出器１１０の内部経路体積は、本発明の装置を利用して次のように求めることができる。

前述した装置１００において、基準溶液製造容器１５０に液相物質を収容していない、空いている容器状態で前述したような基準溶液製造方法の一部ステップ（Ｓ１２０ないしＳ１５０）を行う。すなわち、気体成分検出器１１０により測定可能な気相物質を気体容器１３０に収容し、図３Ａに示されたループ（Ｌｏｏｐ−０）状態で気相物質のバックグラウンド濃度（Ｃ_０）を測定し（Ｓ１２０に対応）、図３Ｂに示されたループ（Ｌｏｏｐ−２）を構成して、気相物質をループ（Ｌｏｏｐ−２）内に均一に分布させ（Ｓ１３０に対応）、図３Ｃに示されたループ（Ｌｏｏｐ−１）で気相物質濃度（Ｃ_１）を測定し（Ｓ１４０に対応）、図３Ｄに示されたループ（Ｌｏｏｐ−３）を構成して所定時間を維持した後、ループ（Ｌｏｏｐ−３）内の気相物質濃度（Ｃ_３）を測定する（Ｓ１５０に対応）。次いで、次のような手続きにしたがって気体成分検出器１１０の内部経路体積を算出する。

ループ（Ｌｏｏｐ−１）とループ（Ｌｏｏｐ−３）内の気相物質の物質収支は、次のとおりである。
Ｃ_１＊Ｖ_１＝Ｃ_３＊Ｖ_３ （式３）

ループ（Ｌｏｏｐ−１）及びループ（Ｌｏｏｐ−３）の内部体積（Ｖ_１、Ｖ_３）をより具体的に区分すれば、次のとおりである。

ループ（Ｌｏｏｐ−１）の内部体積（Ｖ_１）は、気体成分検出器１１０の内部経路体積（Ｖ_ｄ）と、ループ（Ｌｏｏｐ−１）をなすパイプラインＰＬの内部体積（Ｖ_Ｐ１）と、２個のバルブ１７２、１７４の内部経路体積（Ｖ_Ｖ）との合計である。すなわち、Ｖ_１＝Ｖ_ｄ＋Ｖ_Ｐ１＋Ｖ_Ｖである。

ループ（Ｌｏｏｐ−３）の内部体積（Ｖ_３）は、気体成分検出器１１０の内部経路体積（Ｖ_ｄ）と、ループ（Ｌｏｏｐ−３）をなすパイプラインＰＬの内部体積（Ｖ_Ｐ３）と、空いた容器１５０の内部体積（Ｖ_Ｅ）と、２個のバルブ１７２、１７４の内部経路体積（Ｖ_Ｖ）との合計である。すなわち、Ｖ_３＝Ｖ_ｄ＋Ｖ_Ｐ３＋Ｖ_Ｅ＋Ｖ_Ｖである。

Ｖ_１及びＶ_３を前記式３に代入すれば、次の式が得られる。
Ｃ_１＊（Ｖ_ｄ＋Ｖ_Ｐ１＋Ｖ_Ｖ）＝Ｃ_３＊（Ｖ_ｄ＋Ｖ_Ｐ３＋Ｖ_Ｅ＋Ｖ_Ｖ） （式４）

前記式４を気体成分検出器１１０の内部経路体積Ｖ_ｄに対してまとめると、
Ｖ_ｄ＝（Ｃ_３＊（Ｖ_Ｐ３＋Ｖ_Ｅ）−Ｃ_１＊Ｖ_Ｐ１＋（Ｃ_３−Ｃ_１）＊Ｖ_Ｖ）／（Ｃ_１−Ｃ_３） （式５）
が得られる。

一方、前述した実施形態において、気体成分検出器１１０とバルブ１７２、１７４とは、測定者が各々個別的に作動させることもできるが、別の制御器をさらに設置して、気体容器１３０と基準溶液製造容器１５０とに測定しようとするラドンガス及び液相物質を収容した後、前述した製造／測定ステップを自動に行うようにすることもできる。

前述した実施形態によってラドン基準溶液を製造し、その濃度を測定するときの温度と圧力だけでなく、濃度測定時刻を共に測定して、製造されたラドン基準溶液の濃度の温度と圧力条件、及び濃度測定時刻を共に明示することが好ましい。

このように製造されたラドン基準溶液の濃度は、ラドンの短い半減期のため、時間の経過にしたがって下記の放射性崩壊式により減少される。
Ｃ_Ｌｔ＝Ｃ_Ｌ０＊ｅ^{（−λｔ）} （式６）

ここで、Ｃ_Ｌｔは、ラドン基準溶液の使用時のラドンガス濃度であり、Ｃ_Ｌ０は、ラドン基準溶液の製造時のラドンガス濃度（すなわち、式２においてＣ_Ｌ）であり、λは、ラドンの崩壊定数であって、０．００７５６ｈ^−１であり、ｔは、ラドン基準溶液のラドンガス濃度測定時刻からラドン基準溶液の使用時刻までの時間ｈである。

また、基準溶液製造容器１５０内に製造されたラドン基準溶液の気相−液相平衡分配係数（Ｋ_Ｌ／Ａ＝Ｃ_Ｌ／Ｃ_Ａ、ここで、Ｃ_Ａは、基準溶液製造容器１５０内へのラドン基準溶液を除いた空間でラドンガスの濃度である）、すなわち、ラドンの溶液／空気中分布比は温度によって変わり、これは、よく知られた次の式で表現される。
Ｋ_Ｌ／Ａ＝０．１０５＋０．４０５＊ｅｘｐ（−０．０５２Ｔ） （式７）

ここで、Ｔ（℃）は、使用時の溶液の温度であり、使用された溶液は水である。
すなわち、ラドン基準溶液の使用時には、その製造時ラドンガス濃度を測定した時刻から経過された時間ｔと使用時ラドン基準溶液の温度Ｔとを確認して、式６及び式７を利用してラドンガス濃度を補正しなければならない。

本発明では、測定対象の液相物質を基準溶液製造容器１５０に注入してラドン基準溶液を製造するので、製造されたラドン基準溶液と測定対象の液相物質の成分とが同じであって、測定装置の校正時、主成分一致条件が確保される。ただし、ラドン基準溶液と測定対象の液相物質の成分とが相違していると、分配係数も異なり得るので、これを補正すべきことはもちろんである。

次に、本発明の変形実施形態に係る基準溶液製造装置について説明する。図４は、本発明の変形実施形態に係る基準溶液製造装置の概略図であり、図５Ａ〜図５Ｄは、図４に示された製造装置を利用して基準溶液を製造するための各々のステップで形成されるループを示す図である。

本変形実施形態において、前述した実施形態の構成要素と同じ構成要素に対しては同じ図面符号を使用し、重複する説明は省略する。

図４に示すように、本発明の一実施形態に係る基準溶液製造装置１０１は、ラドンガスの濃度を検出するための気体成分検出器１２０と、ポンプ１２２と、ラドン濃縮ガスが収容される気体容器１３０と、所望の測定対象の液相物質が収容される基準溶液製造容器１５０と、前記構成要素を互いに連結するパイプラインＰＬと、パイプラインＰＬの所定位置に設置されて、前記気体成分検出器１２０、ポンプ１２２、気体容器１３０、基準溶液製造容器１５０、及びパイプラインＰＬで構成される複数の所定ループを切り換える複数のバルブ１８２、１８４、１８６、１８８とを備える。

前記気体成分検出器１２０は、ポンプが内蔵されていないという点を除いては、前述した実施形態の気体成分検出器１１０と同じものであって、前述した実施形態の気体成分検出器１１０の成分検出部に対応する構成要素であり、前記ポンプ１２２は、気体成分検出器１１０のポンプに対応する構成要素である。すなわち、本変形実施形態の気体成分検出器１２０及びポンプ１２２は、前述した実施形態の気体成分検出器１１０に内蔵された成分検出部とポンプとが分離された構成であって、気体成分検出器１１０と事実上同じ構成である。本発明に係る基準溶液製造装置においてポンプは、構成されるループ内のラドンガスがループ内で均一な状態になることを助ける機能をするので、これは事実上選択的構成要素である。したがって、本変形実施形態では、ポンプ１２２を除くこともでき、前述した実施形態でも気体成分検出器１１０はポンプが内蔵されていない形でありうる。

前記気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０は、前述した実施形態の気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０と同様である。

気体成分検出器１２０、ポンプ１２２、気体容器１３０、及び基準溶液製造容器１５０は、直列に１つの閉ループをなすように前記パイプラインＰＬにより互いに連結され、気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０の各々を通過せずに迂回する経路が各々追加される。すなわち、気体容器１３０の２個のポート近傍のパイプラインＰＬにバルブ１８２、１８４が各々設置され、バルブ１８２、１８４は、パイプラインＰＬにより互いに連結され、基準溶液製造容器１５０の２個のポート近傍のパイプラインＰＬにバルブ１８６、１８８が各々設置され、バルブ１８６、１８８は、パイプラインＰＬにより互いに連結される。

このように、パイプラインＰＬ及びバルブ１８２、１８４、１８６、１８８が連結及び設置された状態でバルブ１８２、１８４、１８６、１８８を制御することにより、前述した一実施形態と同じ経路を有するループ（Ｌｏｏｐ−０、Ｌｏｏｐ−１、Ｌｏｏｐ−２、Ｌｏｏｐ−３）が構成され得る。

すなわち、バルブ１８２、１８４、１８６、１８８を各々制御することにより、図５Ａ及び図５Ｃに示されたように、気体成分検出器１２０が気体容器１３０及び基準溶液製造容器１５０と連結されないようにするループ（Ｌｏｏｐ−０またはＬｏｏｐ−１、すなわち、本変形実施形態の場合、図面符号１２０、１８２、１８４、１８６、１８８、１２２、１２０へと連結される閉ループ）を構成し、図５Ｂに示されたように、気体成分検出器１２０が気体容器１３０とは連結され、基準溶液製造容器１５０とは連結されないようにするループ（Ｌｏｏｐ−２、すなわち、本実施形態の場合、図面符号１２０、１８２、１３０、１８４、１８６、１８８、１２２、１２０へと連結される閉ループ）を構成し、また、図５Ｄに示されたように、気体成分検出器１２０が気体容器１３０とは連結されず、基準溶液製造容器１５０とは連結されるようにするループ（Ｌｏｏｐ−３、すなわち、本実施形態の場合、図面符号１２０、１８２、１８４、１８６、１５０、１８８、１２２、１２０へと連結される閉ループ）を構成するようになる。

本変形実施形態では、前述した一実施形態と比較してパイプライン及びバルブの連結構成が多少変形され、バルブの個数が増加した。本変形実施形態で使用されるバルブは、その個数が増加するが、４方向でない３方向バルブである。

実質的に、バルブ１８２とバルブ１８８とを結合して１つの４方向バルブに代替し、バルブ１８４とバルブ１８６とを結合して１つの４方向バルブに代替すれば、前述した一実施形態と同じ構成となる。

このように構成された製造装置１０１を利用してラドン基準溶液を製造する方法は、前述した実施形態で説明された製造方法と同様である。

すなわち、気体容器１３０と基準溶液製造容器１５０とに基準溶液を製造するためのラドンガス及び液相物質を収容し（Ｓ１１０）、図５Ａに示されたループ（Ｌｏｏｐ−０）状態でラドンガスのバックグラウンド濃度（Ｃ_０）を測定し（Ｓ１２０）、図５Ｂに示されたループ（Ｌｏｏｐ−２）を構成してラドンガスをループ（Ｌｏｏｐ−２）内に均一に分布させ（Ｓ１３０）、図５Ｃに示されたループ（Ｌｏｏｐ−１）でラドンガス濃度（Ｃ_１）を測定し（Ｓ１４０）、図５Ｄに示されたループ（Ｌｏｏｐ−３）で平衡状態に到達するようにしてラドン基準溶液を製造し、ループ（Ｌｏｏｐ−３）内のラドンガスの濃度（Ｃ_３）を測定する（Ｓ１５０）。このように、ラドン基準溶液が製造され、ラドンガスの濃度（Ｃ_１、Ｃ_３）が測定されれば、前述した式２によってラドン基準溶液に溶解されたラドンガスの濃度を算出する（Ｓ１６０）。

このような変形実施形態において、気体成分検出器１２０とポンプ１２２とバルブ１８２、１８４、１８６、１８８とは、測定者が各々個別的に作動させることもできるが、別の制御器をさらに設置して、気体容器１３０と基準溶液製造容器１５０とに基準溶液を製造するためのラドンガス及び液相物質を収容した後、前記した製造／測定ステップを自動に行うようにすることもできる。

一方、前記実施形態及び変形実施形態において各構成要素、すなわち、気体成分検出器１１０または１２０、気体容器１３０、基準溶液製造容器１５０、パイプラインＰＬ、及びバルブが互いに連結され、ループ（Ｌｏｏｐ−０、Ｌｏｏｐ−１、Ｌｏｏｐ−２、及びＬｏｏｐ−３）を各々構成することができれば、それらの位置、順序、及び／または個数を変えていかなる他の形態でも変形が可能である。ただし、ポンプ１２２が含まれる場合、前記ポンプ１２２は、気体成分検出器１２０に隣接して設置されることが好ましい。

また、気体成分検出器１１０または１２０に隣接して乾燥管をさらに設置することができる。乾燥管内には乾燥剤が備えられ、これを通過する気相物質から水分を除去することになる。本発明に係る基準溶液製造装置１００または１０１において、ループ（Ｌｏｏｐ−１）が構成された状態でループ（Ｌｏｏｐ−１）内を循環する空気が乾燥管を通過することにより、ループ（Ｌｏｏｐ−１）内部、特に、気体成分検出器１１０または１２０内の水分を除去することにより、ラドンガスの濃度をより正確に測定することができる。

本発明のいくつかの実施形態について例示的に説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有した者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で様々な修正及び変形が可能であろう。したがって、前述した実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものでなく、単によりよく理解できるように説明するためのものと理解されなければならない。本発明の権利範囲は、このような実施形態によって限定されず、下記の請求の範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

１００、１０１ 基準溶液製造装置
１１０、１２０ 気体成分検出器
１２２ ポンプ
１３０ 気体容器
１５０ 基準溶液製造容器
１７２、１７４、１８２、１８４、１８６、１８８ バルブ
ＰＬ パイプライン

Claims (11)

1. ２個のポートを有し、所定気相物質の濃度を測定する気体成分検出器と、
   ２個のポートを有し、前記所定気相物質を収容する気体容器と、
   ２個のポートを有し、所定液相物質を収容する基準溶液製造容器と、
   前記気体成分検出器、気体容器、及び基準溶液製造容器の前記ポートを連結するパイプラインと、
   前記パイプラインに設置されるバルブと、
   を備え、
   前記パイプラインとバルブは、気体成分検出器が気体容器及び基準溶液製造容器と連結されないようにする第１のループと、気体成分検出器が気体容器とは連結され、基準溶液製造容器とは連結されないようにする第２のループと、気体成分検出器が気体容器とは連結されず、基準溶液製造容器とは連結されるようにする第３のループとを構成するように配列及び設置されて、前記バルブが前記ループ間を切り換えることを特徴とする基準溶液製造装置。
2. 前記気体成分検出器の２個のポートがパイプラインにより気体容器の２個のポートと各々連結され、前記２個のパイプラインの中間にバルブが各々設置され、これらのバルブは、パイプラインにより互いに連結され、前記バルブの各々は、パイプラインにより基準溶液製造容器の２個のポートと連結され、前記バルブは、各々４方向バルブであることを特徴とする請求項１に記載の基準溶液製造装置。
3. 前記気体成分検出器、気体容器、基準溶液製造容器は、直列に１つの閉ループをなすようにパイプラインにより互いに連結され、気体容器の２個のポート近傍のパイプラインにバルブが各々設置され、これらのバルブは、パイプラインにより互いに連結され、基準溶液製造容器の２個のポート近傍のパイプラインにバルブが各々設置され、これらのバルブは、パイプラインにより互いに連結され、前記バルブは、３方向バルブであることを特徴とする請求項１に記載の基準溶液製造装置。
4. 前記気体成分検出器に隣接して設置されたポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基準溶液製造装置。
5. 前記気体成分検出器に隣接して設置された乾燥管をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基準溶液製造装置。
6. 前記気体容器の各々のポートには開閉バルブが備えられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基準溶液製造装置。
7. 前記基準溶液製造容器は、基準溶液製造装置から分離可能に備えられ、隔膜キャップを含む二重キャップを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基準溶液製造装置。
8. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の基準溶液製造装置を備えるステップと、
   気体容器及び基準溶液製造容器に所定気相物質及び所定液相物質を各々収容するステップと、
   前記第２のループを構成し、所定時間を維持するステップと、
   前記第１のループを構成し、所定時間を維持した後、前記気体成分検出器で前記第１のループ内の気相物質の濃度を測定するステップと、
   第３のループを構成し、所定時間を維持して基準溶液製造容器内で気相物質及び液相物質を平衡状態に到達させ、前記気相物質の基準溶液を得るし、前記気体成分検出器で前記第３のループ内の気相物質の濃度を測定するステップと、
   第１及び第３のループ内の気相物質の濃度、これらループの内部体積及び前記液相物質の体積と、ループ内の気相物質の物質収支に基づいて前記基準溶液内の気相物質の濃度を算出するステップと、
   を含むことを特徴とする基準溶液製造方法。
9. 前記第２のループを構成するステップ前に、前記第１のループをさらに構成し、前記気体成分検出器で前記第１のループ内の気相物質のバックグラウンド濃度を測定するステップをさらに含み、前記第２のループを構成するステップ後の第１及び第３のループにおいて、前記気体成分検出器で検出した気相物質濃度は前記バックグラウンド濃度を差し引くことにより補正することを特徴とする請求項８に記載の基準溶液製造方法。
10. 気体容器には、前記気相物質が発生する固相物質を収容することを特徴とする請求項８に記載の基準溶液製造方法。
11. 前記気相物質は、ラドンまたは揮発性気体を含むことを特徴とする請求項８に記載の基準溶液製造方法。

Images