JP4925797B2 - ヨウ素分析方法および装置 - Google Patents

Description

本発明はヨウ素分析方法および装置に関し、特に、誘導結合プラズマ質量分析装置を用いてヨウ素を分析する方法および装置に関する。

ヨウ素１２９(¹²⁹I)とヨウ素１２７(¹²⁷I)の同位体比を求めるのに、誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)が利用される。ICP-MSとしては、リアクションセル付のものが用いられる。リアクションセルは、ダイナミックリアクションセルまたはコリジョンセルとも呼ばれる。リアクションセルの働きにより、他の同位体の干渉や妨害、バックグラウンドノイズ等が抑制され、高精度のヨウ素同位体比測定を行うことが可能である（例えば、非特許文献１参照）。
エー・ヴイ・イズマー、エス・エフ・ブーリガおよびジェイ・エス・ベッカー(A. V. Izmer, S. F. Boulyga and J. S. Becker)、六重極コリジョンセル付ＩＣＰ−ＭＳによる溶液または環境土壌中のヨウ素１２９／ヨウ素１２７の同位体比の決定(Determination of 129I/127I isotope ratios in liquid solutions and environmental soil samples by ICP-MS with hexapole collision cell)、「ジャーナル・オブ・アナリティカル・アトミック・スペクトロメトリ(Journal of Analytical Atomic Spectrometry)」、2003年、No. 18、p.1339-1345

ICP-MSでは、ヨウ素１２７に水素が２つ付いたIH2の干渉が問題となる。この干渉はリアクションセルでかなり低減できるとはいえ、試料が水溶性あるいは有機溶媒系のものである場合、IH2の発生量が多いので完璧に除去することは困難である。このため、分析可能な同位体比は１０の−６乗程度が限界となる。また、ICP-MSの検出器においては、ヨウ素１２７の信号強度がヨウ素１２９の６桁以上と大きいので、ヨウ素１２７の測定を連続的に行うと検出器が急速に劣化する。

そこで、本発明の課題は、IH2の干渉がないヨウ素分析方法および装置を実現することである。また、ヨウ素１２７の測定が連続しても検出器が劣化しないヨウ素分析方法および装置を実現することを課題とする。

上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、誘導結合プラズマ質量分析装置を用いてヨウ素を分析する方法であって、土壌試料をアルゴンガス雰囲気中で加熱してサンプルを気相状態にし、前記気相状態のサンプルをリアクションセル付の誘導結合プラズマ質量分析装置にそのまま導入して質量分析することを特徴とするヨウ素分析方法である。

上記の課題を解決するための他の観点での発明は、上記の発明において、前記質量分析を、リアクションセルのパラメータ設定により、検出感度がヨウ素１２７に関しては相対的に低くヨウ素１２９に関しては相対的に高い状態で行うことを特徴とするヨウ素分析方法である。

上記の課題を解決するための他の観点での発明は、誘導結合プラズマ質量分析装置を用いてヨウ素を分析する装置であって、土壌試料をアルゴンガス雰囲気中で加熱してサンプルを気相状態にする加熱炉と、前記気相状態のサンプルをそのまま導入して質量分析するリアクションセル付の誘導結合プラズマ質量分析装置を有することを特徴とするヨウ素分析装置である。

上記の課題を解決するための他の観点での発明は、上記の発明において、前記リアクションセル付の誘導結合プラズマ質量分析装置は、質量分析を、リアクションセルのパラメータ設定により、検出感度がヨウ素１２７に関しては相対的に低くヨウ素１２９に関しては相対的に高い状態で行うことを特徴とするヨウ素分析装置である。

本発明によれば、誘導結合プラズマ質量分析装置を用いてヨウ素を分析するにあたり、土壌試料をアルゴンガス雰囲気中で加熱してサンプルを気相状態にし、前記気相状態のサンプルを、リアクションセル付の誘導結合プラズマ質量分析装置にそのまま導入して質量分析するので、IH2の干渉がないヨウ素分析方法および装置を実現することができる。

また、前記質量分析を、リアクションセルのパラメータ設定により、検出感度がヨウ素１２７に関しては相対的に低くヨウ素１２９に関しては相対的に高い状態で行うので、ヨウ素１２７の測定が連続しても検出器が劣化しないヨウ素分析方法および装置を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にヨウ素分析装置の構成を模式的に示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、ヨウ素分析装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。本装置の動作によって、ヨウ素分析方法に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１に示すように、本装置は、加熱炉１００と誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)２００を有する。加熱炉１００には土壌試料３００が挿入される。土壌試料３００は、例えば、核関連施設等の周辺で採取され、前処理によりヨウ素をヨウ化パラジウムの形にしたものである。

加熱炉１００には、また、アルゴン(Ar)ガスが導入される。加熱炉１００は、アルゴンガス雰囲気中で土壌試料３００を加熱し、土壌試料３００に含まれているサンプルを気相状態にする。

気相状態のサンプルは、ICP-MS２００にそのまま導入される。すなわち、ネブライザ等による霧化を経ることなく、気相状態のサンプルが誘導結合プラズマ発生器(ICP)２１０に直接導入される。ICP２１０は、同時に導入されるアルゴンガスとともに、サンプルガスを誘導結合によってプラズマ化する。ネブライザを用いないので、プラズマには水素イオン(H⁺)は含まれない。あるいは、水素イオンが含まれたとしても、ネブライザを用いた場合に比べてはるかに少量である。

ICP２１０から放出されるプラズマ２１２は、第１の真空チャンバ２２０に、サンプリングコーン２２２のオリフィスを通じて吸入される。第１の真空チャンバ２２０内は、ポンプ２２４による吸引によって真空化されている。

第１の真空チャンバ２２０中のプラズマは、第２の真空チャンバ２３０に、スキマーコーン２３２のオリフィスを通じて吸入される。第２の真空チャンバ２３０内は、ポンプ２３４とポンプ２３６のタンデム吸引によって、さらに高度に真空化されている。

第２の真空チャンバ２３０内では、イオン光学系２３８により、プラズマ中の正イオンだけが選択的に収束されてリアクションセル２４０に送り込まれる。リアクションセル２４０は、第２の真空チャンバ２３０と第３の真空チャンバ２５０にまたがって存在し、第２の真空チャンバ２３０側に入口を有し、第３の真空チャンバ２５０側が出口を有する。

リアクションセル２４０の入口付近には、外部から酸素(O₂)ガスが導入される。この酸素ガスとの反応によって、ヨウ素と干渉するゼノン(Xe)イオンが除去される。なお、プラズマ２１２に水素イオン(H⁺)が含まれないことにより、IH2が発生せず、それによる干渉は発生しない。また、少量含まれる水素イオンによりIH2が発生したとしても、リアクションセル２４０による後述のアキシャルフィールド・テクノロジ(AFT)によって除去される。

リアクションセル２４０は四重極２４２を有し、それには、図示しない電圧源から電圧が印加される。印加電圧は高周波電圧に直流電圧を重畳したものとなっている。リアクションセル２４０は、四重極２４２に印加される電圧によって定まる質量通過帯域を持つものとなる。

リアクションセル２４０の質量通過帯域を決定する２つのパラメータは、

で与えられる。
ここで、
ｅ：電荷
Ｕ：直流電圧
Ｖ：高周波電圧
ｍ：質量
ω：高周波電圧の角周波数
ｒ：四重極内接円の半径
である。これらのパラメータは、リアクションセル２４０の質量通過帯域が所望の帯域となるように、使用者によって設定される。

リアクションセル２４０は、また、AFT用に４本のロッド（図示せず）を有する。４本のロッドは、四重極２４２の間にそれぞれ配置される。それらのロッドは、互いに対向するもの同士の距離が入口側から出口側に向かって次第に大きくなっている。

通常は、これらのロッドに正電圧を印加してイオンを加速するのであるが、本装置では、負電圧を印加して、リアクションセル内で発生した運動エネルギーの低いIH2イオンを除去するようにしている。これによって、IH2の干渉は完璧に除去される。

このようなリアクションセル２４０を通過したイオンが、第３の真空チャンバ２５０に送り込まれる。第３の真空チャンバ２３０内は、ポンプ２５２とポンプ２３６のタンデム吸引によって、高度に真空化されている。

第３の真空チャンバ２５０には、マスフィルタ２５４と検出器２５６が設けられている。リアクションセル２４０から送り込まれたイオンは、マスフィルタ２５４を通過したものが検出器２５６に到達する。

マスフィルタ２５４は、いずれも四重極の、プレフィルタ２５４ａとメインフィルタ２５４ｂからなる。図示しない電圧源により、プレフィルタ２５４ａには高周波電圧のみが印加され、メインフィルタ２５４ｂには、高周波電圧に直流電圧を重畳したものが印加される。

検出器２５６は、到達したイオンを検出する。イオン検出信号は、図示しない信号処理回路で処理されて測定信号となる。測定信号はイオンのカウント数で表わされる。ヨウ素１２９のカウント数とヨウ素１２７のカウント数の比が同位体比¹²⁹I/¹²⁷Iである。

本装置においては、イオンの検出感度が、ヨウ素１２７に関しては相対的に低く、ヨウ素１２９に関しては相対的に高くなるように、リアクションセル２４０のパラメータａ，ｑが設定される。そのようなパラメータは、
例えば、
ａ＝０．０７
ｑ＝０．７
である。

このようなパラメータ設定により、ヨウ素１２７の検出感度をヨウ素１２９よりも３桁程度落とすことができる。このため、ヨウ素１２９よりも圧倒的に数が多いヨウ素１２７の測定が連続しても、検出器２５６が劣化することはなく、安定な測定を長期にわたって行うことができる。このため、IH2による干渉が発生しないこととあいまって、同位体比¹²⁹I/¹²⁷Iを１０の−８乗まで測定することが可能である。

なお、実際の使用に当たっては、予め同位体比¹²⁹I/¹²⁷Iが判明している標準サンプルによって本装置を校正してヨウ素１２７の検出信号の補正係数を求めておき、それを用いて感度が低い状態で得られたヨウ素１２７の実測値を補正する。

本発明を実施するための最良の形態の一例のヨウ素分析装置の構成を示す図である。

符号の説明

１００ ： 加熱炉
２００ : ICP-MS
２１０ ： ICP
２１２ ： プラズマ
２２０ ： 第１の真空チャンバ
２２２ ： サンプリングコーン
２２４ ： ポンプ
２３０ ： 第２の真空チャンバ
２３２ ： スキマーコーン
２３４,２３６ ： ポンプ
２３８ ： イオン光学系
２４０ ： リアクションセル
２４２ ： 四重極
２５０ ： 第３の真空チャンバ
２５２ ： ポンプ
２５４ ： マスフィルタ
２５６ ： 検出器
３００ ： 土壌試料

Claims (1)

1. 誘導結合プラズマ質量分析装置を用いてヨウ素を分析する方法であって、土壌試料をアルゴンガス雰囲気中で加熱してサンプルを気相状態にし、前記気相状態のサンプルをリアクションセル付の誘導結合プラズマ質量分析装置にそのまま導入して質量分析するものであり、
   前記質量分析は、ヨウ素１２９とヨウ素１２７とをイオンのカウント数で検出し、
   リアクションセルのパラメータ設定により、検出感度がヨウ素１２７に関しては相対的に低くヨウ素１２９に関しては相対的に高い状態で行うことを特徴とするヨウ素分析方法。

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