JP6332669B2 - アメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析方法 - Google Patents
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Description
本発明は、アメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブ、並びに上記プローブが使用されるアメリシウム及びキュリウムの迅速かつ簡便な分離及び定量分析方法に関する。
原子力発電所、放射性同位元素を扱う研究施設等の放射性物質を扱う施設から排出される廃液及び廃棄物はアクチノイド化合物を含有し得る。当該廃液及び廃棄物がアクチノイド化合物を含有する場合、当該廃液及び廃棄物が処分される前に、当該廃液及び廃棄物中のアクチノイド濃度が測定されなければならない。当該廃液及び廃棄物中のアクチノイドのうちのα線放出核種の外部からの非破壊測定は困難である。従って、従来、上記α線放出核種は、溶媒抽出、沈殿分離、抽出クロマトグラフィー等の化学分離法により分離され、濃度が測定されていた。しかし、上記化学分離法の操作は煩雑であり、廃液等の二次廃棄物の発生量も多い。そこで、分離性能が高く、分析作業が簡易で、二次廃棄物の発生量が少ないキャピラリー電気泳動法による上記アクチノイドの分離と濃度測定が試みられるようになった。
なお、キャピラリー電気泳動法の簡単な説明は次のとおりである。試料溶液が泳動液（分離用溶液）で満たされたキャピラリーに注入され、次に、電圧がキャピラリーの両端に印加され、上記試料溶液中のイオンが移動され、分析対象物が分離される。
なお、キャピラリー電気泳動法の簡単な説明は次のとおりである。試料溶液が泳動液（分離用溶液）で満たされたキャピラリーに注入され、次に、電圧がキャピラリーの両端に印加され、上記試料溶液中のイオンが移動され、分析対象物が分離される。
アクチノイドのうち化学的性質が類似するアメリシウム及びキュリウムがキャピラリー電気泳動法により分離された後、シリコン半導体検出器によるα線測定が検討された（例えば、非特許文献１参照）。また、キャピラリー電気泳動法による分離の後、γ線が測定される方法も検討された（例えば、非特許文献２、特許文献１参照）。更に、pptレベルの微量のアクチノイドがオンキャピラリー（試料溶液に対して非接触）で検出されるよう、アクチノイド検出用蛍光性試薬が開発され、アメリシウムが検出された（例えば、非特許文献３参照）。一方、アメリシウム及びキュリウムに化学的性質が類似するランタノイドがキャピラリー電気泳動法と蛍光性試薬が用いられる三元錯形成法（第二配位子が泳動液に添加され、イオンの移動度に差を生じさせ、分析対象物が分離される方法）により相互に分離させる方法が検討された（例えば、非特許文献４参照）。
H. Kikunaga et al., Proc. Radiochim. Acta, 1 (2011) 167-171
T. Mori et al., Chemistry Letters, Vol.37, No.1 (2008) 48-49
Tomoko Haraga et al., Proceedings of the ASME 14th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM2011), Reims, France, 2011, Paper 59092, 5p
S. Saito et al., Analyst, 132, (2007) p237-241
近年、化学的性質が類似するアメリシウム及びキュリウムがキャピラリー電気泳動法により分離された後、pptレベルの微量のアメリシウム及びキュリウムがオンキャピラリーで検出されるよう、アメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブが求められていたが、そのようなプローブは見出されていなかった。
本発明が解決しようとする課題は、安定な蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体を形成するアメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブの提供である。
本発明が解決しようとする別の課題は、上記アメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブが使用されるアメリシウム及びキュリウムの迅速かつ簡便な分離及び定量分析方法の提供である。
本発明が解決しようとする課題は、安定な蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体を形成するアメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブの提供である。
本発明が解決しようとする別の課題は、上記アメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブが使用されるアメリシウム及びキュリウムの迅速かつ簡便な分離及び定量分析方法の提供である。
本発明の発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、非特許文献３及び４に記載されている、下記式（１）で示される２−（４−フルオレセイン−チオカルバミル−アミノベンジル）−エチレンジアミン四酢酸（FTC-ABEDTA）が、アルカリ性水溶液に溶解されて得られるイオン化合物が、安定な蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体を形成し、かつ蛍光性アメリシウム錯体と蛍光性キュリウム錯体をキャピラリー電気泳動法により分離する条件を見出し、本発明を完成させた。
本発明のアメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析方法は、 アメリシウム及びキュリウムを含む試料と、下記式（１）で示される化合物がアルカリ性水溶液に溶解されて得られるアメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブが混合され、蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体が混合液中に形成される工程（Ａ）、 蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体を含む混合液がキャピラリー中で電気泳動され、第二配位子の寄与によってそれぞれの錯体が分離される工程（Ｂ）、 蛍光強度が測定される工程（Ｃ）を含む。
本発明のアメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブは、安定な蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体を形成し、アメリシウムとキュリウムをキャピラリー電気泳動法により分離する。本発明のアメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析方法は、アメリシウム及びキュリウムの迅速かつ簡便な分離及び定量分析方法である。
本発明のアメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブは、FTC-ABEDTAがアルカリ性水溶液に溶解されて得られる。FTC-ABEDTAは、知られた化合物である（例えば、非特許文献３、非特許文献４、特開２００９−１５０６５０号公報参照）。本発明のアメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブは、アメリシウムイオン、キュリウムイオン等の金属イオンと安定な蛍光性錯体を形成する（図１）。光が上記プローブに照射されると、上記プローブは蛍光を発する。
図２は、本発明のアメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析方法で使用されるキャピラリー電気泳動装置の模式図である。最初に、キャピラリー３内が泳動液で洗浄され、キャピラリー３内は泳動液で満たされる。次に、FTC-ABEDTAがアルカリ性水溶液に溶解されて得られるイオン化合物とアメリシウムイオン、キュリウムイオンで形成された蛍光性アメリシウム錯体、蛍光性キュリウム錯体を含む試料溶液が入った容器が、陽極部２の泳動液が入った容器と交換され、圧力差又は落差により、当該試料溶液がキャピラリー３に注入された後、速やかに泳動液が入った容器が元の位置に戻される。その後、電圧が電源１に印加されると、当該錯体はキャピラリー３内の泳動液中を陰極部４方向へ移動する。
移動中にレーザー光が照射されると、蛍光性アメリシウム錯体、蛍光性キュリウム錯体等の金属錯体は蛍光を発する。当該蛍光の強度が検出され、アメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析が実施される。なお、キャピラリー電気泳動により分離された蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体は、それぞれ回収され、α線測定に利用され得る。
移動中にレーザー光が照射されると、蛍光性アメリシウム錯体、蛍光性キュリウム錯体等の金属錯体は蛍光を発する。当該蛍光の強度が検出され、アメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析が実施される。なお、キャピラリー電気泳動により分離された蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体は、それぞれ回収され、α線測定に利用され得る。
上記泳動液は、蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体の電気泳動移動度に差を生じさせるため、第二配位子を含有する。当該第二配位子の具体例はイミノ二酢酸である。第二配位子は、FTC-ABEDTAがアルカリ性水溶液に溶解されて得られるイオン化合物及び金属イオンと共に、三元錯体を形成していると考えられる（図３）。つまり、蛍光部位と配位部位がスペーサー部位を介して結合する構造を有する上記イオン化合物の配位部位、金属イオン（図３ではアメリシウムイオン）及び第二配位子（図３ではイミノ二酢酸イオン）が錯形成していると考えられる。上記泳動液中のイミノ二酢酸の好ましい濃度は２．５×１０-4Ｍ〜６．３×１０-4Ｍである。上記泳動液中のイミノ二酢酸の濃度が小さすぎたり、大きすぎる場合、蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体の電気泳動移動度に差がなくなるため、アメリシウム及びキュリウムを分離できなくなり得る。上記泳動液の好ましいｐＨは９〜１２である。上記泳動液のｐＨが小さすぎる場合と大きすぎる場合、蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体の発光強度が低下し、定量分析に適さなくなる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
各種溶液の調製
（１）蛍光性試薬水溶液の調製
２−（４−フルオレセイン−チオカルバミル−アミノベンジル）−エチレンジアミン四酢酸（FTC-ABEDTA）（（株）同仁化学研究所製、試験研究用）が秤量され、超純水に溶解されて、１×１０-3Ｍ水溶液が調製され、蛍光性試薬水溶液とされた。
（１）蛍光性試薬水溶液の調製
２−（４−フルオレセイン−チオカルバミル−アミノベンジル）−エチレンジアミン四酢酸（FTC-ABEDTA）（（株）同仁化学研究所製、試験研究用）が秤量され、超純水に溶解されて、１×１０-3Ｍ水溶液が調製され、蛍光性試薬水溶液とされた。
（２）アメリシウム（243Ａｍ）溶液の調製
α線スペクトロメトリにより検定された243Ａｍ標準溶液が分取され、放射能濃度１８kBq/ml（１×１０-5Ｍ相当）の０．３３Ｍ硝酸溶液が調製され、243Ａｍ溶液とされた。
α線スペクトロメトリにより検定された243Ａｍ標準溶液が分取され、放射能濃度１８kBq/ml（１×１０-5Ｍ相当）の０．３３Ｍ硝酸溶液が調製され、243Ａｍ溶液とされた。
（３）キュリウム（248Ｃｍ）溶液の調製
α線スペクトロメトリにより検定された248Ｃｍ標準溶液が分取され、放射能濃度１．６kBq/ml（４×１０-5Ｍ相当）の０．３３Ｍ硝酸溶液が調製され、248Ｃｍ溶液とされた。
α線スペクトロメトリにより検定された248Ｃｍ標準溶液が分取され、放射能濃度１．６kBq/ml（４×１０-5Ｍ相当）の０．３３Ｍ硝酸溶液が調製され、248Ｃｍ溶液とされた。
（４）ホウ酸水溶液の調製
ホウ酸（ＭＥＲＣＫ社製、純度９９．９９９９％）が超純水に溶解され、０．１Ｍホウ酸水溶液が調製され、当該水溶液のｐＨが水酸化ナトリム溶液（関東化学（株）製、等級 Ultrapur）で１０．０に調整された。
ホウ酸（ＭＥＲＣＫ社製、純度９９．９９９９％）が超純水に溶解され、０．１Ｍホウ酸水溶液が調製され、当該水溶液のｐＨが水酸化ナトリム溶液（関東化学（株）製、等級 Ultrapur）で１０．０に調整された。
（５）イミノ二酢酸水溶液の調製
イミノ二酢酸（（株）同仁化学研究所製、試験研究用）が超純水に溶解され、０．１Ｍイミノ二酢酸水溶液が調製された。
イミノ二酢酸（（株）同仁化学研究所製、試験研究用）が超純水に溶解され、０．１Ｍイミノ二酢酸水溶液が調製された。
（６）トランス−１，２−ジアミノシクロヘキサン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸（ＣｙＤＴＡ）水溶液の調製
ＣｙＤＴＡ（（株）同仁化学研究所製、純度９９．０％）が超純水に溶解され、１×１０-3ＭのＣｙＤＴＡ水溶液が調製された。なお、ＣｙＤＴＡが超純水に溶解されない場合、水酸化ナトリウム水溶液が添加される。
ＣｙＤＴＡ（（株）同仁化学研究所製、純度９９．０％）が超純水に溶解され、１×１０-3ＭのＣｙＤＴＡ水溶液が調製された。なお、ＣｙＤＴＡが超純水に溶解されない場合、水酸化ナトリウム水溶液が添加される。
試料溶液の調製
上記蛍光性試薬水溶液、243Ａｍ溶液、248Ｃｍ溶液及びホウ酸水溶液が混合され、水酸化ナトリウム水溶液（関東化学（株）製、等級 Ultrapur）が添加され、蛍光性試薬濃度が４．０×１０-7Ｍ、243Ａｍ濃度が１．０×１０-7Ｍ、248Ｃｍ濃度が１．０×１０-7Ｍ、ホウ酸濃度が２．０×１０-2Ｍ、ｐＨが９．６〜１０．０である試料溶液が調製された。
上記蛍光性試薬水溶液、243Ａｍ溶液、248Ｃｍ溶液及びホウ酸水溶液が混合され、水酸化ナトリウム水溶液（関東化学（株）製、等級 Ultrapur）が添加され、蛍光性試薬濃度が４．０×１０-7Ｍ、243Ａｍ濃度が１．０×１０-7Ｍ、248Ｃｍ濃度が１．０×１０-7Ｍ、ホウ酸濃度が２．０×１０-2Ｍ、ｐＨが９．６〜１０．０である試料溶液が調製された。
泳動液の調製
上記ホウ酸水溶液、イミノ二酢酸水溶液及びＣｙＤＴＡ水溶液が混合され、上記水酸化ナトリウム水溶液が添加され、ホウ酸濃度が１．２×１０-2Ｍ、イミノ二酢酸濃度が４．０×１０-4Ｍ、ＣｙＤＴＡ濃度が２．５×１０-5Ｍ、ｐＨが１０．０である泳動液が調製された。
上記ホウ酸水溶液、イミノ二酢酸水溶液及びＣｙＤＴＡ水溶液が混合され、上記水酸化ナトリウム水溶液が添加され、ホウ酸濃度が１．２×１０-2Ｍ、イミノ二酢酸濃度が４．０×１０-4Ｍ、ＣｙＤＴＡ濃度が２．５×１０-5Ｍ、ｐＨが１０．０である泳動液が調製された。
キャピラリー電気泳動
電気泳動装置はAgilent Technologies社製Ｇ７１００、検出器はレーザー励起蛍光検出器（Picometrics社製ZETALIF Discovery）、レーザー光源はMelles Griot社製Blue Solid-State Laser System 85-Z48804、励起波長は４８８ｎｍであった。キャピラリーは集光レンズ付き溶融シリカキャピラリー（Picometrics社製、内径５０μｍ、外径３７５μｍ、全長６９ｃｍ、有効長５０ｃｍ）であった。
電気泳動装置はAgilent Technologies社製Ｇ７１００、検出器はレーザー励起蛍光検出器（Picometrics社製ZETALIF Discovery）、レーザー光源はMelles Griot社製Blue Solid-State Laser System 85-Z48804、励起波長は４８８ｎｍであった。キャピラリーは集光レンズ付き溶融シリカキャピラリー（Picometrics社製、内径５０μｍ、外径３７５μｍ、全長６９ｃｍ、有効長５０ｃｍ）であった。
キャピラリーが１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液で１０分間、超純水で１０分間、上記泳動液で１０分間順次洗浄された。次に、キャピラリー内が上記泳動液で満たされ、７ｎＬの試料溶液が圧力５０ｍｂａｒ、注入時間５秒で加圧法により陽極部側からキャピラリー内に注入され、２０ｋＶの電圧が印加され、電気泳動装置の温度が２５℃とされて電気泳動が実施された。レーザー励起蛍光検出器のレーザー出力は８ｍＡ、光電子倍増管の電圧は５００Ｖであった。図４は蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体の電気泳動図である。FTC-ABEDTAがアルカリ性水溶液に溶解されて得られるイオン化合物とアメリシウムイオンで形成された蛍光性アメリシウム錯体のピーク（図４のＡｍ）及びFTC-ABEDTAがアルカリ性水溶液に溶解されて得られるイオン化合物とキュリウムイオンで形成された蛍光性キュリウム錯体のピーク（図４のＣｍ）が検出され、FTC-ABEDTAがアルカリ性水溶液に溶解されて得られるイオン化合物がアメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブとされるキャピラリー電気泳動法で、アメリシウム及びキュリウムの分離分析が可能であるとわかった。
更に、検量線法による定量分析も可能であるとわかった。検出限界値は、アメリシウム及びキュリウムともに、１．０×１０-9Ｍであり、２．０×１０-7Ｍまで定量分析可能であった。なお、金属イオン濃度が高い場合、試料を希釈して定量分析可能である。
更に、検量線法による定量分析も可能であるとわかった。検出限界値は、アメリシウム及びキュリウムともに、１．０×１０-9Ｍであり、２．０×１０-7Ｍまで定量分析可能であった。なお、金属イオン濃度が高い場合、試料を希釈して定量分析可能である。
本発明の蛍光プローブは、アメリシウムイオン、キュリウムイオンとそれぞれ安定な蛍光性錯体を形成する。これらの錯体はキャピラリー中で電気泳動され、当該錯体が発する蛍光の強度が測定される。従って、本発明の蛍光プローブは、電気泳動装置が用いられるアメリシウム及びキュリウムの迅速かつ簡便な分離及び定量分析方法で使用される。
１…電源、２…陽極部、３…キャピラリー、４…陰極部
Claims (1)
- アメリシウム及びキュリウムを含む試料と、下記式（１）で示される化合物がアルカリ性水溶液に溶解されて得られるアメリシウム及びキュリウム測定用蛍光プローブが混合され、蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体が混合液中に形成される工程（Ａ）、
蛍光性アメリシウム錯体及び蛍光性キュリウム錯体を含む混合液がキャピラリー中で電気泳動され、第二配位子の寄与によってそれぞれの錯体が分離される工程（Ｂ）、
蛍光強度が測定される工程（Ｃ）を含む、アメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析方法。
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| JP2014063074A JP6332669B2 (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | アメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析方法 |
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| JP2014063074A JP6332669B2 (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | アメリシウム及びキュリウムの分離及び定量分析方法 |
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-
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