JP6908967B2 - プローブ型元素分析装置及び元素分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ型元素分析装置及び元素分析方法に関し、例えば、吸光度スペクトルによりウラン及びプルトニウムなどの元素を分析するプローブ型元素分析装置及び元素分析方法に関する。

従来、近赤外分光法を用いた炭化水素の分析方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の炭化水素の分析方法では、パラフィン類などの炭化水素を含有する混合物の所定帯域の波長における近赤外線吸光度を測定し、測定した近赤外線吸光度を統計学的処理することにより、混合物に含まれる炭化水素の成分を分析する。

特開平７−３０１５９９号公報

ところで、六ヶ所再処理工場においては、原子力燃料の再処理工程の工程管理に重要な分析項目であるウラン及びプルトニウムなどの元素の成分分析が一日に数百件程度なされている。これらの元素は、被測定流体から個別にサンプリングした後、所望の元素成分を個別に分離及び精製してから誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ：Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy）及び誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry）などによる分析装置で分析されている。

しかしながら、ＩＣＰ−ＡＥＳ及びＩＣＰ−ＭＳなどの分析装置は、大型であるだけでなく、大量のアルゴンガスの供給装置、排気設備及び排熱設備が必要となるので、オンライン分析及び可搬式装置での簡便かつ簡易な分析への適用が困難であるという実情がある。また、これらの元素は、高速液体クロマトグラフィー及びフローインジェクション法などの分析方法によっても分析できるが、いずれの分析方法も連続的な試薬の供給及び廃液の処理が必要であり、かつ、分析結果が得られるまでに数十分を要するので、オンライン分析及び可搬式装置での簡便かつ簡易な分析が困難であるという実情がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、被測定流体中の分析対象元素の元素濃度を簡易かつ簡便に分析できるプローブ型元素分析装置及び元素分析方法を提供することを目的とする。

本発明のプローブ型元素分析装置は、被測定流体に対して光線を照射する光源と、前記被測定流体を透過した透過光の吸光度スペクトルを測定する吸光度測定部と、前記吸光度スペクトルを特定波長領域に区分し、区分した前記特定波長領域における前記被測定流体中の分析対象元素に基づく信号値を、部分最小二乗法により共存物質に基づく信号値から分離して前記分析対象元素の元素濃度を算出する演算処理部と、を備えたことを特徴とする。

このプローブ型元素分析装置によれば、部分最小二乗法を用いた演算処理によって被測定流体の吸光度スペクトルから分析対象元素に基づく信号値を効率良く分離できるので、ＩＣＰ−ＡＥＳ及びＩＣＰ−ＭＳなどの大型の分析装置を用いることなく、簡易かつ簡便に被測定流体中に含まれる元素濃度を精度良く分析することが可能となる。

本発明のプローブ型元素分析装置においては、前記演算処理部は、分離した分析対象元素に基づく信号値と予め測定した前記分析対象元素の検量線とを対比して前記分析対象元素の元素濃度を算出することが好ましい。この構成により、予め作成した検量線によって分析対象元素に基づく信号値を補正できるので、被測定流体中に含まれる分析対象元素の元素濃度の測定精度が向上する。

本発明のプローブ型元素分析装置においては、前記分析対象元素が、ウラン及びプルトニウムの少なくとも一方であることが好ましい。この構成により、被測定流体に含まれるウラン及びプルトニウムの吸光度スペクトルの信号値を共存物質の信号値から効率良く分離できるので、ウラン及びプルトニウムを高い精度で分析することができる。

本発明のプローブ型元素分析装置においては、前記吸光度スペクトルが、紫外領域から近赤外領域の範囲の吸光度スペクトルであることが好ましい。この構成により、被測定流体に含まれる各種分析対象元素の吸光度スペクトルの信号値を共存物質の信号値から効率良く分離できるので、各種分析対象元素を高い精度で分析することができる。

本発明のプローブ型元素分析方法は、被測定流体を透過した透過光の吸光度スペクトルを測定する第１工程と、前記吸光度スペクトルを特定波長領域に区分し、区分した前記特定波長領域における前記被測定流体中の分析対象元素に基づく信号値を、部分最小二乗法により共存物質に基づく信号値から分離して前記分析対象元素の元素濃度を算出する第２工程と、を含むことを特徴とする。

このプローブ型元素分析方法によれば、部分最小二乗法を用いた演算処理によって被測定流体の吸光度スペクトルから分析対象元素に基づく信号値を効率良く分離できるので、ＩＣＰ−ＡＥＳ及びＩＣＰ−ＭＳなどの大型の分析装置を用いることなく、簡易かつ簡便に被測定流体中に含まれる元素濃度を精度良く分析することが可能となる。

本発明のプローブ型元素分析方法においては、前記分析対象元素が、ウラン及びプルトニウムの少なくとも一方であることが好ましい。この方法により、被測定流体に含まれるウラン及びプルトニウムの吸光度スペクトルの信号値を共存物質の信号値から効率良く分離できるので、ウラン及びプルトニウムを高い精度で分析することができる。

本発明のプローブ型元素分析方法においては、前記吸光度スペクトルが、紫外領域から近赤外領域の範囲の吸光度スペクトルであることが好ましい。この方法により、被測定流体に含まれる各種分析対象元素の吸光度スペクトルの信号値を共存物質の信号値から効率良く分離できるので、各種分析対象元素を高い精度で分析することができる。

本発明によれば、被測定流体中の分析対象元素の元素濃度を簡易かつ簡便に分析できるプローブ型元素分析装置及び元素分析方法を実現できる。

図１は、本発明の実施の形態に係るプローブ型元素分析装置の模式図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態に係る測定プローブの一例を示す部分拡大図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態に係る測定プローブの他の例を示す図である。 図２Ｃは、本発明の実施の形態に係る測定プローブの別の例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る吸光度測定部で測定される吸光度スペクトルの概念図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る分析対象元素及び共存物質の吸光度スペクトルと波長との関係を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るプローブ型元素分析方法の説明図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態に係る分析対象元素の検量線作成のフロー図である。 図６Ｂは、図６Ａで作成した検量線を用いた分析対象元素の濃度分析のフロー図である。 図７は、本発明の実施の形態に係るプローブ型元素分析方法の概略を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態は適宜組み合わせて実施可能である。また、各実施の形態において共通する構成要素には同一の符号を付し、説明の重複を避ける。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブ型元素分析装置１の模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係るプローブ型元素分析装置１（以下、単に、「元素分析装置１」ともいう）は、被測定流体Ｘが流れる管路１１内に光源部１２からの光線Ｌ１を照射し、被測定流体Ｘを透過した光線Ｌ１の透過光Ｌ２の吸光度スペクトルを吸光度測定部１４によって測定することにより、被測定流体Ｘ中に含まれるウラン及びプルトニウムなどの分析対象元素の元素濃度を分析するものである。被測定流体Ｘとしてウラン及びプルトニウムなどの放射性物質が用いられる場合には、管路１１及び測定プローブ１３は、高線量領域となる現場環境に配置され、光源部１２、吸光度測定部１４及び演算処理部１５は、高線量領域の放射線から遮蔽された低線量領域に配置される。

元素分析装置１は、管路１１内を流れる被測定流体Ｘに対する光線Ｌ１を送光する光源部１２と、光源部１２からの光線Ｌ１を被測定流体Ｘに照射すると共に、被測定流体Ｘを透過した透過光Ｌ２を得る測定プローブ１３と、測定プローブ１３で得られた透過光Ｌ２の吸光度スペクトルを測定する吸光度測定部１４と、測定された被測定流体Ｘの吸光度スペクトルを演算処理して被測定流体Ｘ中の分析対象元素の元素濃度を算出する演算処理部１５とを具備する。

被測定流体Ｘとしては、検出対象となる分析対象元素を含むものであれば特に制限はなく、例えば、ウラン及びプルトニウムなどを含有する照射済燃料溶解液などの各種液体が用いられる。

光源部１２は、光線Ｌ１を照射する光源及び光源からの光線Ｌ１を所望の波長に分光する分光器を備える。光源部１２の光源としては、可視光領域の分析には白熱電球が用いられ、可視光領域から近赤外領域の分析にはタングステンランプが用いられ、紫外領域の分析には重水素放電管などが用いられる。本実施の形態に係る元素分析装置１においては、被測定流体Ｘ中の分析対象元素の種類に応じて、各種光源を切替えて用いられる。これらの中でも、ウラン及びプルトニウムなどの放射性元素を高精度で分析できる観点から、光源１２としては、タングステンランプなどの近赤外領域を検出可能なものが好ましい。

光源部１２には、送光用光ファイバ１６を介して測定プローブ１３が接続される。光源部１２は、送光用光ファイバ１６を介して被測定流体Ｘ中に含まれる分析対象元素の成分に応じた波長の光線Ｌ１を測定プローブ１３に向けて送光する。

測定プローブ１３は、管路１１の開口部に設けられたフランジ１１ａに先端部１３ａが挿入されて固定される。送光用光ファイバ１６は、一端が光源部１２に接続され、他端が測定プローブ１３内のフランジ１１ａを貫通し、管路１１側の内部に配置される。測定プローブ１３の先端部１３ａは、被測定流体Ｘが流れる管路１１内に配置される。また、先端部１３ａには、測定プローブ１３の先端部１３ａが測定プローブ１３の内側に向けて切り欠かれた被測定流体Ｘの流路部１３ｂが設けられている。この流路部１３ｂは、管路１１内を流れる被測定流体Ｘが浸入し、測定プローブ１３を通過する被測定流体Ｘの流路となる。

測定プローブ１３は、受光用光ファイバ１７を介して吸光度測定部１４に接続されている。受光用光ファイバ１７は、一端が吸光度測定部１４に接続され、他端が測定プローブ１３内のフランジ１１ａを貫通し、管路１１側の内部に配置される。測定プローブ１３は、光源部１２から送光された光線Ｌ１を受光し、受光した光線Ｌ１を流路部１３ｂ内に侵入した被測定流体Ｘに向けて照射する。また、測定プローブ１３は、受光用光ファイバ１７を介して流路部１３ｂ内の被測定流体Ｘを透過した透過光Ｌ２を吸光度測定部１４に向けて送光する。

吸光度測定部１４は、測定プローブ１３から受光用光ファイバ１７を介して送光された被測定流体Ｘの透過光Ｌ２を受光し、受光した透過光Ｌ２の吸光度スペクトルを統計解析して吸光度スペクトルを測定する。また、吸光度測定部１４は、測定した吸光度スペクトルを演算処理部に向けて送信する。吸光度測定部１４が測定する吸光度スペクトルとしては、紫外領域から近赤外領域の範囲であることが好ましく、ウラン及びプルトニウムを高精度かつ効率良く分析する観点から、近赤外領域の範囲であることが好ましい。

演算処理部１５は、測定した吸光度スペクトルから部分最小二乗法によって被測定流体Ｘ中の分析対象元素に基づく信号値（ピーク）から、分析対象元素以外の共存成分に基づく信号値（ピーク）を分離する。また、演算処理部１５は、分離した分析対象元素に基づく信号値と予め測定した分析対象元素の検量線とを対比して分析対象元素の元素濃度を算出する。本実施の形態では、演算処理部１５は、部分最小二乗法によって測定した吸光度スペクトルを所定範囲の波長毎に区分し、区分した波長領域毎に存在する分析対象元素の信号値に基づいて分析対象元素の元素濃度を分析する。

図２Ａは、本実施の形態に係る測定プローブ１３の一例を示す部分拡大図である。図２Ａに示すように、測定プローブ１３は、中空形状をなしており、測定プローブ１３のフランジ１１ａに固定された基端１３ｃから離れた先端部１３ａに、送光用光ファイバ１６の先端部１６ａ及び受光用光ファイバ１７の先端部１７ａが固定されている。この送光用光ファイバ１６の先端部１６ａ及び受光用光ファイバ１７の先端部１７ａは、送光用光ファイバ１６から出射する光線Ｌ１と、受光用光ファイバ１７によって受光する透過光Ｌ２とが逆方向になるように配置されている。

測定プローブ１３の先端には、収容空間１３１ａを有する直方体状の収容部１３１が設けられている。収容部１３１は、測定プローブ１３側の一面に光線Ｌ１及び透過光Ｌ２を透過する光透過部１３１ｂが設けられている。収容部１３１の収容空間１３１ａ内には、収容部１３１内に収納された一対の反射鏡１３２ａ，１３２ｂが設けられている。反射鏡１３２ａは、送光用光ファイバ１６から照射される光線Ｌ１を反射鏡１３２ａに向けて９０度反射するように、送光用光ファイバ１６が延在する方向に対して所定の角度をとって配置される。反射鏡１３２ｂは、反射鏡１３２ａによって反射された光線Ｌ１を受光用光ファイバ１７に向けて９０度反射するように、反射鏡１３２ａに対して所定の角度をとって配置される。

また、収容部１３１の収容空間１３１ｂ内には、送光用光ファイバ１６の先端部１６ａと反射鏡１３２ａとの間に凸レンズ１３３ａが配置され、受光用光ファイバ１７の先端部１７ａと反射鏡１３２ｂとの間に凸レンズ１３３ｂが配置される。凸レンズ１３３ａは、送光用光ファイバ１６から反射鏡１３２ａへ向けて照射された光線Ｌ１のビーム径の拡大を抑える。また、凸レンズ１３３ｂは、反射鏡１３２ｂから受光用光ファイバ１７に向けて反射された透過光Ｌ２のビーム径の拡大を抑える。このように、凸レンズ１３３ａ，１３３ｂを設けて光線Ｌ１及び透過光Ｌ２のビーム径の拡大を抑えることにより、送光用光ファイバ１６から照射された光線Ｌ１を透過光Ｌ２として受光用光ファイバ１７の先端部１７ａに集光させることが可能となる。

測定プローブ１３の流路部１３ｂは、先端部１３ａの一方の側面１３ｄから他方の側面１３ｅに向けて一部が切り欠かれて設けられている。測定プローブ１３の流路部１３ｂは、反射鏡１３２ｂと受光用光ファイバ１７との間の光路に設けられている。このように流路部１３ｂを設けることにより、反射鏡１３２ｂによって反射された光線Ｌ１が流路部１３ｂを通過する際に、流路部１３ｂ内に侵入した被測定流体Ｘによって光線Ｌ１の一部が吸光されて透過光Ｌ２となる。これにより、吸光度測定部１４で透過光Ｌ２の吸光度スペクトルを測定することが可能となる。

このように、本実施の形態においては、送光用光ファイバ１６、受光用光ファイバ１７及び反射鏡１３２ａ，１３２ｂによって送光用光ファイバ１６及び受光用光ファイバ１７を介して光源１２から照射された光線Ｌ１を演算処理部１４に向けて反射する光路が形成されている。そして、この光路Ｌの一部に含まれる測定プローブ１３の先端部１３ａの側面には、測定プローブ１３の側面の一部が測定プローブ１３の内側に向けて切り欠かれた流路部１３ｂが形成されている。このように測定プローブ１３が設けられることにより、管路１１内の被測定流体Ｘが測定プローブ１３の流路部１３ｂに侵入し、侵入した被測定流体Ｘに対して光源１２からの光線Ｌ１が照射されると共に、被測定流体Ｘを透過した透過光Ｌ２が吸光度測定部１４に向けて搬送される。これにより、被測定流体Ｘに含まれる被測定元素の元素濃度分析が可能となる。

図２Ｂは、本実施の形態に係る測定プローブ１３の他の例を示す図である。なお、図２Ｂにおいては、図２Ａに示した測定プローブ１３と同一の構成要素には同一の符号を付している。図２Ｂに示す例では、測定プローブ１３には、図２Ａに示した流路部１３ｂ（以下、「第１流路部１３ｂ」ともいう）に加えて、測定プローブ１３の他方の側面１３ｅから一方の側面１３ｄに向けて切り欠かれた第２流路部１３ｆが設けられている。この第２流路部１３ｆは、反射鏡１３２ａと送光用光ファイバ１６との間の光路に設けられている。このように第２流路部１３ｆを設けることにより、送光用光ファイバ１６から送光された光線Ｌ１が、第２流路部１３ｆを通過する際に、第２流路部１３ｆ内に侵入した被測定流体Ｘによって光線Ｌ１の一部が吸光されて透過光Ｌ２となる。これにより、吸光度測定部１４で透過光Ｌ２の吸光度スペクトルを測定することが可能となる。このように、第１流路部１３ｂ及び第２流路部１３ｆの双方を測定プローブ１３に設けることにより、第１流路部１３ｂ及び第２流路部１３ｆの双方で光線Ｌ１が被測定流体Ｘによって吸光されるので、被測定元素の測定精度を更に向上することができる。

なお、図２Ｂに示した例では、第１流路部１３ｂ及び第２流路部１３ｆを測定プローブ１３に設けた例について説明したが、測定プローブ１３には、第１流路部１３ｂ及び第２流路部１３ｆのいずれか一方を設ければよい。また、第１流路部１３ｂ及び第２流路部１３ｆの位置及び形状は、透過光Ｌ２の測定によって分析対象元素の吸光度スペクトルが得られる範囲であれば適宜変更可能である。

図２Ｃは、本実施の形態に係る測定プローブ１３の別の例を示す図である。なお、図２Ｃにおいては、図２Ａに示した測定プローブ１３と同一の構成要素には同一の符号を付している。図２Ｃに示す例では、図２Ａに示した流路部１３ｂに代えて、測定プローブ１３の先端部１３ａと収容部１３１との間には、支持部材１３４が設けられている。支持部材１３４の内部には、被測定流体Ｘが流れる流路部１３４ａが設けられている。この流路部１３４ａは、送光用光ファイバ１６と反射鏡１３２ａとの間の光路と、反射鏡１３２ｂと受光用光ファイバ１７との間に亘って設けられている。このように流路部１３４ａを有する支持部１３４を設けることにより、送光用光ファイバ１６から送光された光線Ｌ１が、流路部１３４ａを通過する際に、流路部１３４ａ内に侵入した被測定流体Ｘによって光線Ｌ１の一部が吸光されて透過光Ｌ２となる。そして、反射鏡１３２ｂによって反射された透過光Ｌ２が、流路部１３４を通過する際に、流路部１３４内に侵入した被測定流体Ｘによって光線Ｌ１の一部が吸光された透過光Ｌ２となる。これにより、流路部１３４によって光線Ｌ１及び透過光Ｌ２の双方が被測定流体Ｘによって吸光されるので、被測定元素の測定精度を更に向上することができる。なお、流路部１３４の形状は、透過光Ｌ２の吸光度スペクトルを測定できる範囲であれば適宜変更可能である。なお、図２Ａから図２Ｃに示した例では、流路部１３ｂ，１３ｆ，１３４ａを収容部１３１側に設けた例について説明したが、流路部１３ｂ，１３ｆ，１３４ａの位置は適宜変更可能である。

次に、図３から図５を参照して、演算処理部１５における分析対象元素の元素分析について詳細に説明する。図３は、吸光度測定部１４で測定される吸光度スペクトルの概念図である。図３に示すように、本実施の形態に係る元素分析装置１においては、吸光度測定部１４で測定される透過光Ｌ２の吸光度スペクトルは、紫外領域、可視領域及び近赤外領域に亘る曲線Ｚを有する吸光度スペクトルとなる。この吸光度スペクトルは、被測定流体Ｘに含まれる分析対象元素に基づく信号値と、被測定対象流体Ｘに含まれる分析対象元素以外の共存物質に基づく信号値とが重ね合わされた複雑な吸光度スペクトルとなる。

図４は、分析対象元素及び共存物質の吸光度スペクトルと波長との関係を示す図である。なお、図４においては、分析対象元素となるウラン及びプルトニウムと他の共存物質をそれぞれ個別に測定した複数の吸光度スペクトルを重ね合せて示している。図４に示すように、被測定流体Ｘに含まれるウラン及びプルトニウムの信号値Ｓ及び共存物質の信号値Ｎは、それぞれ物質毎に狭い波長領域の鋭い信号値Ｓ，Ｎとなる。そこで、本実施の形態では、ウラン及びプルトニウムなどの信号値Ｓを含む信号値Ｓの波長の近傍の領域を特定波長領域Ａとして指定する。

図５は、本実施の形態に係るプローブ型元素分析方法の説明図である。なお、図５においては、図３に示した吸光度スペクトルと、図４に示した特定波長領域Ａとを重ね合せて示している。また、図４に示した特定波長領域Ａと図５に示した特定波長領域Ａとは同一の波長領域を示している。図５に示すように、本実施の形態では、ウラン及びプルトニウムの各信号値Ｓを含む所定範囲の特定波長領域Ａとして指定し、指定した特定波長領域Ａの信号値Ｓと他の波長領域の信号値Ｎとを分離する。特定波長領域Ａとしては、例えば、分析対象元素がウランである場合には、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長領域及び６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域を指定し、分析対象元素がプルトニウムである場合には、４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域及び８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長領域と特定波長領域として指定する。そして、分離した特定波長領域Ａの吸光度スペクトルから部分最小二乗法によって求めた回帰曲線により、特定波長領域Ａ内に含まれる信号値Ｓから共存物質の信号値Ｎを分離した後、必要に応じて分析対象元素の検量線と対比することにより、予め被測定流体Ｘに含まれる共存物質の元素濃度を補正することにより、被測定流体Ｘ中の分析対象元素の元素濃度を分析する。

本実施の形態においては、部分最小二乗法では、下記式（１）に基づいて、特定波長領域Ａ毎に潜在変数を計算し、得られた潜在変数の一部に対して最小二乗法を適用して回帰定数及び偏回帰係数を求めることにより、分析対象元素の元素濃度を算出する。この部分最小二乗法では、潜在係数は、測定する被測定流体Ｘに含まれる物質の濃度を予め予測して設定する。
Ｙ＝ａ＋ｂ１Ｘ１Ｓ１＋ｂ２Ｘ２Ｓ２＋・・・＋ｂｎＸｎＳｎ ・・・式（１）
（上記式（１）中、Ｙは、予測値を表し、ａは、回帰定数を表し、ｂは、偏回帰係数を表し、Ｘは、各特定波長領域における吸光度を表し、Ｓは、潜在係数を表す。）

図６Ａは、本実施の形態に係る分析対象元素の検量線作成のフロー図である。図６Ａに示すように、検量線の作成では、被測定流体Ｘ中に含まれる分析対象元素の元素濃度を予め予測した値に調整した検量線用試料を作製する（ステップＳＴ１１）。次に、吸光度測定部１４によって作製した検量線用試料の吸光度スペクトルを測定する（ステップＳＴ１２Ａ）。ここでは、作製した検量線用試料を用いて吸光度スペクトルとは別の分析方法を用いて検量線用試料の各種分析対象元素の濃度評価を実施する（ステップＳＴ１２Ｂ）。続いて、演算処理部１５によって部分最小二乗法を用いて分析対象元素の検量線を作成する（ステップＳＴ１３）。次に、作成した検量線を用いた分析結果と、ステップＳＴ１２Ｂで評価した濃度評価とを対比して分析精度を確認する。分析精度が所定範囲外の場合には、再び吸光度スペクトルを用いて検量線を作成する。分析精度が所定値範囲内の場合には、検量線の作成を終了する。

図６Ｂは、分析対象元素以外の共存物質の吸光度スペクトル測定のフロー図である。図６Ｂに示すように、図４に示したような共存物質の信号値Ｎの影響を排除する場合には、まず、測定用試料（例えば、被測定流体Ｘ）と類似した成分であって、分析対象元素を含まないバックグラウンド補正用試料を作製する（ステップＳＴ２１）。次に、吸光度測定部１４により作製したバックグラウンド補正用試料の吸光度スペクトルを測定する（ステップＳＴ２２）。次に、演算処理部１５により吸光度スペクトルに含まれる共存物質などに基づく信号値を除去するために、バックグラウンド補正用試料の吸光度スペクトルから検量線の補正用データを求める（ステップＳＴ２３）。以上により、分析対象元素の元素濃度を精度良く測定することが可能となる。

次に、本実施の形態に係る元素分析装置を用いたプローブ型元素分析方法について詳細に説明する。図７は、本実施の形態に係るプローブ型元素分析方法の概略を示すフロー図である。本実施の形態に係るプローブ型元素分析方法は、被測定流体Ｘを透過した透過光Ｌ２の吸光度スペクトルを測定する第１工程ＳＴ３１と、測定した吸光度スペクトルから部分最小二乗法によって被測定流体中の分析対象元素に基づく信号値を共存物質に基づく信号値から分離する第２工程ＳＴ３２と、分離した分析対象元素に基づく信号値と予め測定した分析対象元素の検量線とを対比して分析対象元素の元素濃度を算出する第３工程ＳＴ３３とを含む。

第１工程ＳＴ３１では、光源部１２から照射された光線Ｌ１は、送光用光ファイバ１６を介して測定プローブ１３に送光される。測定プローブ１３によって送光された光線Ｌ１は、送光用光ファイバ１６の先端部１６ａから出光した後、反射鏡１３２ａ，１３２ｂで順次反射されて流路部１３２ｂを透過する。ここでは、光線Ｌ１が流路部１３ｂ内で被測定流体Ｘによって吸光されて透過光Ｌ２となる。この透過光Ｌ２は、受光用光ファイバ１７の先端部１７ａによって受光された後、受光用光ファイバ１７を介して吸光度測定部１４に送光される。吸光度測定部１４では、送光された透過光Ｌ２の吸光度スペクトルが測定され、測定された吸光度スペクトルが演算処理部１５に送信される。

第２工程ＳＴ３２では、演算処理部１５が、測定した透過光Ｌ２の吸光度スペクトルから部分最小二乗法によって被測定流体Ｘ中の分析対象元素に基づく信号値を共存物質に基づく信号値から分離して分析対象元素の元素濃度を算出する。

第３工程ＳＴ３３では、演算処理部１５が、分離した測定元素に基づく信号値と、被測定流体Ｘに含まれる分析対象元素の元素濃度を予め予測して作成した検量線と、を対比して分析対象元素の元素濃度を分析する。以上により、被測定流体中に含まれる分析対象元素の元素濃度を精度良く求めることが可能となる。

以上説明したように、上記実施の形態によれば、部分最小二乗法を用いた演算処理によって被測定流体の吸光度スペクトルから分析対象元素に基づく信号値を効率良く分離できるので、ＩＣＰ−ＡＥＳ及びＩＣＰ−ＭＳなどの大型の分析装置を用いることなく、簡易かつ簡便に被測定流体中に含まれる元素濃度を精度良く分析することが可能となる。これにより、上記元素分析装置及び元素分析方法は、分析方法も連続的な試薬の供給及び廃液の処理が必要でなく、オンライン分析及び可搬式装置での分析への適用が可能となる。また、可搬式装置でのウラン及びプルトニウムなどの分析が可能となるので、プラント内の放射性物質を含む廃液が流れる配管などへの設置が可能となるだけではなく、廃液のモニタリング及び燃料デブリ溶解液の迅速かつ簡易分析も可能となる。

１ プローブ型元素分析装置
１１ 管路
１２ 光源部
１３ 測定プローブ
１３ａ 先端部
１３ｂ，１３ｆ 流路部
１３ｃ 基端部
１３ｄ，１３ｅ 側面
１４ 吸光度測定部
１５ 演算処理部
１３１ 収容部
１３１ａ 収容空間
１３１ｂ 光透過部
１３２ａ，１３２ｂ 反射鏡
１３３ａ，１３３ｂ 凸レンズ
１３４ 支持部材
１３４ａ 流路部

Claims (7)

1. 被測定流体に対して光線を照射する光源と、
   前記被測定流体を透過した透過光の吸光度スペクトルを測定する吸光度測定部と、
   処理対象の前記吸光度スペクトルを複数の特定波長領域に指定し、前記指定された複数の前記特定波長領域の吸光度スペクトルから、部分最小二乗法により求めた回帰曲線で、前記特定波長領域の信号値から共存物質に基づく信号値を分離して前記被測定流体中の分析対象元素に基づく信号値を算出し、前記分析対象元素の元素濃度を算出する演算処理部と、
   を備え、
   複数の前記特定波長領域は、前記分析対象元素および前記共存物質の吸光度スペクトル特性に基づき予め指定される特定波長領域であって、前記分析対象元素の吸光度スペクトルのピークをそれぞれ含み、前記共存物質の吸光度スペクトルのピークを含まないことを特徴とする、プローブ型元素分析装置。
2. 前記演算処理部は、分離した分析対象元素に基づく信号値と予め測定した前記分析対象元素の検量線とを対比して前記分析対象元素の元素濃度を算出する、請求項１に記載のプローブ型元素分析装置。
3. 前記分析対象元素が、ウラン及びプルトニウムの少なくとも一方である、請求項１又は請求項２に記載のプローブ型元素分析装置。
4. 前記吸光度スペクトルが、紫外領域から近赤外領域の範囲の吸光度スペクトルである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプローブ型元素分析装置。
5. 被測定流体を透過した透過光の吸光度スペクトルを測定する第１工程と、
   処理対象の前記吸光度スペクトルを複数の特定波長領域に指定し、前記指定された複数の前記特定波長領域の吸光度スペクトルから部分最小二乗法により求めた回帰曲線で、前記特定波長領域の信号値から共存物質に基づく信号値を分離して前記被測定流体中の分析対象元素に基づく信号値を算出し、前記分析対象元素の元素濃度を算出する第２工程と、
   を含み、
   複数の前記特定波長領域は、前記分析対象元素および前記共存物質の吸光度スペクトル特性に基づき予め指定される特定波長領域であって、前記分析対象元素の吸光度スペクトルのピークをそれぞれ含み、前記共存物質の吸光度スペクトルのピークを含まないことを特徴とする、プローブ型元素分析方法。
6. 前記分析対象元素が、ウラン及びプルトニウムの少なくとも一方である、請求項５に記載のプローブ型元素分析方法。
7. 前記吸光度スペクトルが、紫外領域から近赤外領域の範囲の吸光度スペクトルである、請求項５又は請求項６に記載のプローブ型元素分析方法。

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