JP7840552B2 - ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー及びその製造方法、並びにこれを用いたウランを視覚的に追跡する方法及び抽出する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー及びその製造方法、並びにこれを用いたウランを視覚的に追跡する方法及び抽出する方法に関する。

昨今、環境、文明、産業、経済の発展に伴い、エネルギー危機に対する説得力のある解決策を提供し、化石燃料と比較して温室効果ガスの排出量が少ないなどの明確な特徴を示し、地球規模の気候変動に立ち向かうことに貢献するエネルギー、特に原子力への関心が高まっている。このような背景から、持続可能な代替エネルギーとしての原子力発電では、Ｕ（ＶＩ）が核燃料として利用されている。環境に優しいエネルギーとして原子力エネルギーに依存しているにもかかわらず、多くの放射性汚染物質が環境中に排出されることで、その化学的毒性と放射能により、人間の健康と環境に対する脅威となっている。そのため、水環境や原材料などの様々な資源から、ウランなどの放射性元素を効果的かつ選択的に分離・除去することは、ますます大きな課題や懸念に直面している。

一般に、エネルギーや電気の生産、セラミックコーティング、老朽化した岩石の評価、核兵器製造、電子顕微鏡、陶器のガラスなど、主に貢献している多くの用途に関連して、ウラン（Ｕ（ＶＩ）または^２３８Ｕ）への関心が高まっている。世界保健機関（ＷＨＯ）によると、Ｕ（ＶＩ）イオンの最大許容値は３０ｐｐｂであり、過剰摂取により、肺癌、膵臓癌、肝臓癌、腎臓や骨の中毒など多くの疾患を引き起こす。現在の推定では、Ｕ^（ＶＩ）の陸地での埋蔵量は今後１００年間の原子力発電に十分な量であり、また、海洋水には陸地での埋蔵量の１、０００倍に相当する約４５億トンのウランが含まれていることが研究で確認されている。そのため、半減期が長く酸化状態が安定している低濃度のＵ（ＶＩ）イオン（３．３μｇ／Ｌ）を含む海洋水など、非在来型のＵ（ＶＩ）資源の利用に関心が集まっている。このような状況下で、ウランイオンを利用する必要性が高まっており、様々な一般的なソースからウランを取り出したり、核廃棄物のような汚染された環境からウランを回収したりするために、高効率で利用できる効果的な戦略を提供することが切実に求められている。

自然界にウランが存在し、形成される形態は様々である。ウランの３つの酸化状態（ＩＶ、Ｖ、ＶＩ）は固体酸化物として存在するが、Ｕ（Ｖ）の存在は稀である。Ｕ（ＩＶ）Ｏ_２は商業用核燃料として広く利用されており、また、ウラン化合物の骨格に酸素を取り込むことが簡単であるため、多くの結晶相が区別されている（Ｕ^（ＩＶ）Ｏ_２－Ｕ^（ＶＩ）Ｏ_３）。さらに、ウランはウランナイト（ＵＯ_２）やピッチブレンドのような一次ウラン鉱物や、カーノタイト、トルベルナイト、サレアイト、オートナイト、ウラノフェン、ウルリサイト、ウラノシルサイトのような二次鉱物に含まれている。

そのため、原子力技術の発展や人々の健康のために、様々な環境や鉱石から効率的かつ安全な方法でＵ（ＶＩ）を抽出・除去することが強く求められている。そのため、Ｕ（ＶＩ）種を回収するために、溶媒抽出、沈殿、イオン交換、膜ろ過、ナノろ過、共沈、吸着などの様々な除去・回収技術が頼りにされてきた。吸着技術は、低コスト、高効率、操作の容易さ、顕著な吸着能力、選択的な吸着剤の提供の可能性など、この技術の価値ある特性により、汚染された工業排水、海水、鉱石からＵ（ＶＩ）を除去・抽出するための有望な技術である。この観点から、金属酸化物、金属有機物フレームワーク（ＭＯＦ）、層状金属硫化物、粘土、ゼオライト、メソポーラス材料、キトサン、カーボンナノファイバー、メソポーラスカーボン、カーボンナノチューブなどの炭素系材料など、Ｕ（ＶＩ）を効率的に回収・除去するための様々なカテゴリーの吸着材料の開発と試験に多くの努力が払われてきた。

近年、ナノマテリアルは、高表面積、表面上の豊富な活性部位や触媒部位、安定性、低コスト、環境への配慮など、その独特の特性により、効果的な吸収剤として広く採用されている。Ｕ（ＶＩ）吸着プロセスの改善という点では、リン酸塩化合物は高いＵ（ＶＩ）結合親和性で良好な効率を示した。このように、リン酸基を吸着剤の骨格に含浸させることで、吸着剤の表面が活性化され、Ｕ（ＶＩ）の回収プロセスが促進される。メソポーラス材料は、その優れた特性から、吸着プラットフォームとして利用することが非常に注目されている。ＨＯＭ、ＳＢＡ－１５、ＫＩＴ－６、ＭＣＭ－４１などのメソポーラスシリカ基板は、化学的安定性、高い表面積、簡単な機能化などの利点があり、汚染物質や放射性物質の抽出・回収に適している。ＭＣＭ－４１やＳＢＡ－１５などのメソポーラスシリカ材料を５－ニトロ－２－フルアルデヒド（フラール）、アミノ、ジヒドロイミダゾール、ホスホネート基などで修飾し、Ｕ（ＶＩ）の吸着容量を向上させることが行われた。同様に、ヒドロキシピリジノン、アセトアミド－ホスホネート、サリチルアミド、グリシニル尿素によるＭＣＭ－４１の修飾は、アクチニドの回収の取り込み時間と選択性を改善する。Ｎ－ドナーキレート剤としての５－アザシトシンは、Ｕ（ＶＩ）を選択的に回収するための水熱炭素材料の改変に用いられた。

有機材料と無機材料の組み合わせは、物理的、化学的、形態的特性を改善し、仕様を変更した新しい材料の合成に積極的に貢献している。このような背景から、有機－無機材料は、高表面積、熱的および化学的安定性、低毒性、高感度および選択性などのユニークな特徴を有しており、複雑な環境からＵ（ＶＩ）などの標的種を高効率で分離・回収するために使用できる活性材料としての潜在的な候補を提供している。設計された吸着剤の吸着およびセンシング性能を向上させるためのプラットフォームとして、多孔質シリカベースの材料を用いて、希土類元素および有害種を回収／除去するための有機－無機ハイブリッド材料の設計には、数多くの努力が払われてきた［特許文献１－４、非特許文献１］。光センサーの分野は、放射性物質を含む汚染物質の早期発見やモニタリングを主な目的としており、有機－無機材料の分野の一つとして大きな注目を集めている。そのため、高感度・高選択性で放射性物質を監視・除去・抽出するための光センサーを開発・利用するための努力が続けられている。Ｕ（ＶＩ）検出用の光学材料としては、Arsenazo IIIとAlizarin Red Sが用いられた。さらに、カーボンドット（ＣＤ）は、水溶液からのＵ（ＶＩ）の分離・検出のために、ゼオライト・イミダゾレート・フレームワーク（ＺＩＦ－８）の改質に使用されている。そのため、異なる環境から低濃度のＵ（ＶＩ）イオンを検出／抽出するために、特定の感度と選択性を持つ光学センサーを設計することが課題となっている。このような光学センサーの設計には、高選択性の光学検出の迅速な性能と、分離プロセスの効率化が求められる。

特開２０１１－２０１７３１号公報 国際公開２０１１／０９００８６号 特表２０１４－５１４４３３号公報 特開２０１６－０３５１０９号公報

Sherif A.El-Safty, 原田 幸明他 『ナノ秩序構造を用いたレアメタル高選択性高効率抽出技術に関する研究』 平成２３年度 環境研究総合推進費補助金 研究事業総合研究報告書 Ｋ２２００５、Ｋ２３６１

本発明の目的は、異なる環境から低濃度のＵ（ＶＩ）イオンを検出／抽出するために、特定の感度と選択性を持つ光学センサーであって、高選択性の光学検出の迅速な性能と、分離プロセスが効率化されたウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーを提供することにある。

［１］ 本発明の視覚的追跡センサーは、３次元六角形モノリス型ワーム状高次構造のメソポーラスシリカであって、
前記メソポーラスシリカの表面はキレート化合物で修飾されていると共に、
前記キレート化合物に修飾された有機発色性キレート系プローブと、
を備えるものである。

［２］ ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー［１］において、好ましくは、前記メソポーラスシリカの表面および細孔は、式１または式２で表されるキレート化合物で修飾されているとよい。

ここで、Ｌは、２価の基であり、「・」はラジカルを表し、Ｒ１は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、１価の複素環基、置換アミノ基、ハロゲン原子、および、シアノ基からなる群から選択され、Ｒ２およびＲ３は、同一または別異の炭素数１～５のアルキル基であり、Ｒ４は、炭素数１～５のアルキル基であり、ｎは１以上３以下の自然数であり、＊は前記ポーラスシリカとの結合部位を表す。
［３］ ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー［２］において、好ましくは、前記Ｌは、炭素数２～４のアルキレン基であり、前記Ｒ１～Ｒ４は、同一または別異の炭素数１～３のアルキル基であり、前記ｎは、２または３であるとよい。
［４］ ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー［３］において、好ましくは、前記キレート化合物は、化２に示すホスホン酸［２－（トリエトキシシリル）エチル］－ジメチルエステル、２－ジメトキシホスホリルエチル（トリエトキシ）シラン、（２－ジエチルホスファトエチル）トリエトキシシラン、３－ジエトキシホスホリルプロピル（トリメトキシ）シラン、ジメチル｛２－［ジエトキシ（メチル）シリル］エチル｝ホスホネートの何れかで表されるポリオキシエチレン脂肪族エーテルであるとよい。

［５］ ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー［２］～［４］において、好ましくは、前記ポーラスシリカに対する前記キレート化合物の質量比は、０．１以上０．５以下の範囲であるとよい。
［６］ ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー［５］において、好ましくは、前記ポーラスシリカに対する前記キレート化合物の質量比は、０．１５以上０．２５以下の範囲であるとよい。
［７］ ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー［２］～［６］において、好ましくは、前記ポーラスシリカは、少なくとも、ケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）およびリン（Ｐ）を含有し、合計を１００質量％としたとき、それぞれの元素の質量パーセント濃度は、
４５≦Ｓｉ≦５５
４０≦Ｏ≦４５
３≦Ｃ≦７、および、
１≦Ｐ≦３
を満たすとよい。
［８］ ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー［２］～［６］において、好ましくは、前記メソポーラスシリカは、六方晶構造を有するポーラスシリカからなる粒子の凝集体を備え、
前記凝集体は、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を備えた階層構造を有し、
前記凝集体は、２５０ｍ^２／ｇ以上３００ｍ^２／ｇ以下の範囲のＢＥＴ法比表面積を有し、０．３ｃｍ^３／ｇ以上０．５ｃｍ^３／ｇ以下の範囲の細孔容積を有し、
前記凝集体の表面は前記粒子間に複数の溝を有し、
ウランを選択的に吸着して発色するとよい。

［９］ ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー［２］～［８］において、好ましくは、前記有機発色性キレート系プローブは化３～化６の何れかで表されるアゾ化合物のキレート系プローブであるとよい。

［１０］ 本発明の視覚的追跡センサーの製造方法は、［４］に記載のポリオキシエチレン脂肪族エーテルの界面活性剤を用いた直接鋳型法により、３次元（３Ｄ）六角形モノリス型ワーム状高次構造メソポーラスシリカ（ＷＨＭ）を作製し、
ポリオキシエチレン脂肪族エーテルで修飾されたメソポーラスシリカの構造、形状およびサイズを制御した細孔形状を実現し、
前記ＷＨＭのプラットフォームを［９］に記載のアゾ化合物のキレート系プローブで修飾したものである。

［１１］ 本発明の視覚的追跡センサーの使用方法は、被験水溶液からウランを抽出する方法であって、［１］～［９］のいずれかに記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーと、前記被験水溶液とを接触させ、前記被験水溶液中のウランを吸着して発色させること
を包含する、方法である。
［１２］ 本発明のウラン含有鉱石に含まれるウランを視覚的に追跡する方法は、
前記ウラン含有鉱石を塩酸、硝酸および硫酸からなる群から選択される酸溶液に添加し、前記ウラン含有溶液を調製することと、
［１］～［９］のいずれかに記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーと前記ウラン含有溶液とを接触させ、前記ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーに前記ウラン含有溶液中のウランを吸着して発色させることと、
を包含する、方法である。
［１３］ 本発明のウラン含有鉱石に含まれるウランを視覚的に追跡する方法［１２］において、好ましくは、前記ウラン含有溶液のｐＨは、３以上６．５以下の範囲であるとよい。
［１４］ 本発明のウラン含有鉱石に含まれるウランを視覚的に追跡する方法［１２］において、好ましくは、前記酸溶液に加えて、過酸化水素をさらに添加するとよい。

本発明のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーによれば、異なる環境から低濃度のＵ（ＶＩ）イオンを検出／抽出するために、特定の感度と選択性を持つ光学センサーであって、高選択性の光学検出の迅速な性能と、分離プロセスが効率化される。
本発明のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーの製造方法によれば、上記のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーが製造できる。
本発明のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーの使用方法によれば、異なる環境から低濃度のＵ（ＶＩ）イオンを検出／抽出することができる。

Ｂ５６、Ｂ５８、Ｂ７８の各非イオン性界面活性剤を用いて合成したワーム状細孔を有するＷＨＭ－４モノリスの代表的なＴＥＭ顕微鏡写真（Ａ、Ｃ、Ｅ）および３次元表面（Ｂ、Ｄ、Ｆ）であり、すべてのＷＨＭ－４モノリスの表面は３５度傾けて記録した。 合成した六方晶系ＷＨＭシリカモノリスの代表的なＴＥＭ顕微鏡写真を示している。 ２次元六方晶メソポーラスＷＨＭ－２－ＬナノセンサーのＳＴＥＭ像とＳＴＥＭ－ＥＤＳマッピング（Ａ）ＳＴＥＭ像、（Ｂ）Ｏ、（Ｃ）Ｓｉ、（Ｄ）Ｃ、（Ｅ）Ｐ、（Ｆ）Ｎ、（Ｇ）ＥＤＳ分析と固体キャプターに存在する種の原子存在量の計算値を示している。 リオトロピック相を用いて合成した六方晶Ｐ６ｍｍメソポーラスＨＯＭ－２のＦＥ－ＳＥＭ像（Ａ、Ｂ）と対応するＥＤＸスペクトル（Ｃ、Ｄ、Ｅ）と六方晶メソポーラスＨＯＭ－２－Ｌ１のＥＤＸスペクトル（Ｆ）を示している。 マイクロエマルション液晶系で異なる界面活性剤を用いて合成したワームホール２Ｄ－ＷＨＭ－２六方晶構造のＸＲＤパターン（Ａ）と、Ｕ（ＶＩ）検出用光学センサーの設計に用いたメソポーラス六方晶ＷＨＭ－３－（Ｂ５６）モノリシックキャリアのＸＲＤパターン（Ｂ）を示している。 異なる界面活性剤（ブリッジ型５６（Ｂ５６）、ブリッジ型５８（Ｂ５８）、ブリッジ型７６（Ｂ７６）、ブリッジ型７８（Ｂ７８）、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ－１１４（ＴＸ－１１４）、ブリッジ型３５（Ｂ３５））を用いて合成したメソポーラス六方晶ＷＨＭ－２モノリシック材料のＮ２吸脱着等温線を示している。 ブリッジ型７６を用いてマイクロエマルション系で合成した異なるモノリス型メソポーラスＷＨＭ担体のＮ_２吸脱着等温線を示している。 ＷＨＭ－３（Ｂ５６）－Ｌ担体に４種類のキレート剤（Ｌ１～Ｌ４）を組み込んで合成したＷＨＭ－３（Ｂ５６）－Ｌ光学スーパーメソキャプターセンサーのＮ_２吸脱着等温線を示している。 ＷＨＭ－３（Ｂ５６）－Ｌ担体に４種類のキレート剤（Ｌ１～Ｌ４）を組み込んで合成したＷＨＭ－３（Ｂ５６）－Ｌ光学スーパーメソキャプターセンサーと、ブリッジ型７６を用いてマイクロエマルション系で合成した異なるモノリス型メソポーラスＷＨＭ担体の細孔形状を説明する表を示している。 ４種類のキレート剤Ｌ１～Ｌ４の化学式とその商品名を示している。 ＷＨＭ－２（Ｂ５６、ブリッジ型５６）およびＷＨＭ－２（Ｂ５６）－Ｌセンサーの^２９Ｓｉ ＭＡＳ－ＮＭＲスペクトル（Ａ）と、ＷＨＭ－２（Ｂ７６、ブリッジ型７６）およびＷＨＭ－２（Ｂ７６）－Ｌセンサーの^２９Ｓｉ ＭＡＳ－ＮＭＲスペクトル（Ｂ）を示している。得られた成分ピークのスペクトル分解図は、メインスペクトルの下に異なる濃淡のついた領域で示されている。（Ｃ）はＷＨＭ－２（Ｂ５６、ブリッジ型５６）の^１３Ｃ ＣＰ－ＭＡＳ分析結果を示している。 Ｂｒｉｊ７６を用いて作製したＷＨＭ－２（Ａ）と、ＷＨＭ－２とＭｏｒｄａｎｔ Ｂｌａｃｋ ３８（ＭＢ３８）プローブを統合して作製したＷＨＭ－２－Ｌスーパーメソキャプテン光センサー（Ｂ）のＴＧおよびＤＴＡ曲線を示している。 （ａ）メソポーラスシリカ、（ｂ）ブリッジ型７６を用いて調製したＷＨＭ－２、（ｃ）ＷＨＭ－２－Ｌセンサー、（ｄ）Ｕ（ＶＩ）／ＷＨＭ－２－Ｌ複合体、（ｅ）化学的安定性を確認するために使用した５サイクル後のＷＨＭ－２－Ｌセンサーのフーリエ変換赤外（ＦＴ－ＩＲ）スペクトルを示している。 （Ａ）ＷＨＭ－２吸着剤を用いたＵ（ＶＩ）イオン吸着のｐＨ依存性。初期［Ｕ（ＶＩ）］１０ｐｐｍの１００ｍＬにＷＨＭ－２吸着剤２０ｍｇ、接触時間６０分、２５℃。Ｂ）Ｂ５６で合成したメソポーラスＷＨＭモノリスのモルフォロジーが１０ｐｐｍの［Ｕ（ＶＩ）］の吸着に及ぼす影響を示している。 （Ａ）は、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８センサーを用いた視覚的なＵ（ＶＩ）イオン検出のｐＨ依存性を示しているもので、センサー２０ｍｇを１００ｍＬ中に入れ、初期の［Ｕ（ＶＩ）］を１０ｐｐｍとし、接触時間を６０分、２５℃とした。（Ｂ）は、ＷＨＭ－１－Ｌセンサーを用いたキレートプローブの種類が、バッチ式接触吸着システムを用いた最適条件でのＵ（ＶＩ）イオンの検出に及ぼす影響を示している。（Ｃ）は、ＭＢ３８で修飾したＷＨＭモノリスを用いた各種光学センサーの設計が、バッチ式接触吸着システムを用いた最適条件でのＵ（ＶＩ）イオンの検出性能に及ぼす影響を示している。（Ｄ）は、水溶液からの１０ｐｐｍのＵ（ＶＩ）の吸着に対する接触時間の影響を示している。 メソポーラスシリカＷＨＭ－１のＵ（ＶＩ）イオンに対する選択性を、最適条件での（Ａ）単一分離系と（Ｂ）二元系で示している。（Ｃ）と（Ｄ）は、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８センサーの単一分離系と二元系での共存するＵ（ＶＩ）イオンの検出・抽出の選択性を示している。複雑な系でのＵ（ＶＩ）イオンの選択性能のためのバッチ式吸着（Ｅ）と固定床式カラムナー（Ｆ）を示している。 （Ａ）は、Ｕ（ＶＩ）を検出するための色の変化イメージを、肉眼で元素の色を明らかにするためのｐＨの関係として表した。（Ｂ）は、ｐＨ３．９のＷＨＭ－１－ＭＢ３８を用いたＵＶ反射スペクトルに対するＵ（ＶＩ）濃度の影響を示している。 （Ａ）は、ＷＨＭ－１、ＷＨＭ－２、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８吸着剤を用いたＵ（ＶＩ）取り込み量ｍｇ／Ｌ、（Ｂ）は、吸着容量（ｑｅ、ｍｇ／ｇ）に対するＵ（ＶＩ）初期濃度の影響。（Ｃ）は適用した吸着剤の最大吸着容量を決定するためのＵ（ＶＩ）種の吸着に関するＬａｎｇｍｕｉｒ等温線モデルのフィット線形グラフ、（Ｄ）はＵ（ＶＩ）種の吸着に利用したＬａｎｇｍｕｉｒ吸着等温線モデルのパラメータを示している。すべての実験は、５００ｍｌの溶液に０．５ｇの吸着剤を入れ、室温で３０分間行った後、ＩＣＰ－ＭＳを用いて結果を確認した。 ＷＨＭ－１（Ａ、Ｃ、Ｅ）およびＷＨＭ－１－ＭＢ３８（Ｂ、Ｄ、Ｆ）バイオ吸着剤を用いて、流量、吸着剤量、Ｕ（ＶＩ）初期濃度を変化させた場合の固定床カラムシステムによるＵ（ＩＶ）抽出の破過曲線を示している。 図中、左側の（Ａ）はＷＨＭ－２プラットフォームの原子配置図を示している。中央の（Ｂ）はＷＨＭ－２プラットフォームにグラフト法でＭＢ３８プローブを取り付けた状態の原子配置図を示している。（Ｃ）と（Ｄ）の矢印の右側の図はＵ（ＶＩ）イオンを光学的に検出するＷＨＭ－２－Ｌセンサーの原子配置図である。矢印（Ｃ）はＷＨＭ－２－ＬセンサーにＵ（ＶＩ）イオンが作用する工程、矢印（Ｄ）は化学処理工程によりＵ（ＶＩ）イオンを解離させることで、（Ｂ）の状態に戻すことを示す工程を示している。 図中、左側の写真（Ａ）はＷＨＭ－２プラットフォームのＦＥ－ＳＥＭ像とＴＥＭ顕微鏡写真、中央の写真（Ｂ）はＷＨＭ－２－ＬのＦＥ－ＳＥＭ像とＴＥＭ顕微鏡写真、右側の図（Ｃ）はＷＨＭ－２－Ｌセンサーの原子配置図、（Ｅ）の原子配置図は錯体［ＵＯ_２Ｌ（Ｈ_２Ｏ）］．（ＮＯ_３）］を示している。 図中、左側の３層の平面斜視図（Ａ）はＷＨＭ－２プラットフォームのリン原子Ｐを示している。中央の３層の平面斜視図（Ｂ）はＷＨＭ－２－Ｌにおいてリン原子ＰにＭＢ３８プローブが結合した状態を示している。右側の３層の平面斜視図はＷＨＭ－２－Ｌセンサーにおいてリン原子ＰにＭＢ３８プローブが結合した状態で、Ｕ（ＶＩ）イオンが結合した状態を示している。 （Ａ）は、ＷＨＭ－２－ＭＢ３８センサーの脱複合化プロセスによるＵ（ＶＩ）イオンの回収における剥離剤としてのＥＤＴＡ濃度の影響を示している。（Ｂ）は、ＷＨＭ－２－ＭＢ３８のＵ（ＶＩ）イオンの抽出・検出のための複数回の再利用サイクルを示している。 エジプト東部砂漠南部のＧａｂａｌ Ｅｌ Ｓｅｌａ地域で採取された変質花崗岩（ＡＧＲ）の化学組成を示している。（Ｂ）はＨ_２ＳＯ_４濃度（Ｍ）、浸出／撹拌時間、温度の影響、（Ｃ）は酸化剤としてのＨ_２Ｏ_２濃度（ｖ／ｖ％）の影響など、ＡＧＲ材料からの^２３８Ｕ浸出に影響する最適な条件を検討した。 ＡＧＲの実溶出液からの^２３８Ｕ同位体の検出と抽出に伴うγ線スペクトルを示すもので、（Ａ）は^２３８Ｕ同位体吸着前のＷＨＭ－２－ＭＢ３８センサー、（Ｂ）は^２３８Ｕ同位体吸着後のＷＨＭ－２－ＭＢ３８センサー、（Ｃ）はストリッピング後のＷＨＭ－２－ＭＢ３８／^２３８Ｕ同位体、（Ｄ）は^２３８Ｕ同位体吸着後のＷＨＭ－２で行ったγ線スペクトルを示している。浸出液から２３８Ｕを吸着した後と、Ｈ_２ＳＯ_４をストリッピング／溶出剤として用いて^２３８Ｕを脱着した後のＭＭＳＭの高純度ゲルマニウム（ＨＰＧｅ）検出器によるガンマ線スペクトルを示している。 ＷＨＭ－２及びＷＨＭ－２－ＭＢ３８の高純度ゲルマニウム（ＨＰＧｅ）検出器による浸出液からの^２３８Ｕ吸着後及び^２３８Ｕ脱離後のγ線を示している。 ＷＨＭ－ＭＢ３８センサーを用いたモナザイト模擬溶液からの最適条件でのＵ（ＶＩ）イオンの抽出を示している。 ＷＨＭ－ＭＢ３８センサーを用いた最適条件でのＥＭＭ実在モナザイト試料からのＵ－イオンの抽出を示している。 本発明の前駆体としてのウラン吸着材を示す模式図である。 本発明の前駆体としての別のウラン吸着材を示す模式図である。 本発明の前駆体としてのキレート化合物が修飾したウラン吸着材を用いた吸着メカニズムを示す模式図である。

本発明の実施形態の詳細を説明する前に、『発明を実施するための形態』での全体構造の概略を説明する。
まず、ブリッジ型（ＣｘＥＯｙ）界面活性剤を用いた直接鋳型法により、３次元（３Ｄ）六角形モノリス型ワーム状高次構造メソポーラスシリカ（ＷＨＭ）を作製し、ブリッジ型／シリカメソフェーズ構造、形状およびサイズを制御した細孔形状を実現した。ここで、ＷＨＭ（worm-like highly ordered mesoporous silica）とは、ワーム状高次構造メソポーラスシリカの略である。ＷＨＭは、３次元（３Ｄ）六角形モノリス型である。
ＷＨＭプラットフォームをモルダントファミリー（Ｍｏｒｄａｎｔ－ｆａｍｉｌｙ）のキレート剤で修飾することにより、Ｕ（ＶＩ）種の光センシングが可能となる。これらの光学センサーは、実際のサンプルから^２３８Ｕの同位体を高感度かつ選択的に抽出・捕獲・捕捉することができる。模擬溶液からのＵ（ＶＩ）イオンと、変成花崗岩（ＡＧＲ）原料の実際の浸出液からの^２３８Ｕ同位体を捕捉するために、バッチコンタクトと固定床のカラムナー試験を行った。
その結果、ＷＨＭ光センサーは、（ｉ）シンプルで効率的、低コストで環境に優しいプロセス、（ｉｉ）２３８Ｕの選択的抽出、（ｉｉｉ）再生と複数回の使用による経済的コスト、（ｉｖ）農業廃棄物の適切な利用、などの優れた特徴を持つ潜在的な候補を提供することがわかった。設計されたＷＨＭセンサーは、環境に大きな負担をかけることなく、ＡＧＲから^２３８Ｕを高い選択性で回収・抽出することができた。

［化学物質］
すべての材料は、さらに精製することなく、生産されたままの状態で使用された。
シリカ化合物としては、テトラメチルオルソシリケート（ＴＭＯＳ）が用いられる。
ホスホン酸シラン化合物としては、３－（トリヒドロキシシリル）プロピルメチルホスホネート、モノソディウム塩（ＣＨ_３Ｐ（Ｏ）（ＯＮａ）Ｏ（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＨ）_３）、３－ジエトキシホスホリルプロピル（トリエトキシ）シラン（Ｃ_１３Ｈ_３１Ｏ_６Ｐｓｉ）、２－ジエトキシホスホリルエチルジエトキシメチルシランが用いられる。
ホスホン酸シラン化合物の前駆体としては、３－アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ、９９％）、エタノール（９９．７％）、ジフェニルホスフィン酸クロリド。１－ナフチルホスフェート（ＮＰＡ）、ベンジルホスホン酸（ＢＰＡ）が用いられる。

代表的なポリオキシエチレン脂肪族エーテルとして、市販されているものは、Ｂｒｉｊ（登録商標）の商標名でＵｎｉｑｅｍａ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）から市販されているものであり、限定するものではないが、Ｂｒｉｊ（登録商標）７６（ポリオキシルステアリルエステル、Ｃ_１８Ｈ_３７（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_１０ＯＨ、ＭＷａｖ＝７１１）、Ｂｒｉｊ（登録商標）７８（エイコサエチレングリコールオクタデシルエーテル、Ｃ_１８Ｈ_３５（ＯＣＨ_２－ＣＨ_２）_２０ＯＨ、ＭＷａｖ＝１１５２）、Ｂｒｉｊ（登録商標）９７（２９－［（Ｚ）－９－オクタデセニルオキシ］－３，６，９，１２，１５，１８，２１，２４，２７－ノナオキサノナコサン－１－オール、Ｃ_１８Ｈ_３５（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_１０ＯＨ、ＭＷａｖ＝７０９）。Ｂｒｉｊ（登録商標）９８（ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル、Ｃ_１８Ｈ_３５（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_２０ＯＨ、ＭＷａｖ＝１１５０、Ｂｒｉｊ（登録商標）３５（ポリオキシエチレン２３ラウリルエーテル、Ｃ_１２Ｈ_２５（ＯＣＨ_２－ＣＨ_２）_２３ＯＨ、ＭＷａｖ＝１１９８）、Ｂｒｉｊ（登録商標）５８（ポリエチレングリコールヘキサデシルエーテル、Ｃ_１６Ｈ_３３（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_２０ＯＨ、ＭＷａｖ＝１１２４）、およびＢｒｉｊ（登録商標）５６（ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル、Ｃ_１６Ｈ_３３（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_１０ＯＨ、ＭＷａｖ＝６８３）が用いられる。また、シグマアルドリッチ社とより市販されるＴｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ－１１４（ＴＸ－１１４（１，１，３，３－テトラメチルブチル）フェニル－ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール ｔｅｒｔ－オクチルフェニルエーテル、（Ｃ_２Ｈ_４Ｏ）ｎＣ_１４Ｈ_２２Ｏ，ｎ＝７ｏｒ８）も用いられる。

東京化成工業（ＴＣＩ）株式会社のＭｏｒｄａｎｔ Ｂｌａｃｋ ３８（ＭＢ３８、オメガクロムブラックブルーＧ）、Ｍｏｒｄａｎｔ Ｂｌａｃｋ １７（ＭＢ１７）、Ｍｏｒｄａｎｔ Ｂｌｕｅ ７９（ＭＢ７９）、Ｍｏｒｄａｎｔ Ｂｌａｃｋ １１（ＭＢ１１）を使用した。
ＭＢ３８は、化３に示す化合物で、ベンゼンスルホン酸、３－［［８－（アセチルアミノ）－２－ヒドロキシ－１－ナフタレニル］アゾ］－５－クロロ－２－ヒドロキシ－、一ナトリウム塩（Ｂｅｎｚｅｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ， ３－［［８－（ａｃｅｔｙｌａｍｉｎｏ）－２－ｈｙｄｒｏｘｙ－１－ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｙｌ］ａｚｏ］－５－ｃｈｌｏｒｏ－２－ｈｙｄｒｏｘｙ－， ｍｏｎｏｓｏｄｉｕｍ ｓａｌｔ）と呼ばれる。ＭＢ１７は、化４に示す化合物で、２－ヒドロキシ－１－（２－ヒドロキシ－１－ナフチルアゾ）ナフタレン－４－スルホン酸ナトリウム塩（２－Ｈｙｄｒｏｘｙ－１－（２－ｈｙｄｒｏｘｙ－１－ｎａｐｈｔｈｙｌａｚｏ）ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ－４－ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ ｓｏｄｉｕｍ ｓａｌｔ）と呼ばれる。ＭＢ７９は、化５に示す化合物で、二ナトリウム；（３Ｅ）－４－オキソ－３－［（４－スルホナトナフタレン－１－イル）ヒドラジニリデン］ナフタレン－１－スルホネート（ｄｉｓｏｄｉｕｍ；（３Ｅ）－４－ｏｘｏ－３－［（４－ｓｕｌｆｏｎａｔｏｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－１－ｙｌ）ｈｙｄｒａｚｉｎｙｌｉｄｅｎｅ］ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ－１－ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）と呼ばれる。ＭＢ１１は、化６に示す化合物で、３－ヒドロキシ－４－［（１－ヒドロキシナフタレン－２－イル）ジアゼニル］ －７－ニトロナフタレン－１－スルホン酸（３－ｈｙｄｒｏｘｙ－４－［（１－ｈｙｄｒｏｘｙｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－２－ｙｌ）ｄｉａｚｅｎｙｌ］－７－ｎｉｔｒｏｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ－１－ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）と呼ばれる。

［モノリシック・シリカＷＨＭＳの作製］
モノリス状のシリカＷＨＭＳ材料を設計するために、以前に報告されているように、透光性シリカ／界面活性剤の均質なメソフェーズを生成するために、直接テンプレート化戦略が使用されている。特に、この半透明のモノリスの形成を確実にコントロールするために、リオトロピックシステムでは、特定の界面活性剤とＴＭＯＳ化合物の重量比を１：２に固定している。ただし、ＴＭＯＳをはじめとする使用するシリカ化合物と各種ホスホン酸シラン化合物との質量比は、３（ＴＭＯＳ）：１（ホスホン酸シラン）に保たれている。通常のモノリス型シリカの合成には、ゾル－ゲル合成法が用いられる。シリカ化合物（ホスホンシラン、ＴＭＯＳ）８．０ｇと界面活性剤４．０ｇをフラスコに入れ、水浴（５０℃）中で穏やかに振って、均一な溶液が得られるまで混合した。次に、シリカの発熱性加水分解・縮合を促進するために、４．０ｇの酸性化した水／ＨＣｌ（ｐＨ１．３）を加えた。混合組成物の最終的な質量比は、界面活性剤（１）：ＴＭＯＳ（１．５）：ホスホン酸シラン（０．５）：Ｈ２Ｏ／ＨＣｌ（１）であることがわかった。生成物の結晶配列破壊を防ぐために、加水分解過程で発生したメタノールをロータリーエバポレーターで除去した。最終的には、ゲル状の光学材料が形成され、フラスコの形状と大きさを獲得した。

その後、得られたゲル状物質を４５℃で２４時間かけて穏やかに乾燥させた。合成したままのＷＨＭＳ物質を塩酸を含むエタン酸溶液で１６時間還流させて界面活性剤を除去した。このＷＨＭＳ材料をＭｉｌｌｉ－Ｑ水（登録商標）で洗浄し、４５℃で２４時間乾燥させた。得られた材料は粉砕され、隔離された容器に保管され、準備されたサンプルの特性を分析し、次の段階で吸着剤／多孔質センサーの製造のためのキャリアとして使用するために使用された。
我々のプロトコルによれば、最終的な混合物に複数の種類のホスホン酸シラン化合物や界面活性剤を使用することで、モノリス状シリカＷＨＭ材料の特徴を制御することができる（スキーム１参照）。スキーム１に示す化７には、５種類のＷＨＭ－１～５が化学構造式と共に示されている。ＷＨＭ－１は、ホスホン酸［２－（トリエトキシシリル）エチル］－ジメチルエステル(Phosphonic acid, [2-(triethoxysilyl)ethyl]-,dimethyl ester)である。ＷＨＭ－２は、２－ジメトキシホスホリルエチル（トリエトキシ）シラン(2-dimethoxyphosphorylethyl (trietoxy) silane) である。ＷＨＭ－３は、（２－ジエチルホスファトエチル）トリエトキシシラン(2-diethylphosphatoethyl) triethoxy silane) である。ＷＨＭ－４は、３－ジエトキシホスホリルプロピル（トリメトキシ）シラン(3-diethoxyphosphorylpropyl (trimethoxy) silane) である。ＷＨＭ－５は、ジメチル｛２－［ジエトキシ（メチル）シリル］エチル｝ホスホネート [Dimethyl {2-[diethoxy (methyl) silyl] ethyl} phosphonate] である。

本発明のプロトコルデザインは、２つの経路を経て構築され、１つ目の経路は、界面活性剤の種類を変えてホスホン酸シランを固定化するもので、２つ目の経路は、界面活性剤の種類を変えて様々なホスホン酸シラン化合物を固定化することで達成される。界面活性剤（１）：ＴＭＯＳ（１．５）：ホスホン酸シラン（０．５）：Ｈ_２Ｏ／ＨＣｌ（１）よりなる最終的な混合物の重量比を維持することに考慮する必要がある。

スキーム（１）。ＷＨＭＳのメソポーラス構造の制御に用いた各種有機リン酸の化学構造。

［ＷＨＭＳを用いた光学式メソカプトルセンサーの製造］
ＷＨＭをベースにした光学メソカプターセンサーは、ＷＨＭベースのプラットフォームにＭＢ３８を含むさまざまな有機キレートプローブを直接グラフト化して設計されている。簡便な方法としては、ロータリーエバポレーターに接続した丸型フラスコに、１００ｍＬのアセトンに溶解したキレートプローブ（ＭＢ３８）２００ｍｇにＷＨＭ１ｇを加えた。この混合物を回転させながら（真空にしないで）３０℃で４時間保持し、ＭＢ３８キレートプローブをＷＨＭプラットフォームに確実に含浸させた後、真空下で溶媒を除去した。このようにして得られたメソポーラスＷＨＭ－リガンド（ＷＨＭ－Ｌ）キャプター／センサーを、オーブンで３時間乾燥させた。その後、乾燥したメソポーラスＷＨＭ－Ｌを脱イオン水で数回洗浄し、飽和状態になるまで余分なプローブ分子や未反応のプローブ分子を確実に除去した。また、プローブ分子の溶出を伴わないこの飽和プロセスは、分光光度法で確認された。洗浄したメソポーラスＷＨＭ－Ｌキャプター／センサーは、真空オーブンで５５℃で６時間乾燥させた後、断熱暗室ボトルに保管し、Ｕ（ＶＩ）イオンの検出・除去処理に使用した。

［エジプト産変成花崗岩（ＥＡＧＲ）の浸出手順］
最初に、ＥＡＧＲ鉱石は小さなサイズ（２００メッシュ）に粉砕された。Ｕ（ＶＩ）の浸出プロセスでは、ＥＡＧＲの粉砕物１ｋｇを、酸化剤として５％のＨ_２Ｏ_２と０．５Ｍの酸性溶液の混合物を用いて、高温で連続的に撹拌しながら処理した。得られた濃度データから、次の式３に従って、浸出工程の効率（Ｌ％）を確認した。

ここで、Ｃｅ（Ｂｑ／Ｋｇ）とＣｓ（Ｂｑ／Ｋｇ）は、それぞれ平衡時の水性浸出液中の^２３８Ｕ濃度と初期固相中の^２３８Ｕ濃度である。ＡＧＲの浸出液からの^２３８Ｕ同位体の回収は、バッチ式とカラム式を用いて行われた。

［Ｕ（ＶＩ）イオンの回収］
ガラス器具の清浄性を確保するために、本プロセスで使用したすべてのガラス器具は、５％ＨＮＯ_３溶液で洗浄した後、ミリＱ水（登録商標）で洗浄している。Ｕ（ＶＩ）の標準原液は、使用直前に様々な濃度で、室温で調製した。バッチ式および固定床式のカラムナー法を用いて、水溶液および実際の岩石サンプルからのＵ（ＶＩ）イオンの吸着・回収を検討した。

バッチシステムでは、合成したＷＨＭまたはＷＨＭセンサー２０ｍｇを、ｐＨ１から１０の範囲の試験済みＵ（ＶＩ）溶液または浸出液４０ｍＬに加えた。Ｕ（ＶＩ）の回収・除去性能は、シャッキング（振動）下で２５℃の環境下で計画された期間行われた。Ｕ（ＶＩ）の取り込み・回収量は、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ－ＭＳ－ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ、Ｅｌａｎ－６０００）を用いて検出した。Ｕ（ＶＩ）の取り込み量（ｑｅ ｍｇ／ｇ）と吸着効率（Ａｄｓ．％）は、式１、２を用いて算出することができる。

ここで、ＣｏおよびＣｅは初期および平衡のＵ（ＶＩ）濃度（ｍｇ／Ｌ）、Ｖは試験容積（Ｌ）、ｗは吸着剤の重量（ｇ）である。
さらに、Ｕ（ＶＩ）イオンの抽出には、固定床式カラムナー法を適用し、カラムナートライアルは、固定された垂直ガラスカラム（長さ＝１２．５ｃｍ、直径＝１．０ｃｍ）を用いて行われた。傾斜したＵ（ＶＩ）溶液は、最適なｐＨ条件で、設計したＷＨＭまたはＷＨＭセンサーを含む固定床カラムに流された。さらに、ストリームレベルの影響、ＷＨＭまたはＷＨＭセンサーの線量、初期のＵ（ＶＩ）濃度の影響など、さまざまなパラメータを検証した。吸着前後の全ウラン濃度の推定には、分光光度法とＩＣＰ－ＭＳを用いた。

［結果と考察］
多数の非イオン性ブリッジ型（ＣｘＥＯｙ）およびＴｒｉｔｏｎ－Ｘ１１４界面活性剤のマイクロエマルション液晶相（直接鋳型法）を用いて、広範囲の六角形モノリス型ＷＨＭメソポーラス構造を設計した。これらの六角形のモノリシックＷＨＭメソポーラス構造は、Ｕ（ＶＩ）イオンを感知するための光学ナノセンサーを設計するための固体支持キャリアとして利用できるように設計されている。酸性合成条件下で、非イオン性界面活性剤の視界内で、シリカ種の重合プロセスが界面活性剤の相集合グループの周りで起こり、^２９Ｓｉ－ＮＭＲスペクトルを用いて確認することができる秩序と無秩序の細孔を持つ硬い架橋されたシリカマトリックスを形成する。
一般に、界面活性剤－シリカ系は、直接のテンプレートシステムとして、その種類とシリカとの比率に応じて、形状、サイズ、細孔形状を制御し、秩序あるあるいは無秩序なメソフェーズ構造を設計する上で重要な役割を果たす。さらに、モノリシックなＷＨＭシリカプラットフォームにキレート剤を固定化することで、シンプルな方法で化学的光学ナノセンサーを設計し、Ｕ（ＶＩ）イオンを検出することができる。Ｍｏｒｄａｎｔ Ｂｌａｃｋ （ＭＢ３８）のような活性官能基を持つ市販の有機発色団プローブをＷＨＭシリカ材料に固定化することに成功し、Ｕ（ＶＩ）イオンの効果的な検出のための幅広い光学化学ナノセンサーの創造につながった。

［ＷＨＭシリカ材料の構造工学とモルフォロジーデザインの制御］
今回の研究では、塩酸の酸触媒に加えて、非イオン性界面活性剤を直接鋳型として用いてシリカ化合物を重合することで、剛直なモノリス型メソポーラスシリカネットワークを形成した。本実施例では、ＷＨＭプラットフォームの階層的な３Ｄメソポーラス構造を制御するために、界面活性剤の種類と有機リン酸を含む２つの主要なキーファクターを使用した。様々なブリッジ界面活性剤は、ワンポット合成により、表面の多孔質構造を制御するだけでなく、指示と再構築のプロセスに潜在的な役割を持っている。そこで、高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、窒素吸着・脱着等温線、フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）、熱重量測定（ＴＧ）、示差熱分析（ＤＴＡ）などのさまざまな分析ツールを用いて、階層的な３Ｄ－ＷＨＭメソポーラス構造を調べた。その結果（図１－図４）に示されているように、一連の直接鋳型となる非イオン性界面活性剤系を用いることで、ＷＨＭシリカモノリスの粒子形態を制御できる可能性が示された。

ＴＥＭ分析により、合成されたＷＨＭシリカメソポーラス材料の多孔質の均一性と組織性が強調されている（図１－図３）。３Ｄ Ｐ６３／ｍｍｃ ＷＨＭ－３、２Ｄ Ｐ６ｍｍ ＨＯＭ－２およびＷＨＭ－４の合成された六角形のＷＨＭシリカモノリスのＴＥＭおよび３Ｄ表面のＴＥＭ顕微鏡写真は、これらの非イオン性界面活性剤の直接テンプレート法を用いたＷＨＭモノリスからの粒子形態の制御を明確に示している（図１、図２）。

合成したＷＨＭシリカの多孔質の均一性と組織化に及ぼす界面活性剤の種類の影響を調べるために、Ｂ３５、Ｂ５８、Ｂ７８を含む多数の非イオン性ブリッジ型（ＣｘＥＯｙ）界面活性剤をＷＨＭ－４モノリスの制御に適用した（図１Ａ－図１Ｆ）。ＴＥＭ写真を見ると、作成したＷＨＭ－４モノリスは、ラージドメイン形態の安定したワーム状メソポーラスチャネルを持っていることがわかる。乱れた細孔構造の形成は、使用した界面活性剤の種類に関連しており、シリカネットワークマトリックスの重合中に界面活性剤とシリカ調達剤の相互作用や凝集が重要であることを反映している。合成したＷＨＭ－４（Ｂ３５）モノリスのＴＥＭ顕微鏡写真は、ＷＨＭ－４（Ｂ３５）モノリスからの粒子形態の制御を明確に示している（図１Ａ）。さらに、ＷＨＭ－４（Ｂ３５）モノリスのＴＥＭを３５度傾けて撮影した３Ｄ面からも、非規則的なマトリックスが確認された（図１Ｂ）。Ｂ３５の代わりにＢ５８を用いてＷＨＭ－４を合成したところ、（図１Ｃ、図１Ｄ）に示すように、いくつかの表面欠陥（矢印で示す）が発生し、不均一な配列（矢印で示す）が形成された。しかし、Ｂ７８を直接テンプレートとして用いたマイクロエマルションシステムを適用すると、表面に多孔質の穴や溝（矢印で示す）が現れ、表面のギャップが形成されるなど、表面のトポロジーに影響を与えた（図１Ｅ、図１Ｆ）。

図２（Ａ）はＢｒｉｊ ５６を用いて合成した３次元六角Ｐ６３／ｍｍｃ ＷＨＭ－３（Ｂｒｉｊ ５６：シリカ前駆体比５０ｗｔ％）、図２（Ｂ）はＷＨＭ－３を３５度傾けて撮影したＴＥＭ顕微鏡写真の３次元表面写真、図２（Ｃ）はＷＨＭ－３－Ｌ１ナノセンサーを４０度傾けて撮影したＴＥＭ顕微鏡写真の３次元表面写真である。図２（Ｄ）はＢｒｉｊ ７６の相ドメインで形成した２次元六角Ｐ６ｍｍ ＷＨＭ－２（Ｂｒｉｊ ７６：シリカ前駆体比５０ｗｔ％）、図２（Ｅ）はＷＨＭ－２を３５度傾けて撮影したＴＥＭ顕微鏡写真の３次元表面写真、図２（Ｆ）はＷＨＭ－２－Ｌ１ナノセンサーを３５度傾けて撮影したＴＥＭ顕微鏡写真の３次元表面写真である。
Ｂ５６界面活性剤を用いて合成したＷＨＭ－３のＴＥＭ顕微鏡写真には、多孔質構造の不規則な配列に関連する明確な証拠が示されている（図２Ａ）。図２Ｄは、ＷＨＭ－２のＴＥＭ分析結果を示し、ＴＥＭ像は、均一で狭いサイズの分布を持つ秩序のとれたメソポーラスなワーム状構造を示しており、これが円筒形の２次元六角形のＰ６ｍｍ構造のドメインの巨大な領域につながっている。細孔が均一に分布していることは、材料の機械的安定性や触媒担体としての使いやすさにとって重要である。

Ｕ（ＶＩ）イオンを視覚的に検出する光学センサーを設計するために、４つのキレート分子をＷＨＭシリカ六角柱のモノリスキャリアにグラフトした。六角形のＷＨＭシリカモノリスは、次の四種類であり、顕微鏡ＴＥＭパターンの３Ｄ表面トポグラフィーをテストした（図２Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ）。
（Ａ、Ｂ）ＷＨＭ－３（Ｂ５６）３Ｄ ３次元空間群の表記がＰ６３／ｍｍｃ、
（Ｄ、Ｅ）ＷＨＭ－２（Ｂ７６） ３次元空間群の表記がＰ６ｍｍで、ブリッジ型７６フェーズドメインで合成された２Ｄ構造で、ブリッジ型７６：シリカ前駆体比５０ｗｔ％、
（Ｃ）ＷＨＭ－３（Ｂ５６）－Ｌ１のナノセンサー、
（Ｆ）ＷＨＭ－２（Ｂ７６）－Ｌ１のナノセンサー。
その結果、実験条件や材料の分析結果から、大量のキレート分子プローブがＷＨＭシリカ材料の外気孔表面だけでなく、内気孔にも埋め込まれていることがわかった。

３Ｄ Ｐ６３／ｍｍｃ ＷＨＭ－３（Ｂ５６）キャリアを３５度傾けて撮影したＴＥＭ顕微鏡写真では、矢印で示したように、ランダム度の高い非規則的なマトリックスが見られた（図２Ｂ）。設計したＷＨＭ－３（Ｂ５６）－Ｌ１ナノセンサーを４０度傾けて撮影したＴＥＭ像では、Ｌ１プローブで修飾したＷＨＭ－３（Ｂ５６）キャリアのワーム状の材料表面（矢印で示す）を示す、ランダムに分散した相互接続ネットワークが確認できる（図２Ｃ）。六角形の２Ｄ Ｐ６ｍｍ ＷＨＭ－２（Ｂ７６）のＴＥＭ像は、非連続的なマットを持つワーム状の構造を示しているが、ＷＨＭ－２（Ｂ７６）－Ｌ１ナノセンサーを３５度傾けて記録したものは、粗い表面を持つワーム状の構造を示している（図２Ｅ、図２Ｆ）。

さらに、ＷＨＭモノリス状シリカ材料におけるすべての元素の形成と局在化に関する情報を、ＳＴＥＭによるプライマリーマッピングで確認した（図３）。ＳＴＥＭマッピングとＥＤＳ元素分析の結果、ＷＨＭ－３－Ｌ１の構成元素の組成と関連性が明らかになり、試験材の枠組みの中でこれらの元素が非常に均質に分布していることがわかった。注目すべきは、この均一な分布が、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｐ、Ｎで構成されていることである（図３Ｂ－Ｆ）。これらの元素がどのような割合で含まれているのかを確認するために、同じ試験領域でＥＤＳスペクトルを測定したところ、ＳＴＥＭデータと同様にこれらの元素が存在していることがわかった（図３Ｇ）。

図４は、六角形のＷＨＭ－２とＷＨＭ－２－Ｌ１のモノリスのＦＥ－ＳＥＭ顕微鏡写真を示し、合成されたＷＨＭ－２モノリスは、大きな粒子径（直径５０～１５０μｍ）を持ち、さまざまなサイズと形状の結晶構造を持つことが明らかになった。ＳＥＭ顕微鏡写真では、ＷＨＭ－２およびＷＨＭ－２－Ｌ１モノリス粒子のすべてのＷＨＭシリカ材料が、完全に滑らかな表面構造を含む特定の特徴を示しており、これはメソポーラスシリカ材料の結晶化プロセスを裏付けるものである。また、構造体には、長距離の内部チャネルの存在を示すと思われる明確なストリップラインが見られた（図４）。その結果、非イオン性界面活性剤のマイクロエマルション系を用いることで、六方晶系ＷＨＭメソポーラスシリカモノリスの作製と、粒子形状や粒子径を制御した機能化が可能であることが確認された。ＥＤＸ法を用いてＷＨＭシリカモノリス材料の良好な分散組成を確認した（図４Ｃ、Ｆ）。加えて、ＷＨＭ－２およびＷＨＭ－２－Ｌ１の構成元素の含有量に関するＥＤＸの結果は、ＳＴＥＭ分析に従って分析された含有量と一致している。ＥＤＸ分析の結果、ＷＨＭモノリス材料には、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｐ、Ｎの各粒子が存在することが明らかになった（図４Ｃ、Ｆ）。さらに、キレート化されたプローブの表面へのスーパーローディングレベルをＥＤＸで分析すると、ナノセンサーの形状が安定していることがはっきりと確認できた。

多孔質材料の構造の規則性を調査・評価するためには、ＸＲＤ分析が頼りになる。ＸＲＤパターンでは、（１００）面に対応するピークがよく分離しており、これはｐ６ｍｍのプレーンと４．４ｎｍのｄ間隔を持つ２Ｄ－ＷＨＭ－２六方晶構造を示している（図５Ａ）。試験したすべてのＷＨＭ－２材料のＸＲＤパターンは、均一に配列されたチャネル状の細孔配列を示していた。このデータは、異なる種類の界面活性剤を適用することで、マイクロエマルション液晶相を用いた六角メソポーラス２Ｄ－ＷＨＭ－２の設計に成功したことを示し、更に図５Ｂは、ブリッジ型５６の液晶相から合成した３次元六角メソポーラスＰ６３／ｍｍｃ ＷＨＭ－３にグラフトした有機キレート剤の効果を示している。メソフェーズ構造を示す３次元六方晶Ｐ６３／ｍｍｃ ＷＨＭ－３の結果 メソフェーズ構造を示している。さらに、改質ＷＨＭ－３のＸＲＤ分析では、秩序のとれたチャンネルと高い均一性のあるテクスチャーがはっきりと示された。キレート剤の表面への過負荷レベルにもかかわらず、特徴的な分解ブラッグ回折ピークは、明らかに六角形のメソポーラスＰ６３／ｍｍｃナノセンサーの形状を確認している。これらの結果から、最終製品の剛性の高いアレイが、センシングプロセスにおけるターゲットイオンの高いフラックスと輸送に貢献していることが確認された。

マイクロエマルション製剤に使用した界面活性剤の種類が、メソスコピックに秩序化されたワーム状の構造や表面パラメータに影響を与える重要な因子を確認するため、Ｎ２吸脱着等温線を用いて、ブリッジ型５６（Ｂ５６）、ブリッジ型５８（Ｂ５８）、ブリッジ型７６（Ｂ７６）、ブリッジ型７８（Ｂ７８）、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ－１１４（ＴＸ－１１４）、ブリッジ型３５（Ｂ３５）といった異なる界面活性剤を用いて合成したＷＨＭ－２のメソポーラス細孔形態を確認した（図６）。

Ｎ_２等温線の測定結果から、マイクロエマルション溶液中の界面活性剤の種類が、２次元六方晶ＷＨＭモノリスメソポーラス材料の細孔形成とその均一な構造モルフォロジーの設計および制御に役立っていることがわかった。その結果、ＷＨＭ－２材料は、均一な細孔径分布を持ち、細孔が集中的に結合して大きなチャネル状の細孔を形成していることを示すＨ１ヒステリシスループを持つタイプＩＶの挙動を示した（図６）。この曲線は、界面活性剤のサイズが大きいほど、吸着ブランチが高い相対圧力に向かって明確にシフトすることを示している。さらに、直接テンプレート化する界面活性剤の種類をうまく選択することで、大きくて規則的な厚肉構造のメソポアドメインの特徴を効果的に改善し、制御することができるという効果的な役割があることがわかった。すべてのＷＨＭ－２サンプルの非局所的密度汎関数理論（ＮＬＤＦＴ）解析により、図６に示すような均一なメソポーラス特性が確認された。

実際、マイクロエマルション合成技術において、直接テンプレート化することは、メソフェーズのドメインやメソ細孔の組織を制御する上で重要な要素となる。先に述べたように、ＷＨＭ－２の２次元六角形の形態を設計するために、テンプレート剤として異なる界面活性剤を使用した。さらに、ブリッジ型７６（Ｂ６７）のような単一の界面活性剤を用いて、マルチＷＨＭの形態構造を生成することができる（図７Ａ）。ブリッジ型７６を用いた異なるタイプのＷＨＭ構造の合成は、ブリッジ型７６界面活性剤の分子パッキング、マイクロエマルション液相におけるブリッジ型７６とシリカの調達比率、およびｐＨ値と関連している。Ｎ_２吸脱着等温線を用いて、ブリッジ型７６（Ｂ６７）をテンプレートにして設計した異なるＷＨＭ材料のメソポーラス細孔形態を確認し、リオトロピックおよびマイクロエマルションシステムを設計した（図７Ａ、Ｃ）。その結果、界面活性剤の疎水性と親水性が、生成された微細構造に影響を与え、モノリス状のＷＨＭ構造の中で長距離秩序が形成されたことがわかった。Ｎ_２吸脱着等温線を用いて、４種のキレート剤（Ｌ１～Ｌ４）のＷＨＭプラットフォームへのグラフト化を確認するとともに、表面被覆率と表面特性への影響を評価した（図７Ｂ－Ｄ）。

その結果、ＷＨＭ－３（Ｂ５６）プラットフォームにキレート部位が埋め込まれたことにより、すべてのＷＨＭ－３（Ｂ５６）－Ｌ光学スーパーメソカプトルセンサーの総表面積が減少していることがわかった。加えて、グラフトしたキレート部位の量に関連した表面パラメータの減少が見られた。これらの結果から、ＷＨＭ－３（Ｂ５６）－Ｌセンサーでは、キレート部位が細孔内に拡散し、主に細孔表面に多量に固定されていることが確認され、ワーム状センサーの細孔が均一な形状であることや幾何学的な特徴が示された（図７Ｂ、Ｃ参照）。ＷＨＭ－３（Ｂ５６）にグラフトしたキレートプローブの量は、これらのプローブがＷＨＭ－３（Ｂ５６）のワーム状キャリアにアクセスして相互作用する能力に依存している（図７Ｄ）。

シリカネットワーク内の有機シロキサン化合物の組成と化学的接種を調べ、^２９Ｓｉ ＭＡＳ－ＮＭＲ測定で確認した。ここで、「Ｑ」は、［（ＳｉＯ）_ｎＳｉ（ＯＸ）_４－ｎ］の繰り返し単位であり、「ｎ」は、中心のシリコン原子の周囲に結合している酸素原子の数を表す。また、トリプルシリコンセンターは「Ｔｍ」と呼ばれ、「Ｔ」は単位「（ＳｉＯ）_ｍＲＳｉ（ＯＸ）_３－ｍ」を表し、「ｍ」は中心のシリコン原子を囲む酸素原子の数を表す。^２９Ｓｉ ＮＭＲスペクトルを個々のガウスピークに解析することで、相対的なシリコン周囲の集団を評価した。Ｂ５６とＢ７６が合成した２種類のＷＨＭ－２プラットフォームと、そのスーパーＷＨＭ－２－（Ｂ５６）－ＬとＷＨＭ－２－（Ｂ７６）－Ｌのメソカプトルの^２９Ｓｉ ＮＭＲサーベイスペクトルをそれぞれ検証した（図８Ａ、Ｂ）。その結果、すべての試料が、それぞれシリコン原子のＱ４、Ｑ３、Ｑ２環境に対応する約－１１０．９、－１０１．５、－９８．２ｐｐｍの共鳴を表していた（図８Ａ、Ｂ）。さらに、^２９Ｓｉ ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルには、有機シロキサン種のＴ１、Ｔ２、Ｔ３にそれぞれ対応する約－５８．７９、－７３．６、－６７．２３ｐｐｍのピークが追加されている。この結果は、ＷＨＭ材料中に有機シロキサン種が存在し、自己縮合度が高いことを示している。その結果、Ｑ４とＴ３の強度が他のピークに比べて増加しており、シリカ骨格内の有機シロキサン化合物の結合の強さを確認することができた。

ＷＨＭ材料の解剖学的形成における有機シロキサン種の存在を確認するため、^１３Ｃ ＮＭＲスペクトル分析を行った（図８Ｃ）。^１３Ｃ ＮＭＲスペクトルには、ＷＨＭ－２プラットフォームの２－ジメトキシホスホリルエチル（トリエトキシ）シランに関連する強度の異なる多くの共鳴信号が現れていることが予測され、調製方法やＴＧ－ＤＴＡ熱分析と一致している。ＷＨＭ－２の結果を見ると、２－ジメトキシホスホリルエチル（トリエトキシ）シランの異なる炭素原子に起因するいくつかのシグナルが確認できる（図８Ｃ）。１０．８ｐｐｍと２２．３ｐｐｍの２つの共鳴信号は、エチルの炭素原子がそれぞれケイ素（Ｃ１）とリン（Ｃ２）に直接結合したものである。しかし、２８．１３および６７．４ｐｐｍの他の２つの共鳴ピークは、それぞれ（－ＰＯ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２）のエトキシ基のＣ４およびＣ３に割り当てることができる。３０ｐｐｍ付近の共鳴ピークがないことから、溶媒抽出の過程で界面活性剤の分子がうまく取り除かれたことがわかる。この結果は、シリカの骨格の中に設計された有機シロキサン化合物の高い化学的安定性を示している。

［ＷＨＭＳおよびＷＨＭＳを用いた光学式メソカプトル・センサーの熱安定性］
ＴＧ－６０（島津製作所）を用いて、２５℃から９００℃の範囲で熱重量分析（ＴＧＡ）および示差熱分析（ＤＴＡ）を行い、スーパーＷＨＭＳメソカプトルの熱安定性を調べた。この分析により、溶媒抽出工程後のＷＨＭＳの骨格に存在する有機分子の量が、重量減少との関係で確認された（図９）。また、これらの試験は、ＷＨＭＳを用いた光学式メソカプトル・センサーにおけるキレート剤の存在とその割合の確認にも貢献している。ＷＨＭ－２のＴＧ曲線には、重量減少と熱伝導の２つの領域が見られる（図９Ａ）。２００℃以下で現れる最初の重量減少領域は、吸収された水、化学吸着した結晶水、および揮発性分子の放出を示す。この領域の測定結果では、１０．７％の軽量化を実現した。２００℃～５８０℃の第２領域では、２１．１５％の軽量化を実現した。この軽量化には、材料の骨格に存在する有機粒子が関係している（図９Ａ）。さらに、重量減少における熱効果は、光学式メソカプトル・センサーを設計するために、ＷＨＭＳプラットフォームに固定化されたキレート剤の表面官能化とその割合を確認するための重要なツールとして使用することができる（図９Ｂ）。強調しておきたいのは、ＷＨＭプラットフォームを機能化した場合、キレート剤を含むことで熱効果の研究が進むということである。その結果、ＷＨＭプラットフォームを覆う新しい有機層の熱分解に起因する大幅な重量減少が確認された。このＴＧＡ／ＤＴＡ分析の結果、ＷＨＭプラットフォームの機能化により、有機物の含有量が２９．９６ｗｔ．％に増加し、ＷＨＭ表面にグラフトされたプローブは約９ｗｔ％と定量された（図９Ｂ）。

準備されたＷＨＭ材料の秩序立った多孔質組成を確認した後、ＦＴＩＲスペクトルによって、表面製造に成功した化学組成を検証した（図１０）。図１０は、すべての試料に３４００ｃｍ^－１付近の幅広いバンドがあることを示しており、これは、ＳｉＯ－Ｈと水分子の水素結合によるＯ－Ｈ伸縮バンドに起因するものである。検出された４５９．２、７２６．４、１０６６ｃｍ^－１のバンドは、それぞれＳｉ－Ｏ－Ｓｉの屈曲、対称的な伸縮のＳｉ－Ｏ－Ｓｉ、非対称的な伸縮のＳｉ－Ｏ－Ｓｉに起因する。５７７ｃｍ^－１のエネルギーバンドは、シリカマトリクスのＳｉ－Ｏ伸縮の欠陥を表している。９５９．４ｃｍ^－１にシラノール基（Ｓｉ－ＯＨ）のＳｉ－Ｏ面内伸縮が検出され、これはシリカマトリックスの相対的な重合度を示していると考えられる。有機シロキサン（Ｓｉ－（ＣＨ_２）_２－ＰＯ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２）のホスホン酸基の非対称および対称のＣ－Ｈ伸縮に起因する２９３１および２８４６．３ｃｍ^－１のバンドがそれぞれ見られた。また、１４６３ｃｍ^－１にＣＨ_３の変形バンドが検出されている。１１６７および１０６６ｃｍ^－１の２つの吸着バンドは、Ｃ－Ｏ振動に割り当てられている。１７７４、１６４７ｃｍ^－１のピークは、リガンド（キレート剤）やＵ－ＷＨＭ－Ｌ錯体のＣ＝Ｏ基に起因するものと考えられる。１２４３ｃｍ^－１に検出されたバンドは、Ｐ＝Ｏの伸縮振動に特徴的である。さらに、９４９ｃｍ^－１のピークは、Ｏ＝Ｕ＝Ｏの伸縮振動を示していた。

［ＷＨＭメソポーラスシリカ担体を用いたＵ（ＶＩ）イオンの抽出・吸着］
放射性物質を除去・抽出するために、特定の表面活性を持つ環境に優しい材料に頼ろうとする努力が多くなされていることが認識されている。多孔質材料は、この分野の有効なプラットフォームとして貢献している。我々のプロトコルによれば、複数の種類のホスホン酸シラン化合物を使用することで、特殊な特性を持つ５つのモノリス型ＷＨＭメソポーラスシリカ担体の調製を制御することが可能であった（化７に示すＳｃｈｅｍｅ １参照）。ホスホン酸、［２－（トリエトキシシリル）エチル］－、ジメチルエステル）の各種ホスホン－シラン化合物、２－ジメトキシホスホリルエチル（トリエトキシ）シラン、（２－ジエチルホスファトエチル）トリエトキシシラン［ＤＥＰＥＴＳ］、３－ジエトキシホスホリルプロピル（トリメトキシ）シラン；ジメチル｛２－［ジエトキシ（メチル）シリル］エチル｝ホスホネートを用いて、それぞれＷＨＭ－１；ＷＨＭ－２；ＷＨＭ－３；ＷＨＭ－４；ＷＨＭ－５を調製した。水溶液からのＵ（ＶＩ）イオンの除去・抽出について、バッチ式接触吸着実験を行って評価した。バッチ式接触吸着実験は、ＷＨＭ吸着剤２０ｍｇと特定濃度（１０ｐｐｍ）のＵ（ＶＩ）溶液２０ｍＬを室温（２７℃±２℃）で３０分間混合して行った。

ＷＨＭメソポーラスシリカモノリス担体を用いたＵ（ＶＩ）イオンの効果的な吸着・抽出のための最適なｐＨ値を確認するために、幅広いｐＨ値（１．１～１０）が吸着プロセスに及ぼす影響を調べた。図１１Ａは、Ｂ５６を吸着剤として合成したＷＨＭ－２吸着剤を用いて、Ｕ（ＶＩ）濃度を１０ｐｐｍに固定して効果的なｐＨ試験を行ったものである。この結果から、ｐＨの変化は、プロトン化およびイオン化プロセスによる吸着剤表面の活性化に起因して、Ｕ（ＶＩ）の吸着プロセスに影響を与えることがわかった。図１１Ａは、ｐＨが１から６まで上昇した際のＵ（ＶＩ）吸着量の増加を示している。さらに、最大のＵ（ＶＩ）イオンの取り込みは、酸性媒体中のＵ種の優勢がＵＯ_２ ^２＋であるｐＨ４．３で達成された。低いｐＨ値でＵ（ＶＩ）の取り込みが少ないのは、正にプロトン化された活性ＷＨＭ－２表面とＵ種との間の静電的反発に起因すると考えられる。この挙動は、酸性条件下での吸着プロセス後に、使用済みＷＨＭ吸着剤の表面再活性化と再生を行う可能性を助長するものであった。さらに、ｐＨが高くなるとＵ（ＶＩ）の吸着・抽出率が低下し、［ＵＯ_２］_２［ＯＨ］_２）^＋２や（［ＵＯ_２］_３［ＯＨ］_５）^＋などの不溶性の安定した水酸化物が形成されることがわかった。

さらに、同じ条件で、吸着剤の組成とその表面特性がＵ（ＶＩ）吸着プロセスに及ぼす影響を調べた。図１１Ｂは、合成したすべてのメソポーラスＷＨＭモノリス（ＷＨＭ－１、ＷＨＭ－２、ＷＨＭ－３、ＷＨＭ－４、ＷＨＭ－５）を用いて、ｐＨ４．３でＵ（ＶＩ）イオンを吸着した結果を示している。その結果、水溶液からのＵ（ＶＩ）イオンの吸着において、ＷＨＭ中空多孔質シリカ石を高効率で使用できる可能性が示された。その結果、水溶液からのＵ（ＶＩ）イオン吸収過程で使用したＷＨＭ材料の効率は、ＷＨＭ－１＞ＷＨＭ－２＞ＷＨＭ－３＞ＷＨＭ－４＞ＷＨＭ－５の順に並べることができることがわかった（図１１Ｂ）。

［ＷＨＭナノセンサーを用いたＵ（ＶＩ）イオンの抽出・吸着］
光学／視覚センサーの設計は、環境アプリケーションにおいて重要な位置を占めており、特にそのアプリケーションが希少元素や非常に危険な元素の追跡や抽出に関連している場合はなおさらである。そのため、Ｕ（ＶＩ）などの放射性物質を検出・抽出するための、環境に優しく使いやすい光学センサーの設計が注目されている。本実施例では、ＷＨＭメソポーラスシリカをベースにした光学センサーを設計し、水環境からＵ（ＶＩ）を高感度・高選択性で追跡・抽出することを目的としている。図７Ｄに示すように、センシング材料として４種類のキレート剤を用い、グラフト化プロセスによって合成したＷＨＭメソポーラスシリカ担体を修飾した。

［Ｕ（ＶＩ）イオンの選択的吸着・抽出に最適なｐＨ条件］
Ｕ（ＶＩ）イオンを検出するために設計された光学センサーの効率性を評価するために、Ｕ（ＶＩ）イオンとキレートプローブの間に複合体が形成される可能性を評価するために、ＷＨＭキャリアを着せて、ｐＨ値の変化に伴う光信号と肉眼で見える色の変化を作り出した。図１２Ａは、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８メソポーラスナノセンサーを用いたＵ（ＶＩ）イオンの吸着／抽出に、広い範囲のｐＨ値（１．１～９）を用いた場合の効果を示している。すべての実験は、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８のナノセンサー２０ｍｇを用いて、１００ｍｌの溶液中の１０ｐｐｍのＵ（ＶＩ）を室温で６０分間吸着／抽出し、ＩＣＰ－ＭＳおよびＵＶツールを用いて結果を確認した。その結果、ｐＨ値が３．３から５．９の間では、Ｕ（ＶＩ）の吸着過程に顕著な変化が見られ、センサーの色の変化も見られた。このセンサーのＵ（ＶＩ）に対する効率は、ｐＨ３．９で最も高くなりました。先に述べたように、ｐＨ値の変化は、５．２未満の酸性媒体中のＵＯ_２ ^２＋を含む様々な種類のウラン種の形成に寄与する。一般的に、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８ナノセンサーを用いて水溶液からＵ（ＶＩ）イオンを目視で検出／除去するには、ｐＨ３．９が最適な条件として推奨されている。

［Ｕ（ＶＩ）イオンの選択的吸着・抽出に及ぼすキレートプローブの効果］
Ｕ（ＶＩ）イオン検出用の光学センサーを設計するために、ＷＨＭモノリシック材料の改良に使用した異なるキレートプローブの効率を、バッチ式接触吸着システムを用いて最適な条件で試験した。すべての実験は、ＷＨＭ－１－Ｌ（Ｌはキレート剤）２０ｍｇとＵ（ＶＩ）１０ｐｐｍを１００ｍｌの溶液に入れ、室温で６０分接触させて行い、ＩＣＰ－ＭＳとＵＶツールを用いて吸着過程を確認した。図１２Ｂは、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８が他のセンサーの中で高いＵ（ＶＩ）取り込み性能を持っていることを示している。その結果、水溶液からのＵ（ＶＩ）イオンの検出・抽出に使用したＷＨＭ－１ベースのセンサーは、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８＞ＷＨＭ－１－ＭＢ１７＞ＷＨＭ－１－ＭＢ７９＞ＷＨＭ－１－ＭＢ１１の順に並べることができることがわかった（図１２Ｂ）。

［Ｕ（ＶＩ）イオンセンサーの性能に及ぼす接触時間の影響］
使いやすさだけでなく、ビジュアルのデザインで満たさなければならない大きな特徴のひとつが、高速レスポンスである。この点について、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８を用いて、最適なｐＨで異なる時間（１～９０分）でのＵ（ＶＩ）イオンの吸着・抽出に及ぼす接触時間の影響を調べた（図１２Ｄ）。その結果、最初の１５分間にＵ（ＶＩ）イオンの取り込みが加速的に増加し、ターゲットイオンの取り込みの迅速な反応を反映していることがわかった。この段階の後、無視できる程度のわずかな増加が続き、１３分後にはプラトー段階（すなわち平衡段階）に達した（図１２Ｄ）。実際、ターゲットとなるＵ（ＶＩ）イオンの視覚的検出効率は、プローブタイプの活性部位、ＷＨＭキャリアの表面積、およびｐＨ条件に関連している。さらに、このＷＨＭ－１－ＭＢ３８センサーは、低濃度のＵ（ＶＩ）イオンの存在を、かすかな赤から青への色の変化により、肉眼で確認することができる（図１２ｄの色の変化を参照）。一般的には、得られた結果にもよるが、ＷＨＭ－Ｌセンサーを用いて、ｐＨ３．９、時間１３分という適切な条件で、水溶液からＵ（ＶＩ）イオンを効率的に検出／抽出することができる。

［Ｕ（ＶＩ）イオンの選択的抽出］
吸着・抽出・センシングプロセスの最大の課題の一つは、吸着剤プラットフォームの適切な設計を得た後、元素を分離する際の選択性である。分離プロセスにおける選択性の欠如は、試験済みの溶液や取り込み要素のいずれかにおいて、このプロセスを回避するために他の処理を必要とするという問題を提起する。光学センサー設計の場合、選択性はセンサー設計を成功させるための要となる。この観点から、合成された材料の選択的プロセスが、最適な条件で他の競合イオンよりもＵ（ＶＩ）イオンを捕捉／抽出する効率を、バッチ式吸着および固定床式カラムナープロセスを用いて評価した。

使用された単一の共存イオンは、Ｃｕ（ＩＩ）（１）、Ｎｉ（ＩＩ）（２）、Ｚｎ（ＩＩ）（３）、Ｐｂ（ＩＩ）（４）、Ｓｒ（ＩＩ）（５）、Ｂａ（ＩＩ）（６）、Ａｌ（ＩＩＩ）（７）、Ｃｒ（ＩＩＩ）（８）、Ｆｅ（ＩＩＩ）（９）、Ｖ（ＩＩＩ）（１０）、Ｄｙ（ＩＩＩ）（１１）、Ｐｒ（ＩＩＩ）（１２）、Ｙｂ（ＩＩＩ）（１３）、Ｎｄ（ＩＩＩ）（１４）、Ｃｅ（ＩＩＩ）（１５）、Ｅｒ（ＩＩＩ）（１６）、Ｓｍ（ＩＩＩ）（１７）、Ｙｂ（ＩＩＩ）（１８）である。ここで、元素記号に続いて記載された括弧書きの数字は、図１３Ａ～図１３Ｄの横軸に記載された数字に対応している。

図１３Ａは、ＷＨＭ－１吸着剤を用いた最適条件での選択的分離・検出プロセスにおいて、異なる条件でＵ（ＶＩ）イオンとともに通常存在する競合元素の影響を調べたものである。ＷＨＭ－１吸着剤に各競合イオンを単一の分離システムで吸着させて得られた結果は、これらの元素を少量ずつ吸着する可能性があることを示しているが、これはマスキング剤を使用することで克服できる（図１３Ａ）。さらに、図１３Ｂは、単一の分離システム試験で使用された全てのイオンの存在下でのＵ（ＶＩ）イオン吸着試験を構築した二元系の評価を示している。このデータは、ＷＨＭ－１吸着剤を用いたＵ（ＶＩ）イオンの吸着性能に、これらの競合イオンが明らかな影響を与えていないことを示している。

さらに、設計されたＷＨＭ－１－ＭＢ３８ビジュアルセンサーの、すべてのイオンの存在下でのＵ（ＶＩ）イオンの吸着に対する選択性能の効率を、吸着プロセスの最適条件で評価した。図１３Ｃは、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８センサーを用いた最適条件でのＵ（ＶＩ）イオンの視覚的選択的分離・検出における、単一の分離システムとしての干渉イオンの影響を調べたものである。その結果、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８センサーの色は、Ｕ（ＶＩ）イオンのみの存在下では、かすかな赤色から青色へと明確に変化し、一方で、他の妨害イオンを調べた場合には、センサーの色に明確な変化は見られなかったという。ＷＨＭ－１－ＭＢ３８光センサーを用いたＵ（ＶＩ）イオンの選択的吸着効率に対するこれらの干渉イオンの影響を調べるために、これらの元素が存在する場合の検出・吸着プロセスの効率を評価するためのバイナリーシステムを設計した（図１３Ｄ）。

確かに、吸着剤やセンサーの主な利点は、目的元素の分離プロセスの感度や選択性に影響を与える複雑なシステムの存在下で、目的のイオンを分離・識別する効率の良さにある。ここでは、ＷＨＭ－１などのＷＨＭ材料や設計したセンサーＷＨＭ－１－ＭＢ３８の、複雑な系でのＵ（ＶＩ）イオンに対する吸着・検出効率を調べた（図１３Ｅ、Ｆ）。図１３Ｅは、バッチ式吸着システムを用いたＵ（ＶＩ）の吸着・検出における競合カチオンの混合の影響を示している。
その結果、複雑な系の複数の競合イオン群は、以下のＧ１～Ｇ６の存在下で、Ｕ（ＶＩ）イオンを選択的に吸着・検出する効率が高いことがわかった。
なお、複合イオン共存基は、次のＧ１～Ｇ６である。
Ｇ１ ［Ｃｕ（ＩＩ）；Ｎｉ（ＩＩ）；Ｚｎ（ＩＩ）；Ｐｂ（ＩＩ）；Ｓｒ（ＩＩ）；Ｂａ（ＩＩ）；Ｎａ（Ｉ）、Ｃａ（ＩＩ）］；
Ｇ２ ［Ａｌ（ＩＩＩ）；Ｃｒ（ＩＩＩ）；Ｆｅ（ＩＩＩ）；Ｖ（ＩＩＩ）；Ｃｓ（Ｉ）；Ｋ（Ｉ）；Ｍｇ（ＩＩ）］；
Ｇ３ ［Ｄｙ（ＩＩＩ）；Ｐｒ（ＩＩＩ）；Ｙｂ（ＩＩＩ）；Ｎｄ（ＩＩＩ）；Ｃｅ（ＩＩＩ）］；
Ｇ４ ［Ｅｒ（ＩＩＩ）；Ｓｍ（ＩＩＩ）；Ｙｂ（ＩＩＩ）］；
Ｇ５ ［Ｃｕ（ＩＩ）；Ｎｉ（ＩＩ）；Ｚｎ（ＩＩ）；Ｐｂ（ＩＩ）；Ｓｒ（ＩＩ）；Ｍｇ（ＩＩ）；Ｂａ（ＩＩ）；Ｅｒ（ＩＩＩ）；Ｓｍ（ＩＩＩ）；Ｙｂ（ＩＩＩ）］、
Ｇ６ ［Ｄｙ（ＩＩＩ）；Ｐｒ（ＩＩＩ）；Ｙｂ（ＩＩＩ）；Ｎｄ（ＩＩＩ）；Ｃｅ（ＩＩＩ）；Ａｌ（ＩＩＩ）；Ｃｒ（ＩＩＩ）；Ｆｅ（ＩＩＩ）；Ｖ（ＩＩＩ）；Ｃｓ（Ｉ）、Ｎａ（Ｉ）］。

さらに、固定床カラムナー法を用いて、複雑な系で複数の競合イオン群が存在する場合のＵ（ＶＩ）イオンの選択的な抽出・検出を評価した（図１３Ｆ）。ＷＨＭ－１（吸着剤）とＷＨＭ－１－ＭＢ３８（センサー）を用いて、最適なｐＨ値のＵ（ＶＩ）イオンの複合溶液１Ｌを流速２．５ｍＬ／ｍｉｎで通液し、固定床式カラムナー抽出を行った。その結果、ＷＨＭ－１（吸着剤）とＷＨＭ－１－ＭＢ３８（センサー）を使用することで、カラムナープロセスにおけるＵ（ＶＩ）イオンによる汚染の低減に効果的に寄与することがわかった。ＷＨＭ－１（吸着剤）とＷＨＭ－１－ＭＢ３８（センサー）の模擬溶液からのＵ（ＶＩ）イオンの吸着効率は、それぞれ７０．５～７４％と８８．７～９５．１％であった。

［Ｕ（ＶＩ）イオンの吸着動力学的特徴］
吸着剤やセンサーの効率を評価するには、異なる濃度の対象種を効率的に捕捉できるかどうかが関係する。そのためには、異なる濃度のＵ（ＶＩ）の存在下で光学センサーの効率を評価し、バッチ式吸着システムおよび固定床カラムバーシステムにおける捕捉能力を決定する必要があると考えられる。

［バッチ式吸着システムを用いたＵ（ＶＩ）イオンの目視による検出・除去］
目視によるＵ（ＶＩ）イオンの検出・除去の効果を、異なるｐＨ値で定量的・定性的に評価した。その結果、３．３～５．９の酸性媒体中のＵ（ＶＩ）イオンを目視で検出・除去できる可能性が示された（図１４）。図１４Ａは、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８センサーの色の変化を、ｐＨ値の変化に応じて示したもので、Ｕ（ＶＩ）イオンとＭＢ３８プローブの相互作用による複合体形成を反映している。その結果、Ｕ（ＶＩ）イオンはｐＨ３．９でよりよく検出・抽出され、それ以上のｐＨでは不溶性の安定した水酸化物の形成を避けることができることがわかった。ＷＨＭ－１－ＭＢ３８センサーの検出・抽出能力に及ぼすＵ（ＶＩ）イオンの影響を、最適条件であるｐＨ３．９のもと、異なるＵ（ＶＩ）濃度を用いて調べた（図１４Ｂ）。その結果、５３０ｎｍ付近の錯体形成に伴うピーク強度の明らかな増加と、Ｕ（ＶＩ）濃度の増加に伴うセンサーの色の変化の勾配が確認された。さらに、ＵＯ_２ ^２＋とＭＢ３８プローブのドナー原子が複雑に配位して生じるセンサーの色の変化を追うことで、肉眼でも６価クロムの濃度を予測することができる（図１４Ｂ）。

［バッチ式吸着システムを用いたＵ（ＶＩ）イオンのキネティック特性］
ＷＨＭ－１－ＭＢ３８メソポーラスセンサーなど、調製したＷＨＭ光学センサーのＵ（ＶＩ）イオンに対する取り込み能力を、初期濃度の関数として調べる。一連のバッチ式接触実験を行い、最適な条件でＷＨＭ－１、ＷＨＭ－２、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８の吸着能力に及ぼすＵ（ＶＩ）の初期濃度の影響を評価した。図１５Ａは、広範囲の初期濃度におけるＵ（ＶＩ）イオンの取り込み率を示しており、Ｕ（ＶＩ）取り込み率は（Ｕ（ＶＩ）取り込み率＝Ｃ_ｏ－Ｃ_ｑ、 ｍｇ／Ｌ）の関係を用いて算出した。図（１５Ａ）は、試験したすべての吸着材が、試験した低濃度のＵ（ＶＩ）イオンを急激に吸着する能力があることを確認している。これは、標的イオンのホストとして機能する高い表面積に加えて、大量の活性表面部位が存在するためであると考えられる。Ｕ（ＶＩ）イオンの濃度が高くなると、吸着剤の親和性が最大飽和容量まで到達するため、より多くのＵ（ＶＩ）イオンを検出または抽出する能力が低下する。プラトー段階でのＵ（ＶＩ）イオンの取り込み結果から、ＷＨＭ－１、ＷＨＭ－２、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８の最大飽和容量は、それぞれ約１５０ｍｇ／Ｌ、８５ｍｇ／Ｌ、７１ｍｇ／Ｌであった（図１５Ａ）。

一方、平衡Ｕ（ＶＩ）濃度（Ｃｅ ｍｇ／Ｌ）における吸着容量（ｑ_ｅ ｍｇ／ｇ）は、

の関係に基づいて調べた。図１５Ｂは、広範囲のＵ（ＶＩ）濃度を用いて検出した吸着容量（ｑ_ｅ ｍｇ／ｇ）を示している。その結果，吸着容量（ｑ_ｅ）と平衡濃度Ｕ（ＶＩ）（Ｃ_ｅ）の関係は、Ｕ（ＶＩ）イオンの取り込み率とＵ（ＶＩ）初期濃度の関係と同じ傾向を示すことがわかった。吸着容量（ｑ_ｅ）の結果は、低濃度のＵ（ＶＩ）では顕著かつ急速に増加し、高濃度では徐々に減少し、Ｕ（ＶＩ）イオンをこれ以上受け入れられない飽和段階（プラトー段階と呼ばれる）に達することが確認された。

一方、Ｕ（ＶＩ）イオンと設計したＷＨＭ－１－ＭＢ３８との相互作用を評価するために、Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温線モデルを適用し、次のＬａｎｇｍｕｉｒ式の線形関係式：

に従って、理論上の最大吸着容量（ｑ_ｍ、ｍｇ／ｇ）を求めた。ここで、ｑ_ｍとＫ_Ｌは、それぞれ理論上の最大吸着容量（ｍｇ／ｇ）とＬａｎｇｍｕｉｒ等温線定数（Ｌ／ｍｇ）である。図１５Ｃは、Ｃ_ｅ／ｑ_ｅ対Ｃ_ｅの線形関係を示しており、ＷＨＭメソポーラス吸着剤とセンサーの相互作用の性質を説明するのに、ラングミュア等温線モデルが適用できることを示している。その結果、Ｌａｎｇｍｕｉｒモデルの回帰係数（Ｒ^２）はユニティーに近い値を示し、Ｕ（ＶＩ）イオンの単分子層が形成され、抽出プロセスの適切なモデルであることが確認された。さらに、傾きから算出したＵ（ＶＩ）の最大担持量ｑ_ｍは、ＷＨＭ－２、ＷＨＭ－１、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８でそれぞれ７６．５１、８３．９６、１４６．４６ｍｇ／ｇであった（図１５Ｄ参照）。

［固定床式カラムナーシステムを用いたＵ（ＶＩ）イオンの目視による検出・抽出］
実験室での小規模な実験では、簡便で効果的、かつ少量の吸着剤で済むバッチ式が頼りにされているが、工業的な用途では、大規模な用途での可能性、機械的な攪拌を必要としない水洗による使用済み吸着剤の再利用の容易さ、吸着剤の再生・再利用などの理由から、固定床式カラムナー抽出が頼りにされている。本実施例では、一定量のＷＨＭ－１吸着剤と光学式ＷＨＭ－１－ＭＢ３８メソポーラスモノリスセンサーを充填した後、最適なｐＨ条件下で２０００ｍｌのＵ（ＶＩ）溶液を一定の流量で通過させることにより、一連の固定床カラムナー実験を行った。流量、充填された抽出器の量、Ｕ（ＶＩ）の初期濃度の影響を調べた（図１６）。

図１６は、カラムナーのＵ（ＶＩ）イオン取り込み量の破過曲線を、Ｃ_ｅｆｆ／Ｃ_ｏとＵ（ＶＩ）溶液の供給量（ＢＶ）の関数として表したものである。この方法は、破過曲線の形状と供給量速度に応じて、カラム内の吸収剤がＵ（ＶＩ）イオンを捕捉する能力を表す。ＷＨＭ－１およびＷＨＭ－１－ＭＢ３８吸着剤の吸着容量（ｑｅ、ｍｇ／ｇ）は、以下の式を用いて破過点（Ｃ_ｅｆｆ／Ｃ_ｏ＝０．０１の関係に従って検出されるもの）で算出した。

ここで、Ｃ_ｏおよびＣ_ｅｆｆはそれぞれ初期および排水中のＵ（ＶＩ）濃度であり、ＶＢは破過点における供給溶液の体積（Ｌ）であり、ｍはＷＨＭ－１およびＷＨＭ－１－ＭＢ３８吸着剤の質量である。図１６は、ｐＨ３．９において、固定床式カラムナーシステムの吸着能力に影響を与える様々なパラメータ（流量、対象物の初期濃度、吸着剤の投与量）の評価を示している。流量に関する結果では、流量と吸収・抽出効率、破過点との間に逆の関係が見られた（図１６Ａ、Ｂ）。その結果、流量の増加に伴い、吸着効率と破過点が低下することがわかった。これは、材料との接触時間が短くなり、内部および外部の活性部位への拡散速度が低下したことによると考えられる。最適ｐＨ、流量５ｍＬ／ｍｉｎ、初期［Ｕ（ＶＩ）］値５０ｍｇ／Ｌ、室温の条件で、異なる量の吸着剤（０．５、１．０、２．０ｇ）をカラムシステムに固定して、吸着剤量の影響を評価した（図１６Ｃ、Ｄ）。本実施例では、吸着剤の使用量が増えると、より活性の高い表面部位が得られるため、吸着効率の向上が確認された。さらに、Ｕ（ＶＩ）の初期濃度の影響を見ると、Ｕ（ＶＩ）の初期濃度が高いほど吸着容量が増加することがわかった（図１６Ｅ、Ｆ）。このデータから、ＷＨＭ－１－ＭＢ３８メソポーラスセンサーは、ＷＨＭ－１吸着剤に比べて高効率であることが確認された。

［目視によるＵ（ＶＩ）イオンの検出・抽出のメカニズム］
図１７は、ＷＨＭ－２プラットフォームにおけるビジュアルセンサーの設計と、Ｕ（ＶＩ）イオンの捕捉メカニズム、およびキレート化された有機プローブ（ＭＢ３８）との相互作用を説明する概略図である。Ｕ（ＶＩ）がセンサーの特定の位置と相互作用する可能性は、表面の最小ポテンシャルエネルギーに依存する。センサーの感度と選択性のメカニズムを説明するために、表面全体ではなくＭＢ３８分子を評価の鍵とし、結合プロセスを可能にする活性部位に焦点を当てることで、評価プロセスを簡略化することに成功した。ＭＢ３８プローブは、窒素、酸素、硫黄などの様々なドナー原子を含んでいるため、ターゲットイオンが結合できる位置が多くある。

ＭＢ３８のような有機モノアゾ染料は、芳香族系のアゾ基を含む発色団として体系的に知られている。さらに、ケト体はエノール体よりも安定しており、プロトン交換と電子密度の転位による互変異性がプローブの挙動に大きく影響している。この点で、ケト型のＭＢ３８有機プローブは、エノール型の中でも最も安定しており、結合に推奨される形態である。したがって、ケトＭＢ３８のＮ原子とＯ原子は、アゾ基のＮ原子よりも陰性になることが予想される。このように、Ｕ（ＶＩ）化合物の適切なキレートモードの位置は、ケト体のＮおよびＯ原子に付着した後、アゾ基の２つのＮ原子、１つのＨＮＯ_３からの１つのＯ、および１つのＨ_２Ｏ分子と配位結合を形成して、錯体［ＵＯ_２Ｌ（Ｈ_２Ｏ）］．（ＮＯ_３）］を形成することで確立することができる［図１７Ａ（Ａ、Ｂ）のセンサー設計の原子配列、図１７Ａ（Ｃ）の小縮尺に示すような複合体形成の原子配列、図１７Ｂ（Ｃ）の右側の錯体形成の原子配列、錯体［ＵＯ_２Ｌ（Ｈ_２Ｏ）］．（ＮＯ_３）］（（Ｅ）参照）の原子配列、および図１７Ｃ（Ｃ）の多層膜における右側の原子配列の図を示している］。さらに、酸性のｐＨ条件でＵ（ＶＩ）イオンを選択的に視覚的に捕らえることができるのは、水素イオンが利用可能であるためであり、ＭＢ３８プローブとの結合プロセスと形成されたＵ（ＶＩ）イオンの効率的な吸収が促進される。この複合体の形成は、ＦＴＩＲ分析およびＵＶ分析によって証明された（図１０および図１４参照）。

［ＷＨＭ光センサーの無制限のリサイクル／リユース性］
センサーのリサイクルと再利用のプロセスは、経済的コストの削減、時間の節約、そして廃棄物処理プロセスの強化において、特権的な地位を得ている。効率的にリサイクルし、何度も再利用できる光学センサーを設計することの重要性は、
（ｉ）新しいセンサーを製造するために必要な原材料を保存し、コストを削減すること、
（ｉｉ）対象種を中断することなく継続的に吸着することで時間と労力を節約すること、
（ｉｉｉ）キレート材を加えるか、プラットフォームを抽出して再機能化することでセンサーを活性化する可能性があること、
（ｉｖ）固体廃棄物の放出を削減すること、
にある。この観点から、Ｕ（ＶＩ）センサーの効率や特性に影響を与えることなく、Ｕ（ＶＩ）センサーをリサイクルするための効率的な化学的手法を提供するための作業が行われた（図１８）。

Ｕ（ＶＩ）イオンを吸着した後のＷＨＭ－２－Ｌのリサイクル性は、適切なストリッピング溶媒を用いた簡単な化学処理によって達成され、脱錯体プロセスに従ってＵ（ＶＩ）イオンを放出した。このストリッピングプロセスの効率性は、ＵＶ－ＶｉｓおよびＩＣＰ－ＭＳ装置を用いて、得られた濾液と固体センサーを評価することによって決定された（図１８）。塩酸、Ｈ２ＳＯ４、ＮａＯＨ、ＥＤＴＡ、有機溶媒などのいくつかの溶媒を使用して、Ｕ（ＶＩ）の抽出とセンサーの再利用に使用できる最適な剥離剤を指定した。この研究では、抽出の可能性について酸性溶媒の効果が示されましたが、ＥＤＴＡ溶液が最も良い結果を示した。図１８Ａは、ＷＨＭ－２－ＭＢ３８のストリッピング／リリース／溶出プロセスに対するＥＤＴＡ濃度の影響を示している。その結果、Ｕ（ＶＩ）イオン回収に最適なＥＤＴＡ濃度は０．０１５Ｍであることがわかった。さらに、ウランが解放される過程では、センサーの色が青色から、使用前の元の色を表すかすかな赤色に戻り、センサープラットフォームの再生処理が成功したことを示している。完全な回収と剥離・回収プロセスの効率性を確認するために、回収プロセスで得られた濾液中のＵ（ＶＩ）イオンの濃度をＩＣＰ－ＭＳで検出した。剥離／回収効率％（Ｅ％；Ｕ（ＶＩ）放出率）は、

の式に従って求めた。ここで、Ｃ_ＲおよびＣ_Ｕは、それぞれ、剥離工程で生じた濾液中のＵ（ＶＩ）濃度、およびＷＨＭ－２－ＭＢ３８センサーに吸着したＵ（ＶＩ）濃度である。

ＵＶ－Ｖｉｓ分光法とＩＣＰ－ＭＳで得られた結果を用いて、ＷＨＭ－２－ＭＢ３８センサーの複数回のリサイクルプロセス後の再利用効率を評価した（図１８Ｂ）。１０サイクル目の結果では、センサーは最適な条件でＵ（ＶＩ）を除去するために依然として効率的に機能しているが、１サイクル目と比較して１８％減少している。この減少は、複数の剥離および再利用プロセスにより、表面から活性プローブの一部が除去されることで説明できるが、この問題は、先進的なステージで使用するセンサーの量を増やすか、センサーを再活性化することで解決できる。例えば、剥離工程の後、２つのシステムでセンサー表面を再活性化することができる。第１の方法は、ＭＢ３８プローブ溶液にＷＨＭ－２センサーを加えることで、プローブの損失量を補償することに関するものである。第２の方法は、センサーをアセトン溶液に加えて３０分間穏やかに撹拌することにより、表面から最大量のＭＢ３８プローブを除去することに関するもので、その後、以前から実証されている光学センサーの設計ステップに従って、ＭＢ３８プローブでグラフト化することにより、表面を再活性化する。経済的コスト、環境効率リサイクル効率、時間の節約などの観点から、第１の方法を適用し、必要な場合に第２の方法に頼るのが好ましい。

［ＡＧＲ原料からの２３８Ｕ同位体の抽出］
［ＡＧＲ原料の浸出］
本実施例では、設計したセンサーの効率性を検証し、現実的な適用プロセスを確保するために、実物または模擬試料を使用することを主な目的の一つとしている。ここでは、エジプトの南東砂漠にあるＧａｂａｌ Ｅｌ－Ｓｅｌａから採取した変質花崗岩（ＡＧＲ）とその成分のような鉱石に存在する^２３８Ｕの同位体を捕捉するために、我々の抽出／検出プロトコルを適用した（図１９Ａ）。^２３８Ｕの同位体は、溶液からの元素の抽出を容易にするために適切な試薬を使用して物質の構成要素を分離するために使用される浸出プロセスを通じて、ＡＧＲ鉱石から得られた。ウランを抽出するための浸出プロセスを容易にするために、鉱石は粉砕され、異なるサイズ（２００メッシュ、０．０７５ｍｍ）に分類された。Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＣｌ、ＨＮＯ_３などの異なる酸を異なる濃度で使用して一連の実験を行い、ＡＧＲ鉱石の浸出プロセスを完了するために最も適した条件を選択した。その結果、Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＣｌ、ＨＮＯ_３酸の浸出工程の結果は、それぞれ７０％、５０％、３５％となり、他のものに比べてＨ_２ＳＯ_４のろ過工程での効率が高いことがわかった。

テストした酸は浸出プロセスに使用できるが、Ｈ_２ＳＯ_４を使用するのが望ましい。一方、ＨＣＬを使用する場合は、浸出を完了するために大量に使用する必要がある。強力な酸化剤であるＨＮＯ_３を使用した場合は、抽出液中の溶存酸化物の増加に寄与する。したがって、Ｈ_２ＳＯ_４は、高い浸出効率と適度な金属不純物のため、ＡＧＲからのウラン浸出液の浸出剤として頼りにされている（図１９Ｂ）。

このプロセスを成功させるために最も適切な条件を得るために、浸出プロセスにおけるＨ_２ＳＯ_４の使用に影響を与えるいくつかの設定が信頼されている。これらの設定は、使用するＨ_２ＳＯ_４酸の濃度、時間、および温度に関連している（図１９Ｂ）。ＡＧＲからの^２３８Ｕの溶出に対するＨ_２ＳＯ_４濃度の効果を検証するために、異なる濃度のＨ_２ＳＯ_４（０．１～２Ｍ）を、温度（２５℃±２℃）、攪拌時間（１２０分）、Ｈ_２Ｏ_２濃度（２．５％（ｖ／ｖ）～）、ＡＧＲ投与量（１ｇ）で使用した。その結果、０．５ＭのＨ_２ＳＯ_４酸を使用した場合、浸出工程で最もよく溶出する^２３８Ｕの量は約７０％だった（図１９Ｂ）。
高濃度での溶出効率の低下は、石膏（硫酸カルシウム）の生成が始まり、石膏表面へのＵイオンの吸着が促進されたためと考えられる。また、ＡＧＲ試料中には不溶性のＵ（ＩＶ）が多く含まれているため、同位体^２３８Ｕの抽出を容易にするために、低コストで解離しやすいＨ_２Ｏ_２などの酸化剤を用いてＵ（ＩＶ）をＵ（ＶＩ）に酸化させた。Ｈ_２Ｏ_２濃度（０％～１５％）が^２３８Ｕ同位体の溶出効率に及ぼす影響を調べた結果、Ｈ_２Ｏ_２濃度が２．５％から５％に増加するにつれて、溶出効率が７０％から７８．９％に増加することが確認された（図１９Ｃ）。

^２３８Ｕの高い溶出率を達成するための最適な時間を決定するために、溶出プロセスの時間依存性を５～１２０分で検証した（図１９Ｂ）。この手順は、Ｈ_２ＳＯ_４酸（０．５Ｍ）、Ｈ_２Ｏ_２濃度（５％）、温度（２５℃±２℃）、ＡＧＲ用量（１ｇ）など、他の浸出パラメータを固定して採用された。図１９Ｂによると、^２３８Ｕの溶出率は撹拌時間とともに増加し、４５分で最大となり、その後、実験時間の増加に伴い無視できる程度のわずかな増加が見られた。そのため、最適な浸出時間は４５分となった。さらに、２５℃～７０℃±２℃の範囲で温度の影響を調べたところ、温度の上昇に伴い、^２３８Ｕの溶出量が増加することが分かった（図１９Ｂ）。その結果、７０℃±２℃では、Ｕイオンの溶液への溶出が促進され、９９．５％の^２３８Ｕが得られた。このデータは、ＡＧＲからの^２３８Ｕ同位体の溶出が吸熱的に行われることを確認した。そこで、浸出工程の最適温度として７０℃±２℃を選択した。超高純度ゲルマニウムスペクトロメーターを用いて得られたＡＧＲの分析データによると、ＡＧＲ原料の^２３８Ｕ同位体含有量は３４４５．５Ｂｑ／ｋｇであった。一般的に、今回の結果から、ＡＧＲ試料１ｇに含まれる^２３８Ｕを９９．５％（～３４２８Ｂｑ／ｋｇ）抽出するためには、ＡＧＲ材料１ｇにＨ_２ＳＯ_４（０．５Ｍ）とＨ_２Ｏ_２（５％）４ｍＬを７０℃±２℃で４５分以上攪拌する必要がある。

［実質浸出液からの^２３８Ｕ同位体の抽出］
実験室での結果と、本発明のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーがＵ（ＶＩ）イオンの分離・検出に使用できることを示す事実に基づき、このセンサーが実際のＡＧＲ浸出液の^２３８Ｕの検出・抽出に適用できることを確認する必要がある。図２０（Ａ）、（Ｂ）は、ＷＨＭ－２－ＭＢ３８センサーとＷＨＭ－２のγ線スペクトルを表し、吸着、選択性、再生のプロセスを確認したものである。図２０（Ａ）は、抽出工程で用いたのと同じ最適条件で撹拌したＷＨＭ－２－ＭＢ３８センサーのγ線スペクトルで、複合体形成に特有のピークがないことがわかる。図２０（Ａ）は、ＡＧＲの浸出液から同位体である^２３８Ｕ種を抽出した後のＷＨＭ－２－ＭＢ３８センサーのγ線スペクトルを示している。この結果から、^２３８Ｕ同位体がセンサーの活性部位と複合体を形成していることを示す明確なピークが存在することが分かる。さらに、ＡＧＲの浸出液に含まれる他の元素同位体との複合体形成に関連する他のピークはない。その結果、ＡＧＲ浸出水溶液から高い選択性で^２３８Ｕ同位体種を実際に除去できることを確認した。センサーからウランイオンを剥離した後の安定性と再利用効率を、γ線スペクトルを用いて確認した（図２０（Ｃ））。その結果、ストリッピング処理後に^２３８Ｕ錯体のピークが消失していることが分かった。

さらに、ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーにおいては、使用前と剥離処理後の結果に明確な差がないこともわかった。図２０（Ｄ）は、抽出処理後のＷＨＭ－２キャリアのγ線スペクトルを示す。この結果は、ＡＧＲ浸出水溶液からの多元素の吸着に関連する多機能ピークの存在を示している。このデータは、ＷＨＭ－２によって、研究対象のＡＧＲの水性浸出液から^２３８Ｕ同位体種および放射性物質が選択性なしに実際に除去されたことを示す証拠となった。以上の結果から、ＷＨＮ－２－ＭＢ３８センサーは、実試料から^２３８Ｕ同位体種を高感度・高選択性・高容量で目視検出・抽出できることが確認された。浸出液からの吸着ウランイオンは、固体^２３８Ｕ抽出器から溶出／回収／予備濃縮され（９２．５％以上）、その後、吸着剤は別の機会に再利用することができた（図２１）。

［エジプト産モナザイト鉱物（ＥＭＭ）からのＵ^{（ＶＩ，２３８）}イオンの目視による検出と回収］
単相物質のセラミックホストとしてのモナザイトという鉱物は、その天然組成において、数十億年前から放射性元素のウランとトリウムが顕著に存在していた混合希土類オルトリン酸塩に依存していることは確かである。設計されたＷＨＭセンサーの実用的な側面と経済的な重要性を達成するために、エジプトのモナザイト源からの主要なウラン源からＵイオンを追跡して抽出する調査が行われた。この観点から、モナザイト岩石試料中のウランを抽出・検出するために設計されたＷＨＭ－ＭＢ３８センサーの効率性の評価は、（ｉ）モナザイトの模擬溶液を使った場合、（ｉｉ）ＥＭＭの浸出液を使った場合の２段階で行われた。

［模擬モナザイト溶液からのＵ^（ＶＩ）イオンの目視による検出と回収］
モナザイトを合成するための模擬溶液は、実試料中に存在すると予想されるほとんどの元素の濃度に相当する特定の量を混合して調製した（表１、図２２）。表１は、室温、ｐＨ３．９の最適条件での模擬溶液からのＵ（ＶＩ）イオンの視覚的検出と回収をしめしている。モナザイトを模擬した溶液からのＵ（ＶＩ）イオンの抽出とトレーサビリティーを評価するために、最適な抽出条件をｐＨ３．９に設定した後、１Ｌの溶液にＷＨＭ－ＭＢ３８センサー４０ｍｇを用いて、室温で３０分間撹拌しながらバッチ式の抽出処理を行った。ＩＣＰ－ＭＳは、抽出プロセスの前後で模擬溶液中のイオンの異なる濃度を評価するための主要なツールとして使用された。その結果、ＷＨＭ－ＭＢ３８を用いた光メソセンサーは、高濃度の競合イオンの存在下でも、９７．３５％という高い効率性、感度、選択性でＵ（ＶＩ）イオンを追跡・抽出することができた。

［ＥＭＭ浸出液溶液からのＵ^{（２３８）}イオンの目視検出と回収］
モナザイト鉱石からのウラン抽出を実際に評価するために、ロゼッタモナザイト精鉱に含まれるウラニルイオンとトリウムイオンの実物の硝酸塩サンプルを提供した。ＥＭＭ（純度９７％）の成分分析の結果、ＴｈＯ_２（５．８％）、Ｕ_３Ｏ_８（０．５２％）、Ｃｅ_２Ｏ_３（２８．６５％）、その他のレアアース（ＲＥＥ ２８．７６％）が含まれていた。簡単に言えば、モナザイトの浸出には、手順が単純であることや、肥料産業でのリン酸三ナトリウム（副産物）の使用などの経済的側面から、アルカリ浸出法を用いることが望ましい。この後、得られた含水酸化物溶液を８０℃の高温塩酸溶液で処理した後、水で希釈する。さらに、得られた溶液をｐＨ５．８～６のアンモニア水で処理して溶液を選択的に中和する方法を適用することで、ウランやトリウムのイオンとランタノイドを分離することができる。ＵＯ_２（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２ＯとＴｈ（ＮＯ_３）_４・５Ｈ_２Ｏは、トリウム・ウランケーキ濃縮物を１Ｌの４Ｍ ＨＮＯ_３に溶解して得られたものである。次に、ＷＨＭ－ＭＢ３８メソセンサーを用いて、ｐＨ３．９でＵイオンの選択的抽出をカラムとバッチシステムで行った。その結果、Ｔｈ－イオンの存在下でＵ－イオンが選択的に抽出されることがわかった（図２３）。さらに、バッチ式とカラム式のＵイオンの抽出率は、それぞれ９７．５％、９３．４％であることがわかった（図２３）。

［海水からのＵ－イオンの目視による検出と抽出］
海水からのウラン抽出は、最も有害な重金属の除去に加えて、エネルギー源を節約するための重要な課題の一つと考えられている。このような観点から、海水中の低濃度（３．３ｐｐｐ）の放射性Ｕイオンを追跡して抽出する吸着剤として設計されたセンサーは、これらの課題を克服するための重要な解決策の一つとなる。海水を採取し、ろ過工程で浮遊物を除去した後、処理工程を行う前に海水を構成する主な成分の異なる濃度を測定した（表２）。ＷＨＭ－ＭＢ３８メソセンサーを用いた放射性Ｕ－イオンの効果的な抽出は、１Ｌの海水を用いて最適な検出条件で行われた。さらに、提案されている海水からのＵイオン回収法の精度を確認するために、分析した海水マトリックスに追加濃度のウラン（０．１ｍｇ）を注入した。海水（０．１０３３ｐｐｍ）からＵイオンを検出・抽出するＷＨＭ－ＭＢ３８センサーの効率を評価するために、ｐＨを３５に調整した後、バッチ法を実施した。ろ過工程で得られた溶液をＩＣＰ－ＭＳで分析したところ、高濃度の競合イオンが存在する中で、Ｕイオンの抽出工程が高い選択性と９７％という高い担持率で行われていることが分かった（表２）。表２は、ＷＨＭ－ＭＢ３８光センサーを用いた最適抽出条件での海水サンプルからのＵイオンの光学的検出／抽出を示している。

［汽水域の排水からのＵ－イオンの目視による検出と抽出］
さらに、天然水源として井戸から採取した低塩分の排水からのＵイオンの検出・抽出を評価した。表３は、ＷＨＭ－ＭＢ３８メソセンサーを用いて最適な抽出条件でＵイオンの抽出処理を行った前後の汽水域排水のＩＣＰ－ＭＳ分析結果を示している。ＷＨＭ－ＭＢ３８メソセンサーを用いた効果的なＵイオン回収手順の精度を確保するため、既存のブラキッシュウォーターマトリックスに一定量のＵ（ＶＩ）イオン（０．１ｍｇ／Ｌ）を追加注入し、最適な検出条件で１Ｌの井戸水を使用した（表３）。その結果、異なる濃度の競合イオンの存在下で、９８．０３％という高い担持率で、Ｕイオンの高感度かつ選択的な抽出プロセスが確認された（表３）。表３は、ＨＭ－ＭＢ３８光センサーを用いた最適抽出条件での汽水源からのＵ－イオンの光学的検出／抽出を示している。

［目視による井戸水源からのＵ－イオンの検出と抽出］
さらに、天然水源として井戸から採取した低塩分の排水からのＵイオンの検出・抽出を評価した。表４は、ＷＨＭ－ＭＢ３８メソセンサーによるＵイオンの抽出処理を行う前と行った後の、井戸から採取した水のＩＣＰ－ＭＳ分析結果を示している。これまでの実験結果を踏まえ、また、既存の井戸水マトリックスに一定量（０．１ｍｇ／Ｌ）のウランを追加注入することで、最適なセンシング条件で１Ｌの井戸水にＷＨＭ－ＭＢ３８メソセンサーを用いた効果的なＵ－イオン回収手順の精度を確保した（表４）。表４は、ＷＨＭ－ＭＢ３８光センサーを用いた井戸水源からのＵイオンの光学的検出／抽出（最適抽出条件）を示している。その結果、異なる濃度の競合イオンの存在下で、９８．９％という高い担持率で、Ｕイオンの高感度かつ選択的な抽出プロセスが確認された。

［結論］
本実施例では、天然資源からＵ（ＶＩ）と^２３８Ｕの同位体イオンを追跡／検出／抽出するために、ブリッジ型（ＣｘＥＯｙ）界面活性剤を用いて調製した有機－無機ワーム状六角メソポーラスシリカ（ＷＨＭ）モノリスプラットフォームの超吸着型光学センサーの設計に成功した。高感度で選択性のある光学センサーを設計し、実試料からＵ（ＶＩ）と^２３８Ｕの同位体を検出・抽出するために、キレート剤プローブとしてモルダントブラック３８（ＭＢ３８）を用いてＷＨＭプラットフォームを直接グラフト化した。花崗岩変成岩（ＡＧＲ）および環境試料の実際の溶出液からＵ（ＶＩ）イオンおよび^２３８Ｕ同位体を検出・抽出するための最適な条件を、ｐＨ３．９の条件でバッチ式およびパーマネントベッド式カラムアプローチにより決定した。
設計されたＷＨＭ－１－ＭＢ３８センサーは、試験溶液中に存在する超微量のＵ（ＶＩ）および^２３８Ｕ同位体イオンを高速で視覚的に感知／検出する性能を示し、最大負荷容量は１４６．４１ｍｇ／ｇであった。その結果、ＡＧＲ試料の浸出液に含まれる^２３８Ｕ同位体イオンのうち、９３％以上を目視で回収することができた。ＷＨＭ－Ｌセンサーをシンプルな化学処理プロセスで再生し、Ｕ（ＶＩ）イオンと^２３８Ｕ同位体の高感度かつ選択的な視覚的抽出の性能に影響を与えることなく、複数のサイクル（＞＞１０回）にわたって再利用することは、経済的側面と廃棄物管理の面で大きな重要な要素となる。本発明で開発した光学センサーは、環境に優しく、化学的に安定した抽出器を提供し、効率的かつシンプルなプロトコルにより、Ｕ（ＶＩ）イオンと^２３８Ｕイオンを原料から選択的に検出・抽出することができる。この技術的な構造は、実際のサンプルからのＵ（ＶＩ）および^２３８Ｕの発見／抽出に、迅速で便利なアプローチを適用するための有望な候補となる。

［キレート化合物修飾した３次元六角形モノリス型ワーム状高次構造のメソポーラスシリカ］
補遺として、本発明の前駆体として、有機発色性キレート系プローブでの修飾されていない、キレート化合物修飾した３次元六角形モノリス型ワーム状高次構造のメソポーラスシリカを説明する。

図２４は、本発明の前駆体としてのウラン吸着材を示す模式図である。
本発明のウラン吸着材は、六方晶構造を有するポーラスシリカ１１０からなる粒子の凝集体１００を備える。凝集体１００は、ミクロ細孔（細孔径：０．５ｎｍ以上２ｎｍ未満）、メソ細孔（細孔径：２ｎｍ以上５０ｎｍ未満）およびマクロ細孔（細孔径：５０ｎｍ以上１０μｍ以下）を備えた階層構造を有する。このような種々のサイズの細孔を有することにより、階層的な構造となり、ウランの取り込み、拡散、吸着を促進できる。本願発明者らは、特に、凝集体１００が、２５０ｍ^２／ｇ以上３００ｍ^２／ｇ以下の範囲のＢＥＴ法比表面積を有し、０．３ｃｍ^３／ｇ以上０．５ｃｍ^３／ｇ以下の範囲の細孔容積を有しており、メソ細孔やチャネルにウランを選択的に吸着または遊離し、ウラン吸着材として機能することを見出した。さらに、本発明のウラン吸着材を構成する凝集体１００の表面は、粒子間に複数の溝１２０を有しており、溝を介してメソ細孔やチャネルにウランを選択的に吸着・遊離できる。

ポーラスシリカの粒子が六方晶構造を有することは、粉末Ｘ線回折測定による回折パターンから分かる。
凝集体１００が、ミクロ細孔（０.５ｎｍ以上２ｎｍ未満の径）、メソ細孔（２ｎｍ以上５０ｎｍ未満の径）およびマクロ細孔（５０ｎｍ以上１０μｍ以下の径）を有することは、窒素吸脱着等温線に基づくＮＬＤＦＴ法（Ｎｏｎ－Ｌｏｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ ；非局在密度汎関数法）によって判定できる。簡易的には、吸脱着等温線がＩＵＰＡＣのＩ型と、ＩＩ型またはＩＩＩ型と、ＩＶ型またはＶ型との混合状態であればよい。本願明細書では、凝集体がミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を有することを、階層構造を有するという。

凝集体１００において、２ｎｍ以上５０ｎｍ未満のメソ細孔は、主にウランを吸着し、保持する空間として機能するが、好ましくは、メソ細孔の細孔容積が、０．３５８ｃｍ^３／ｇ以上０．４３８３ｃｍ^３／ｇ以下の範囲を有する。メソ細孔は、ウランに対する活性サイトとなり、ウランの補足を促進し得、ウランを効率的に吸着できる。

図２５は、本発明の前駆体としての別のウラン吸着材を示す模式図である。
図２６は、本発明の前駆体としてのキレート化合物が修飾したウラン吸着材を用いた吸着メカニズムを示す模式図で、本発明のウラン吸着材をカラム方式に採用した際のウランの吸着の模式的な様子を示している。
本発明のウラン吸着材は、好ましくは、ポーラスシリカの表面および細孔が１式または２式で表されるキレート化合物２１０で修飾された粒子の凝集体２００を備えてよい。

ここで、Ｌは、２価の基であり、「・」はラジカルを表し、Ｒ１は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、１価の複素環基、置換アミノ基、ハロゲン原子、および、シアノ基からなる群から選択され、Ｒ２およびＲ３は、同一または別異の炭素数１～５のアルキル基であり、Ｒ４は、炭素数１～５のアルキル基であり、ｎは１以上３以下の自然数であり、＊はポーラスシリカとの結合部位を表す。

図２６に示すように、このようなキレート化合物２１０におけるホスホリル基の有するＲ２およびＲ３、あるいは、カルボキシル基が有するＲ４が、ウランを選択的に吸着・遊離できる。詳細には、Ｒ２～Ｒ４が、ウランを取り囲むようにして保持する。この結果、図２５に示すウラン吸着材は、図１に示すウラン吸着材に比べてより多くウランを吸着できる。

Ｌは、２価の基としては特に制限されないが、ヘテロ原子を有していてもよい２価の炭化水素基が挙げられる。ヘテロ原子を有していてもよい２価の炭化水素基としては、例えば、アルキレン基（炭素数１～１０個が好ましい）、シクロアルキレン基（炭素数３～１０個が好ましい）、アルケニレン基（炭素数２～１０個が好ましい）、アルキニレン基（炭素数２～１０個が好ましい）、及び、これらの組み合わせ、並びに、上記と－Ｃ（Ｏ）－、－Ｃ（Ｏ）Ｏ－、－ＯＣ（Ｏ）－、－Ｏ－、－Ｓ－、および、－ＮＲ－（Ｒは水素原子又は１価の有機基を表す）との組み合わせ等が挙げられる。

中でも、Ｌは、好ましくは、炭素数１～１０のアルキレン基である。これにより、ポーラスシリカへのキレート化合物２１０の修飾が促進する。さらに好ましくは、炭素数１～５のアルキレン基である。これにより、ポーラスシリカにより多くのキレート化合物２１０を修飾させることができるので、より多くのウランを吸着できる。なおさらに好ましくは、炭素数２～４のアルキレン基である。
ｎは、１～３の自然数であれば特に制限はないが、好ましくは、ｎは２または３である。これにより、ポーラスシリカに化合物２１０を強固に修飾させることができる。
Ｒ１は、好ましくは、炭素数１～３のアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。これにより、ポーラスシリカへの化合物２１０の修飾が促進する。

Ｒ２およびＲ３は、同一であっても異なっていてもよいが、製造効率の観点からは同一が好ましい。Ｒ２およびＲ３は、好ましくは、炭素数１～３のアルキル基である。アルキル鎖を短くすることにより、ウランを選択的に取り込みやすくなる。Ｒ２およびＲ３は、実験的には、メチル基またはエチル基の場合に特にウランを選択的に吸着することが確認されている。
Ｒ４は、好ましくは、炭素数１～３のアルキル基である。アルキル鎖を短くすることにより、ウランを選択的に取り込みやすくなる。Ｒ４は、実験的には、メチル基またはエチル基の場合に特にウランを選択的に吸着することが確認されている。
Ｌ、Ｒ１～Ｒ４の組み合わせ、および、ｎについては、上記から任意に設定できるが、好ましくは、Ｌは炭素数２～４のアルキレン基であり、Ｒ１～Ｒ４は、同一または別異の炭素数１～３のアルキル基であり、ｎは２または３である。

このようなキレート化合物２１０としては例示的には以下のものが挙げられる。これらはポーラスシリカへの修飾が容易であり、ウランを選択的に吸着できる。

キレート化合物２１０が修飾されている場合、凝集体２００は、好ましくは、２５０ｍ^２／ｇ以上２７０ｍ^２／ｇ以下の範囲のＢＥＴ法比表面積を有し、０．３ｃｍ^３／ｇ以上０．４ｃｍ^３／ｇ以下の範囲の細孔容積を有する。キレート化合物２１０が修飾されることによって、比表面積および細孔容積はわずかながら減少するが、キレート化合物２１０それ自身によるウランの吸着能により、ウランの吸着効率は向上し得る。

本発明の前駆体としてのウラン吸着材は、好ましくは、ポーラスシリカに対するキレート化合物の質量比が０．１以上０．５以下の範囲を満たす。これにより、上記比表面積および細孔容積を維持しつつ、ウランを効率的に吸着できる。
本発明の前駆体としてのウラン吸着材は、より好ましくは、ポーラスシリカに対するキレート化合物の質量比が０．１５以上０．２５以下の範囲を満たす。これにより、上記比表面積および細孔容積を維持しつつ、ウランをより効率的に吸着できる。
本発明の前駆体としてのキレート化合物２１０で修飾されたウラン吸着材において、好ましくは、ポーラスシリカは、少なくとも、ケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）およびリン（Ｐ）を含有し、合計を１００質量％としたとき、それぞれの元素の質量パーセント濃度は、
４５≦Ｓｉ≦５５
４０≦Ｏ≦４５
３≦Ｃ≦７、および、
１≦Ｐ≦３
を満たす。これにより、ウランをより効率的に吸着できる。

本発明の前駆体としてのキレート化合物２１０で修飾されたウラン吸着材において、より好ましくは、それぞれの元素の質量パーセント濃度が、
４７≦Ｓｉ≦５０
４２≦Ｏ≦４５
３≦Ｃ≦５、および、
１≦Ｐ≦２
を満たす。これにより、ウランをより効率的に吸着できる。

本発明のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーによれば、異なる環境から低濃度のＵ（ＶＩ）イオンを検出／抽出することができる。
本発明のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーの製造方法によれば、上記のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーが製造できる。
本発明のウランを視覚的に追跡する方法によれば、異なる環境から低濃度のＵ（ＶＩ）イオンを検出／抽出することができる。

Claims (9)

1. ３次元六角形モノリス型ワーム状高次構造のメソポーラスシリカと、
   前記メソポーラスシリカの表面に修飾されたキレート化合物と、
   前記キレート化合物に修飾された有機発色性キレート系プローブと、
   を備えるウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーであって、
   前記メソポーラスシリカの表面および細孔は、式１または式２で表されるキレート化合物で修飾されている、ウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー。
   
   
   ここで、Ｌは、２価の基であり、「・」はラジカルを表し、Ｒ１は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、１価の複素環基、置換アミノ基、ハロゲン原子、および、シアノ基からなる群から選択され、Ｒ２およびＲ３は、同一または別異の炭素数１～５のアルキル基であり、Ｒ４は、炭素数１～５のアルキル基であり、ｎは１以上３以下の自然数であり、＊は前記メソポーラスシリカとの結合部位を表す。
2. 前記Ｌは、炭素数２～４のアルキレン基であり、
   前記Ｒ１～Ｒ４は、同一または別異の炭素数１～３のアルキル基であり、
   前記ｎは、２または３である、請求項１に記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー。
3. 前記キレート化合物は、化２に示す、ホスホン酸［２－（トリエトキシシリル）エチル］－ジメチルエステル、２－ジメトキシホスホリルエチル（トリエトキシ）シラン、（２－ジエチルホスファトエチル）トリエトキシシラン、３－ジエトキシホスホリルプロピル（トリメトキシ）シラン、ジメチル｛２－［ジエトキシ（メチル）シリル］エチル｝ホスホネートの何れかで表されるポリオキシエチレン脂肪族エーテルである、請求項２に記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー。
   
   
4. 前記メソポーラスシリカに対する前記キレート化合物の質量比は、０．１以上０．５以下の範囲である、請求項１乃至３のいずれかに記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー。
5. 前記メソポーラスシリカに対する前記キレート化合物の質量比は、０．１５以上０．２５以下の範囲である、請求項４に記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー。
6. 前記メソポーラスシリカは、少なくとも、ケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）およびリン（Ｐ）を含有し、合計を１００質量％としたとき、それぞれの元素の質量パーセント濃度は、
   ４５≦Ｓｉ≦５５
   ４０≦Ｏ≦４５
   ３≦Ｃ≦７、および、
   １≦Ｐ≦３
   を満たす、請求項１～５のいずれかに記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー。
7. 前記メソポーラスシリカは、六方晶構造を有するポーラスシリカからなる粒子の凝集体を備え、
   前記凝集体は、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を備えた階層構造を有し、
   前記凝集体は、２５０ｍ２／ｇ以上３００ｍ２／ｇ以下の範囲のＢＥＴ法比表面積を有し、０．３ｃｍ３／ｇ以上０．５ｃｍ３／ｇ以下の範囲の細孔容積を有し、
   前記凝集体の表面は前記粒子間に複数の溝を有し、
   ウランを選択的に吸着して発色する、請求項１～５のいずれかに記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー。
8. 前記有機発色性キレート系プローブは化３～化６の何れかで表されるアゾ化合物のキレート系プローブである請求項１～７のいずれかに記載のウラン２３８同位体の視覚的追跡センサー。
   
   
   
   
   
9. 請求項３に記載のポリオキシエチレン脂肪族エーテルの界面活性剤を用いた直接鋳型法により、３次元（３Ｄ）六角形モノリス型ワーム状高次構造メソポーラスシリカ（ＷＨＭ）を作製し、
   ポリオキシエチレン脂肪族エーテルで修飾されたメソポーラスシリカの構造、形状およびサイズを制御した細孔形状を実現し、
   前記ＷＨＭのプラットフォームを請求項８に記載のアゾ化合物のキレート系プローブで修飾したウラン２３８同位体の視覚的追跡センサーの製造方法。