JPH038416A - 炭素13の濃縮方法 - Google Patents

炭素13の濃縮方法

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JPH038416A
JPH038416A JP7565890A JP7565890A JPH038416A JP H038416 A JPH038416 A JP H038416A JP 7565890 A JP7565890 A JP 7565890A JP 7565890 A JP7565890 A JP 7565890A JP H038416 A JPH038416 A JP H038416A
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裕二 藤岡
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光一 千葉
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巧 河野
Tomosumi Murata
村田 友住
Naoya Hamada
直也 浜田
Makoto Yamazaki
真 山崎
Zenji Hotta
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、赤外線レーザー光化学(多光子吸収解離)反
応を用いた炭素13の濃縮方法に関する。
従来の技術 近年のレーザー技術における大出力化、発振波長の多様
化は、レーザー光化学反応を利用する種々の元素の同位
体分離・濃縮技術を大きく発展させている。これは原料
物質の光吸収特性の同位体シフトを利用し、所望の元素
同位体を含む物質のみの化学反応を促進するものである
有機化学の中心元素である炭素について述べれば、天然
に存在する炭素は、質量数12と13の同位体からなり
、前者が98.9%、後者が1.1%を占める。炭素1
3は非放射性の安定同位体であり、生体内の代謝、環境
汚染物質の因果関係を研究し、管理する上で有用であり
、その需要は極めて大きい。
従来の炭素13の濃縮法はCOの低温蒸留法に基づいて
いるが、有毒ガスを大量に使用する点、装置が大型とな
る点が問題であり、製造コストも高い、レーザーを用い
て、安全かつ小規模で安価に炭素13が濃縮されればそ
の意義は大きい。
−酸化炭素を低温蒸留で濃縮する方法は、例えば5EP
ARATICIN 5CIENCE A14II TE
CHMOI、[lGY、15(3) 、帥、481〜5
08 、1θ80に詳細に記載されているが、この方法
は次のような問題点を有する。
■この蒸留は比揮発度が非常に小さい成分間の分離であ
るため、非常に多くの蒸留段数を必要とし、大きな設備
と莫大なエネルギーを特徴とする特に、1.1%程度の
低濃度から90%以上の高濃度までe縮する際、初期の
濃縮エネルギーを多量に消費する。
■有毒ガスである一酸化炭素を多量に扱う。
■c1ii過程において、13 C160と蒸気圧が非
常に接近している+2 に430の天然同位体比が13
 Cl60の約5分の1であるため、天然同位体比の一
酸化炭素を原料とした場合には、+2(H+fl(]も
同時に濃縮されることから80%以上の高濃度の13C
Oの濃縮が困難となる。これを解決するため、同位体交
換反応が別途必要となるが、タングステン触媒を用いて
約1200℃と非常に高い反応温度を必要とするばかり
でなく、交換率も低い。
一方、レーザー光を利用する同位体分離・濃縮に関して
も、種々の方法が提案されている0例えば米国特許第4
.328.078号では炭素12と炭素13を含むC3
F6を10Torr以下の圧力で容器に満たし、波数9
50ないし102102O’のレーザー光を1ジユ一ル
/cm2以上のフルエンスで照射し、13 C2F4を
生成させ、その後物理的に分離することを特徴とする濃
縮法を開示している。
また、米国特許第4,438,709号では原料として
CF、HC2を用いて同様に赤外線レーザーを照射して
炭素13化合物を濃縮する方法を開示している。さらに
、ハロゲン化メタンとハロゲン化水素との混合気体を炭
酸ガスレーザーで照射して炭素13を濃縮する方法(特
開昭83−97217号公報)およびヘキサフルオロエ
タンとハロゲン分子との混合気体を同様に照射して炭素
13を濃縮する方法(特開昭60−132629号公報
)等が知られている。
一般に、工業的にレーザー光を用いる光化学反応工程を
採用するに当たって、レーザー光の初期コスト、ランニ
ングコストが高いため、レーサーパワーの有効利用が必
須の要件である0通常の光化学工程は1例えば、特開昭
80−132629号公報のm1図に開示されているよ
うに、レーザー光を長焦点レンズで集光して反応器内に
導入し、その焦点面近傍で光化学反応をおこなわしめる
ものであるが、このような反応器においては反応に寄与
しないレーザーパワーは反応器出射端から散逸するため
、レーザー発振器から取り出されたレーザーパワーの極
一部しか化学反応に利用されていない。
レーサーパワーの有効利用を図るためには、特開昭54
−12290号公報の第1図や、特開昭59−4202
8号公報の第1図に開示されているような反応器内での
レーザー光の多重反射によるマルチパス方式が提案され
ている。しかし、この方式は原料気体によるレーザー光
の吸収係数が0.3%/am程度以上の場合、光路が2
mでパワーは1/2以下に減衰してしまうため、作用距
離をあまり長くしても効果は上がらない0反応器を出た
レーザー光を収束レンズで再び集光して第二の反応容器
に導いた場合でも同様に効果は上がらない。
発明が解決しようとする課題 本発明は、出発原料物質としてふっ素原子を1つ以上含
む天然同位体存在比(炭素)のハロゲン化メタンに赤外
線レーザー光を照射して炭素13を濃縮する方法におい
て、特にレーザーコストを大幅に低減せしめ、安価に高
濃度の炭素13を得ることを可能ならしめることを目的
とする。
課題を解決するための手段 本発明は、出発原料として、天然同位体存在比(炭素)
のふっ素原子を1つ以上含むハロゲン化メタンと、気体
状酸・止剤との混合ガスに赤外線レーザーを照射して炭
素13の濃縮したCF、Oを得。
次にこの生成物にH,0を反応させてCO□を生成せし
めて未反応原料から分離することを特徴とする方法であ
る。
以下に本発明の内容を詳細に説明する。第1図はレーザ
ー光化学反応による炭素13の濃縮方法の原理を模式的
に示した説明図である。
出発原料としてはふっ素原子を1つ以上含むハロゲン化
メタンであり、好ましくはCBr2F2またはCBr2
F2を用いる。ふっ素原子を1つ以上含むハロゲン化メ
タンは1300〜900cm−’にC−Fの振動に由来
する強い吸収を示す、 CHClF2の場合約1120
cm−’に’2C−Fの吸収がみられる。これに対し、
+3CFの吸収は約30cm−’低波数側の10910
9O’にシフトすることに着目して炭素13源として利
用する。
気体状酸化剤としては、酸素、オゾン、亜酸化窒素また
は二酸化窒素など常温で気体状の酸化剤を用いるが、酸
化性が強く、赤外線レーザーの発振波長領域に吸収が無
いものが望ましい。
CHClF2と気体状酸化剤を混合した気体に、CHC
lF2中の13 Cを選択的に励起する波長(9R(1
0) :波数1071.88cm−’ 〜9P(30)
 :波数1037.43cm−’ )に設定された赤外
炭酸ガスレーザー光を照射すると。
次式により13(の濃縮されたOF、0が得られる。
CHClF2 + n h y −h CF2+ HC
Q     ・φ・■CF2+O→ CF2O拳 −・
 ■ 原料にCBr2F2を用いた場合も次式に示す反応でI
3Cの濃縮されたOF、Oが得られる。
GBr2F2+ n h y+ CBrF2+Br  
   a * *■CBrF2 + O+(F1a +
 BrO@a a■2BrO+Br2+0□e m *
■ 生成したOF、O中の130の濃度は原料圧力、原料と
酸化剤の混合比、赤外線レーザーの波長、フルエンス1
、照射パルス数等の条件によって変わるが、10〜80
%以上の濃縮が可能である。ここで注[1すべきことは
、生成するCF、0の振動吸収は12Cで波数的128
0cm−’ 、 13Cテ約1250cs+−’と原料
のCHClF2の吸収から大きくずれて、照射レーザー
光に対して全く吸収を示さないので、レーザー光の利用
効率が極めて高いことである。エネルギーの大きなレー
ザ装置ではエネルギー値の増加と共に設備価格とランニ
ングコストが幾何級数的に上昇するので、レーザー光の
利用効率が高いことは製造原価低減のためには非常に有
効である。
炭酸ガスレーザーの照射によって得られたCF、0は加
水分解(次式参照)という筒車な操作を行うだけで容易
に炭酸ガスに変換し、標識化合物の原料として用いるこ
とが出来る。
CF、O+ H20→CO2+ 2HF       
 ・一番■この方法によって炭素13を10〜80%以
上まで濃縮することが可撤であるが、レーザー光の利用
効率から炭素13が20%以上、好ましくは30〜70
%の範囲で行うことがよい、さらに高濃度の炭素13を
得るには、炭酸ガスを金属等で還元する等の公知の方法
により一酸化炭素とし、これを低温蒸留する等の公知の
方法によって行うことができる0本発明の濃縮法は連続
的に行うこともできるし、バッチ式に行うこともできる
実施例 実施例1 下記のフローに従って、炭素13の濃縮を行った。
出発原料物質:天然同位体存在比の炭素から成るC)I
CIIF2100トル 気体状酸化剤:021Q)ル 炭酸ガスレーザー照射(SP(2B):波数1039.
37cm−” ): CF、O生成 加水分解−〇〇2生成 分析:ガスクロマトグラフ/質量分析計反応装置をwI
Jz図に示す0反応容器には長さ2m、内径3cmのガ
ラス製円筒体の両端にNaC1製光学窓を設けたものを
使用した。炭酸ガスレーザーは出力8J/パルス、1)
lzで発振させ、光分解反応を効率よく誘起させるため
に発振されたレーザー光をBaF2製焦点距離2mの集
光レンズで集光し、焦点部のフルエンスを5J/c履2
に設定して反応器に照射した。
以下に最終的に得られたCO2の分析結果を示す。
イオン種   mHz    イオンの相対強度12C
O,44282 +3 co245    1000 13C/ (12c+”c) =0.78001パルス
当り炭素13生産量 3.OX to−’mol /パ
ルス 実施例2 下記のフローに従って、炭素13の濃縮を行った。
出発原料物質:天然同位体存在比の炭素から成るCBr
2F7  soトル 気体状醜化剤:0250hル 炭酸ガスL/−ザー照射(9P(28) :波数103
9.73c+s−’ ): CF2O生成 加水分解二Co2生成 分析:ガスクロマトグラフ/質量分析計反応容器には長
さ3m、内径3C讃のガラス製円筒体の両端にNaCl
1製光学窓を設けたものを使用した。炭酸ガスレーザー
は出力8J/パルス、IHzで発振させ、焦点距離3m
のBaF2製集光レンズでレーザー光を集光し、反応器
に照射した。
以下に最終的に得られたCO2の分析結果を示す。
イオン種   mHz    イオンの相対強度12C
O□    44    58213 CO□    
45    1000”C/ (12C+13G) =
O,Ef3211パルス当り炭素13生産量 1.17
X 10層6mol /パルス 実施例3 下記のフローに従って、炭素13の濃縮を行った。
出発原料物質:天然同位体存在比の炭素から成るCHc
i F270 ト/l/ 気体状酸化剤二02+0330トル 炭酸ガスレーザー照射(9P(22):波数1045.
02cs−’ ): CF2O生成 加水分解:  CO2生成 分析:ガスクロマトグラフ/質量分析計反応容器には長
さ2m、内径30層のガラス製円筒体の両端にNaCQ
製光学窓を設けたものを使用した。炭酸ガスレーザーは
出力8J/パルス、lHzで発振させ、焦点距離2mの
BaF2製集光レンズでレーザー光を集光し、反応器に
照射した。
以下に最終的に得られたCO2の分析結果を示す。
イオン種   厘/2   イオンの相対強度12C:
0244    1000 1300245    810 13 C/ (12G + ’3 C) =0.447
51パルス当り炭素13生産量 ?、2X 10−’m
ol /パルス 発明の詳細 な説明したように、本発明の濃縮法によれば、レーザー
光による同位体分離・濃縮工程の中で最も高いコストを
占めるレーザー光のパワーを有効に利用することができ
、レーザーエネルギーに対する光化学反応効率の改善、
並びにレーザーの各種の費用の低減が可能となるので、
低コストの工程を実現できる利点を有する。さらに設備
の簡素化、操作の簡易化等を達成することができ、安価
に13 Co2、すなわち炭素13を得ることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は、レーザー光化学反応による炭素13の濃縮方
法の原理を模式的に示した説明図である。 第2図は、本発明のレーザー光による+3C分敲用反応
装置の構成図である。 1・・・CO2レーザー、2・・・反応容器、3・・・
集光レンズ、4・・・レーザー光。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)出発原料物質として、ふっ素原子を1つ以上含む
    天然同位体存在比(炭素)のハロゲン化メタンと気体状
    酸化剤との混合ガスに赤外線レーザーを照射して炭素1
    3の濃縮したCF_2Oを得、次に該生成物にH_2O
    を反応させてCO_2を生成せしめて未反応原料から分
    離することを特徴とする炭素13の濃縮方法。
  2. (2)原料のハロゲン化メタンにCHClF_2あるい
    はCBr_2F_2を用いることを特徴とする請求項1
    記載の炭素13の濃縮方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1215684A1 (en) * 1999-08-20 2002-06-19 Hamamatsu Photonics K.K. Apparatus for producing radioisotope

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4313807A (en) * 1978-04-03 1982-02-02 "Studiecentrum Voor Kernenergie," "S.C.K." Method for enriching a gaseous isotopic mixture with at least one isotope
JPS595335A (ja) * 1982-06-30 1984-01-12 Fujitsu Ltd 日本語入力装置

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