JPS63188753A - 多段フロ−ク−ロメトリ検出器 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は被検液中に含まれる複数の分析物質を検出する
多段フロークーロメトリ検出器に係り、とりわけ気泡が
混入した被検液に対しても精度よく検出することができ
る多段フロークーロメトリ検出器に関する。

（従来の技術） 核燃料再処理の主工程では、一般に、溶媒抽出法により
使用済核燃料に含まれるウランおよびプルトニウムを核
分裂生成物から分離し、さらにウランとプルトニウムを
分離精製して回収している。

この主工程を連続的かつ経済的に進行させるためには、
温度、圧力、流量等通常のプロでス制御量の他に再処理
工程から出る被検液の化学成分をもモニタし、それらを
適切な値に保持する必要がある。この化学成分のなかで
も、塩析材として用いられる硝酸溶液の濃度とともに、
最終目的製品であるウラニウムイオンおよびブルトニウ
ムイオンの原子価別の濃度は非常に重要である。従って
、多量の使用済核燃料の再処理を迅速に行なうためには
、これらの濃度を連続的にあるいは短い繰り返し周期で
モニタできることが必要となる。ウラニウムイオンおよ
びプルトニウムイオンの原子価別の濃度を測定できるも
のとしてフロークーロメトリ検出器がある。このフロー
クーロメトリ検出器は、検出器内に流入された被検液中
に含まれるイオン等の特定の分析物質を全て電解酸化ま
たは電解還元し、その電解電流を検出する装置であり、
分析物質の濃度はこの電解電流の大きさからファラデー
の法則により求められるようになっている。

そして、かかる検出に際して被検液中に複数の分析物質
が、共存している場合には、電解手段を複数直列に接続
して一体化した多段フロークーロメトリ検出器が使用さ
れ、各々の電解手段に特定の電解電位を印加して電解を
行なうことにより、共存状態においても特定の分析物質
の濃度の検出が行なわれる。

第２図はこのような多段プロークーロメトリ検出器の内
、電解手段が２基設けられた２段階フロークーロメトリ
検出器の従来例の断面図である。

この多段フロークーロメトリ検出器は被検液の流れに対
して上流側に設けられた第１の電解手段と、下流側に設
けられた第２の電解手段とを備えている。各電解手段は
、アルミナ多孔質等からなる筒状の電解隔膜２ａ、２ｂ
と集電体３ａ、３ｂとからなり、内部に作用電極４ａ、
４ｂを充填して被検液を通過させる収納体１ａ、”ｌｂ
と、電解隔膜２ａ、２ｂの外表面に液絡部が位置するよ
うに配設された参照電極５ａ、５ｂと、電解隔膜２ａ。

２ｂの外側に配設された対極６ａ、６ｂとから構成され
ている。ここで、作用電極４ａ、４ｂには広い電位検出
幅を有する炭素繊維、グラジ−カーボン繊維等が使用さ
れ、この作用電極４ａ、４ｂに電位を印加して電解電流
を取り出す集電体３ａ。

３ｂにはグラジ−カーボンが使用され、参照電極５ａ、
５ｂとしては飽和銀−塩化電極等が使用され、対極６ａ
、６ｂには貴金属が使用されている。

また、集電体３ａ、３ｂの内径は６ｍｍφ程度となって
いる。

これらの第１の電解手段と第２の電解手段は中央に被検
液が流れる流通孔１５が開設された電気絶縁性の仕切板
７を介して直列に接続され、電気絶縁性の収納容器８に
収納されている。収納容器８内には被検液と同種の溶液
あるいは飽和塩化カリウム溶液からなる対極液９ａ、９
ｂが満たされている。ここで、作用電極４ａ、４ｂとな
る炭素繊維またはグラジ−カーボン繊維は、被検液が作
用電極４ａ、４ｂ部分を流通する間に被検液中の分析物
質を全て電解するために、電解隔膜２ａ。

２ｂ部分の被検液流路断面に対する充填率が２０〜８０
％前後になるように充填されている。このため、作用電
極部分の圧力損失が大きく被検液に比較的大きな圧力が
加わるが、電解隔膜２ａ。

２ｂの気孔率、孔径、厚さ、面積は電解隔膜２ａ。

２ｂを通して作用電極４ａ、４ｂ側から対極液９ａ、９
ｂ側へ漏洩する被検液の量が被検液流量に比較して無視
できる範囲内におさまるように定められている。これは
漏洩量が多い場合には測定精度が低下するので、これを
防止するためである。

また、仕切板７の流通孔１５の内径は収納体ｌａ、ｌｂ
の内径と略同一となっている。この流通孔１５には作用
電極４ａ、４ｂ同志の接触を防１１−するためおよび各
電解手段間の被検液の移動を速やかに行うため、孔径が
２關φ程度のオリフィス２０が配置されている。

次にこのような構成からなる２段フロークーロメトリ検
出器によって被検液を検出する作用について説明する。

分析物質を含む被検液を一定流量で流し、第１の電解手
段はまたは第２の電解手段の作用電極４ａ、４ｂに集電
体３ａ、３ｂを介して参照電極５ａ、５ｂの電位を基準
とした分析物質の電解電位をポテンションスタットより
印加し、電解隔膜２ａ、　　２ｂを通して作用電極・対
極間に流れる電解電流ｉの大きさを測定する。この電解
電流ｉは次式の関係を有する。

１−ｎ−Ｆ−Ｃ−ｆ ここで、ｎは分析物質の電解に関与する電子数、Ｆはフ
ァラデ一定数（Ｃ／ｍｏｌ　）　、Ｃは分析物質の濃度
（ｍｉｌ　／ＩＩ　）　、ｆは被検液の流量（ｇ／５ｅ
ｅ）である。

ｎとＦの値は既知であるから電解電流ｉを測定すること
により分析物質のｌａ度を求めることかできる。

このようなフロークーロメトリ検出器によって使用済核
燃料を分析する場合、再処理工程から出る被検液（硝酸
溶液）中におけるウラニウムイオンＵＯ，Ｕ　　および
プルトニウムＰｕ”。

２＋　　　４＋ Ｐ　ｕ　”０）電流−電位特性曲線は第３図に示すよう
な曲線であることが知られている。第３図中、曲線Ａは
Ｐｕ　　がＰｕ’＋に酸化される特性曲線、３十 曲線ＢはＰｕ’＋がＰｕ３＋に還元される特性曲線、曲
線ＣはＵ４＋がＵＯ２＋に酸化される特性曲線、曲線り
はＵＯ２＋がＵ４＋に還元される特性曲線を示している
。従って、硝酸溶液中に共存するＰｕ　　イオノおよび
ＵＯ２〜オンの濃度は、２４＋　　　、 段階フロークーロメトリ検出器の第１の電解手段の作用
電極４ａにＰｕ’９オンの電解電位である電位Ｅ２を印
加することにより測定でき、第２の電解手段の作用電極
４ｂにＵＯ２＋イオンの電解電位である電位Ｅ３を印加
することにより測定することができる。すなわち、第１
の電解手段にはＰｕ’＋イオンの濃度に比例した電解電
流が流れ、Ｐｕ”４オンの電解反応が全て終了している
ことから、第２の電解手段にはＵｏ　２〜オンの濃度に
比例した電解電流のみが流れるものである。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来の検出器において、被検液中に気泡が混
入した場合、第１の電解手段の作用電極４ａを通過した
気泡がオリフィス２０を一時的に塞ぎ被検液の流動抵抗
を増大させる場合がある。

この気泡は流動抵抗の増大により被検液の加わる圧力が
大きくなるとオリフィス２０に押し込まれ第２の電解手
段の作用電極４ｂを通過し、検出器より流出する。この
とき被検液に加わる圧力は気泡の大きさが大きいほど高
い。

しかし、このように被検液に高い圧力が加わった場合、
被検液の一部は電解隔膜２ａ、２ｂを通って対極液９ａ
、９ｂ側へ漏洩し作用電極４ａ。

４ｂを通過する被検液の流量が減少する。作用電極４ａ
、４ｂを通過する被検液の流量が減少すると、前記の電
解電流と濃度の関係が成立しなくなり、このような状態
で電解電流から濃度を求めると精度のよい検出結果が得
られない。

この傾向は、核燃料再処理工程のような高濃度イオンの
検出をする従来の検出器において顕著となる。すなわち
、高濃度用の検出器では、電解隔膜２ａ、２ｂのイオン
の導電率を大きくするために電解隔膜２ａ、２ｂの孔径
または気孔率を大きくしあるいは厚さを薄くしているた
め、電解隔膜２ａ、２ｂの流動抵抗が小さくなる。例え
ば、電解隔膜２ａ、２ｂに孔径０．６ｕｍｓ気孔率４２
％のアルミナ多孔体（内径６ｍｍφ、厚さ４ｍｍ）を用
いた場合、検出器に気泡が流入すると被検液に加わる圧
力の増加により被検液の漏洩量が増え、濃度の測定精度
が４０％程度低下する。

このように、作用電極４ａ、４ｂ間にオリフィス２０が
配置された従来の２段階フロークーロメトリ検出器では
安定して精度よくイオンの濃度を分析することが困難で
あった。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
気泡が混入した被検液についても長時間安定して精度よ
く検出することができる多段フロークーロメトリ検出器
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、電解隔膜と収納体とからなり内部に被検液を
通過させる収納体と、この収納体内に充填された繊維状
の作用電極とを備えた電解手段を段数直列に配設し、複
数の分析物質を検出するよう構成した多段フロークーロ
メトリ検出器であって、隣接する電解手段の収納体相互
間を連通ずる連通ラインに、繊維状のスペーサを充填し
たことを特徴としている。

（作　用） 隣接する電解手段の収納体相互間を連通ずる連通ライン
に繊維状のスペーサが充填されているので、気泡を含ん
だ被検液は作用電極部と同様にスペーサ部を通過する。

このため、スペーサ部に気泡が滞留することはなく、被
検液の流動抵抗が増加することはない。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による多段フロークーロメトリ検出器の
一実施例を示す断面図である。第１図において、多段フ
ロークーロメトリ検出器は被検液の流れに対して上流側
に設けられた第１の電解手段と、下流側に設けられた第
２の電解手段とから構成されている。各電解手段は、孔
径０．６μｍ１気孔率４２％のアルミナ多孔体からなり
内部を被検液が通過する内径６ｍｍφ、外径１４ｍｍφ
、長さ４０ｍｍの電解隔膜２ａ、２ｂと、この電解隔膜
２ａ、２ｂの下流側に配設された電解隔膜と同一の内径
および外径を有する長さ１０ｍｍのグラジーカーボン製
の集電体３ａ、３ｂとからなる収納体ｌａ、ｌｂを備え
ている。また、この収納体１ａ。

１ｂ内には１４．５μｍφの炭素繊維の束から成る作用
電極４ａ、４ｂが収納され、また、電解隔膜２ａ、２ｂ
の外表面に液絡部が位置するように参照電極５ａ、５ｂ
が配設されている。さらに、電解隔膜２ａ、２ｂの外側
に白金鋼製の対極５ａ。

６ｂが配置されている。

このような第１の電解手段と第２の電解手段は中央に被
検液が流れる流通孔１５が開設された電気絶縁性の仕切
板７を介して直列に接続され、電気絶縁性の収納容器８
に収納されている。また、収納容器８内には１ｍｏｌ／
Ｉの硝酸溶液が対極液９ａ、９ｂとして満たされている
。なお、流路断面に対する作用電極４ａ、４ｂの充填率
は２０％となっている。

また、集電体３ａ、３ｂの外側には金線からなる作用電
極リード線１２ａ、１２ｂが接続されており、この集電
体３ａ、３ｂと作用電極リード線１２譬、１２ｂには対
極液９ａ、９ｂと電気的接触しないよう電気絶縁物がコ
ーティングされている。

第１の電解手段と第２の電解手段の間に設けられた仕切
板７の流通孔１５は、収納体１ａ、ｌｂの内径と略同一
の内径を有し、この流通孔１５にはテフロン繊維の束か
らなるスペーサ１０が作用電極４ａ、４ｂの充填率と略
同程度の充填率で充填されている。このスペーサ１０は
作用電極４ａ。

４ｂ同志の接触を防止し、かつ各電解手段間の被検液の
移動を速やかに行わせるものである。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

まず、ウラニウムおよびプルトニウム等の分析物質を含
む被検液を一定流量で被検液入口１３より流入させ、被
検液出口１４より流出させる。次に第１の電解手段およ
び第２の電解手段の作用電極４ａ、４ｂに集電体３ａ、
３ｂを介して参照電極５ａ、５ｂの電位を基準とした分
析物質の電解電位をポテンションスタットより印加し、
電解隔膜２ａ、２ｂを通して作用電極・対極間に流れる
電解電流の大きさを測定する。この場合、第３図に示す
ように第１の電解手段の作用電極４ａにＰｕ’〜オンの
電解電位である電位Ｅ　を印加し、第２の電解手段の作
用電極４ｂにＵＯ２＋イオンの電解電位である電位Ｅ３
を印加する。

このようにして、第１の電解手段に流れる電解電流によ
ってＰｕ’９オンの濃度が第２の電解手段に流れる電解
電流によってＵＯ２＋イオンの濃度がそれぞれ検出され
る。

検出中、気泡を含む被検液が被検液人口１３より検出器
内に流入した場合、気泡は第１の電解手段の作用電極４
ａを通過する。次に、スペーサ１０に到達した気泡は、
スペーサ１０が作用電極４と同様繊維状となっておりか
つ略同一の充填率で充填されているため、作用電極４ａ
部と同様に通過する。

このように本実施例によれば、気泡を含む被検液がスペ
ーサ１０に到達しても、このスペーサ１０で気泡が滞留
することはない。このため、被検液に気泡を含んでも被
検液の流動抵抗が増加することはなく、被検液が対極液
側へ多二に漏洩して検出精度が低下してしまうことはな
い。例えば２＋　　　、 本実施例の場合、１５ｇＵ／ΩのＵＯ２イオ／を７時間
にわたって精度５％以下で安定して分析することができ
る。

なお、上記実施例において各電解手段が水平に配置され
た２段フロークーロメトリ検出器について説明したが、
各電解手段を垂直に配置してフロークーロメトリ検出器
を構成してもよい。また、スペーサ１０をテフロン繊維
の束によって構成される例を示したが、その材質は任意
に変更可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、気泡を含んだ被検液の場合でも、スペ
ーサに気泡が滞留して被検液の流動抵抗が増加してしま
うことはない。従って、被検波の対極液側への漏洩が防
止されるので、長時間にわたって精度よく安定して分析
物質を検出することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多段フロークーロメトリ検出器の
一実施例を示す側断面図、第２図は従来の多段フローク
ーロメトリ検出器を示す側断面図、第３図は被検液（硝
酸溶液）中におけるＰ　ｕ　３＋。 ４＋　　　　４＋　　　　　　　２＋　　　　、Ｐ　ｕ
　　、　Ｕ　　、　ＵＯ２イオ／の電流−電位特性図で
ある。 ｌａ、ｌｂ・・・収納体、２ａ、２ｂ・・・電解隔膜、
３ａ、３ｂ・・・集電体、４ａ、４ｂ・・・作用電極、
５ａ、５ｂ・・・参照電極、６ａ、６ｂ・・・対極、７
・・・仕切板、８・・・容器、１０・・・スペーサ、１
５・・・流通孔。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 色　１　図 匹　２　口 ち３　囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解隔膜と集電体とからなり内部に被検液を通過さ
   せる収納体と、この収納体内に充填された繊維状の作用
   電極とを備えた電解手段を、複数直列に配設し複数の分
   析物質を検出するよう構成した多段フロークーロメトリ
   検出器において、隣接する電解手段の収納体相互間を連
   通する連通ラインに、繊維状のスペーサを充填したこと
   を特徴とする多段フロークーロメトリ検出器。 ２、スペーサの充填率を作用電極の充填率と略同一とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多段フ
   ロークーロメトリ検出器。