層状酸化物に収着した極微量アルカリ金属の結合状態

Chemical states of ultra-trace alkali metals sorbed in laminar oxides

馬場 祐治  ; 下山 巖   ; 平尾 法恵

Baba, Yuji; Shimoyama, Iwao; Hirao, Norie

粘土鉱物や土壌中の放射性セシウムの化学結合状態を明らかにするため、マイカなどの層状酸化物に収着したセシウムおよび他のアルカリ金属についてX線光電子分光(XPS)測定を行った。Csなど放射性核種の原子数は極めて少ないため、これらの放射性核種の原子数に匹敵する極微量原子の化学結合状態を直接観察する目的で、入射X線の全反射条件でXPSスペクトルを測定した。この方法により、1000分の1層程度の極微量のXPS測定が可能となった。セシウムおよびルビジウムの場合、XPSの内殻結合エネルギーは収着量の減少とともに低エネルギー側にシフトした。一方、ナトリウムの場合は反対に高エネルギー側にシフトした。これらの化学シフトを点電荷モデルにより考察した結果、マイカ表層のセシウムおよびルビジウムは、微量になるほどイオン結合性が強い状態で収着していることを明らかにした。

In order to clarify chemical states of radioactive cesium in clay and soil, X-ray photoelectron spectra (XPS) have been measured for cesium sorbed in laminar oxides such as mica. Since the number of atoms in radionuclides such as Cs is extremely small, we have measured XPS spectra under total reflection condition of incident X-rays. This method enabled us to measure XPS spectra for ultra-trace level alkali metals down to 1/1000 monolayer. For rubidium and cesium, the XPS core levels shifted to lower energy side with the decrease in the number of layer. While for sodium, the direction of the energy shift was reverse to those of rubidium and cesium. On the basis of point charge model, it was clarified that the lower the number of layer is, the stronger the iconicity of the chemical bond becomes for rubidium and cesium.