Europium binding to humic substances extracted from deep underground sedimentary groundwater studied by time-resolved laser fluorescence spectroscopy

時間分解レーザー蛍光分光法による深部堆積層中の地下水から採取された腐植物質に対するユウロピウムの結合

斉藤 拓巳*; 青柳 登   ; 寺島 元基  

Saito, Takumi*; Aoyagi, Noboru; Terashima, Motoki

高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に係る研究開発では、III価のマイナーアクチノイドが、地下水中に存在する腐植物質との錯生成などの相互作用により、移行することが懸念されている。本研究では、この相互作用を理解するため、マイナーアクチノイドの化学アナログであるEuイオンと、地表から250m以深における堆積層の地下水から採取した腐植物質との相互作用に関する分光計測を行った。時間分解レーザー誘起蛍光分光法とマルチモード因子分析法によって、スペクトルのpHあるいは塩濃度に依存した変化を解析・評価した。その結果、2つの因子が存在し、Euを含む異なる化学種に対応することが明らかになった。1つは、地表の腐植物質と錯生成した化学種であり、もう1つは、深部地下水の腐植物質と錯生成した化学種である。また、Euと腐植物質の相互作用は、地表の腐植物質よりも、深部地下の腐植物質の方が大きいことが分かった。この結果は、地下水中での核種移行の研究において、地表の腐植物質のみを取り扱うのでは不十分であり、深部地下に存在する腐植物質との相互作用が大きく影響することを意味している。

Humic substances (HSs) are ubiquitous in various environments including deep underground and play an important role in the speciation and mobility of radionuclides. The binding of Eu, a chemical homologue of trivalent actinide ions, to HSs isolated from sedimentary groundwater at -250 m below the surface was studied by time-resolved laser fluorescence spectroscopy combined with parallel factor analysis (PARAFAC) as a function of pH and salt concentration. PARAFAC modeling reveals the presence of multiple factors that corresponds to different Eu species. These factors resemble those observed for Eu binding to HSs from surface environments; however, detailed comparison shows that there are some particularities in Eu binding to the deep groundwater HSs. The distribution coefficients () of Eu binding to the HSs calculated from the PARAFAC modeling exhibits a rather strong salt effect. At 0.01 M NaClO the values are relatively large and comparable to those to the surface HSs; they are decreaed at 0.1 M NaClO by more than an order of the magnitude. The values are larger for humic acid fraction of the deep underground HSs than fulvic acid over the entire range of pH and salt concentration investigated in this study.