Safe and rapid development of capillary electrophoresis for ultratrace uranyl ions in radioactive samples by way of fluorescent probe selection for actinide ions from a chemical library

原賀 智子; 大内 和希; 佐藤 義行; 星野 仁*; 田中 玲*; 藤原 隆司*; 黒川 秀樹*; 渋川 雅美*; 石森 健一郎; 亀尾 裕; et al.

Analytica Chimica Acta, 1032, p.188 - 196, 2018/11

https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.05.077

放射性試料中のアクチノイドイオンを安全、迅速、高感度に分析するため、蛍光プローブを用いたキャピラリー電気泳動法による分析法を開発した。本研究では、化学ライブラリーを用いて、アクチノイドイオンの検出に必要となる蛍光プローブを選択し、大環状および非環状の多座配位骨格を有するプローブ群を整備した。アクチノイドのうち、ウラニルイオンに対して、4座の配位骨格を有する蛍光プローブを用いることにより、従来のキャピラリー電気泳動法の検出限界(ppmレベル)を大幅に改善し、pptレベルの検出限界を達成するとともに、実際の放射性廃液試料の分析に適用できることも示した。

Application of capillary electrophoresis with laser-induced fluorescence detection for the determination of trace neodymium in spent nuclear fuel using complexation with an emissive macrocyclic polyaminocarboxylate probe

原賀 智子; 齋藤 伸吾*; 佐藤 義行; 浅井 志保; 半澤 有希子; 星野 仁*; 渋川 雅美*; 石森 健一郎; 高橋 邦明

Analytical Sciences, 30(7), p.773 - 776, 2014/07

https://doi.org/10.2116/analsci.30.773

高レベル放射性廃棄物の発生源である使用済燃料について、燃焼率の指標の一つであるネオジムイオンを簡易・迅速に分析するため、蛍光性環状型6座ポリアミノカルボン酸配位子を用いたキャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法の適用性を検討した。本検討では、ウラニルイオンやランタノイドイオン群など、様々な金属イオンが共存する使用済燃料溶解液において、微量のネオジムイオンを定量することに成功し、その際、ランタノイドイオン間の分離には分離用泳動液に含まれる水酸化物イオンが重要な役割を担っていることを明らかした。従来の陰イオン交換による分離法では、ネオジムの単離に約2週間を要するが、本法では数十分で分離検出が可能であり、分析に要する時間を大幅に短縮することができ、作業者の被ばくの低減が期待できる。

Capillary electrophoresis with laser-induced fluorescent detection method using highly emissive probes for analysis of actinides in radioactive wastes

原賀 智子; 中野 裕太*; 渋川 雅美*; 亀尾 裕; 高橋 邦明; 齋藤 伸吾*

Proceedings of 14th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM 2011) (CD-ROM), p.1461 - 1465, 2011/09

https://doi.org/10.1115/ICEM2011-59092

放射性廃棄物試料中のアクチノイドを簡易かつ高感度に分析する方法を開発するため、キャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法(CE-LIF)の適用性について検討した。本検討では、新規にさまざまな配位骨格を有する蛍光プローブを合成し、ネプツニウム(Np)及びアメリシウム(Am)に対して、CE-LIFによる分離検出を試みた。その結果、非環状6座の配位骨格を有する蛍光プローブを用いることにより、Np及びAmの分離検出が可能となった。本検討により、これまでにアクチノイドに対する適用例のないCE-LIFを用いて、固体試料から調製した試料溶液において、従来のCE法の検出限界(ppmレベル)を大幅に改善したpptレベルの検出限界を達成できることを示せた。

水性二相抽出高速向流クロマトグラフィーによる希土類元素の分離と濃縮

清水 紘平; 齋藤 伸吾*; 長縄 弘親; 渋川 雅美*

no journal, , 

希土類元素は現代の先端技術を支えるさまざまな新素材の原料となるため、近年需要が高まっている。それらの材料をつくるため、希土類元素を相互分離することは必要不可欠である。しかし、互いの化学的性質が類似していることから分離は非常に困難であり、高速かつ分取目的での相互分離を可能にする新たな分離・精製技術の開発が強く望まれている。現在、希土類元素の分離法には溶媒抽出が主として用いられているが、大量の有機溶媒を使用することから、その適切な処理と管理が必要となる。そこで、有機溶媒を使用しない水性二相抽出法に着目し、さらにこれを高速向流クロマトグラフィー(HSCCC)に導入することで、環境への負荷の低減を考慮した高速分取法の開発を目的とした。本研究では抽出試薬にアセチルアセトンを使用し、pHグラジエント溶離を用いることでLa, Ce, Nd, Yb, Scの分離と濃縮を達成した。さらに、移動相に添加した緩衝剤の分配に基づいて分離機構の解析を行った。

放射性廃棄物中のウランの分析のための高感度蛍光プローブを用いたキャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法

原賀 智子; 佐藤 義行*; 渋川 雅美*; 亀尾 裕; 高橋 邦明; 齋藤 伸吾*

no journal, , 

特願 2012-034711   公報

放射性廃棄物の処分に向けて、廃棄物試料中のアクチニド(Th, U, Np, Pu, Am, Cm)を簡易かつ高感度に分析する方法を開発することを目的として、キャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法(CE-LIF)の適用性について検討した。本検討では、ウランを分析対象として、ウラニルイオンと安定な錯体を形成する配位骨格を有する蛍光プローブを新規に合成し、CE-LIFによりウラニルイオンの分離検出を試みた。その結果、溶液試料において、従来のCE法の検出限界(数十ppb-ppmレベル)を大幅に改善した数十pptレベルの検出限界を達成できた。

ウラニルイオンに選択的なキャピラリー電気泳動-レーザー励起検出法用新規蛍光プローブの開発

佐藤 義行; 齋藤 伸吾*; 原賀 智子; 伊東 祐有希*; 亀尾 裕; 高橋 邦明; 渋川 雅美*

no journal, , 

特願 2012-034711   公報

放射性廃棄物や環境中に存在するウラニルイオンの簡易迅速分析法を開発するためにキャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法(CE-LIF)の適用を試みた。CE-LIFによりウラニルイオンを検出するためには、ウラニルイオン(UO)と安定な錯体を形成し、さらに中心金属の消光作用を抑制して発光する必要がある。そこで、UOと安定な錯体を形成すると報告されているフェナントロリンジカルボン酸配位部位を適用し、配位部位と発蛍光部位とをスペーサーを介して結合した新規蛍光プローブ(L)を合成した。このUO-L錯体をCE-LIFに導入し、分離条件の検討を行った。その結果、UO-L錯体は電気泳動中に解離することなく検出され、直接蛍光検出に成功した。UOの検出限界として3.510M(84ppt)と得た。さらに、泳動液にマスキング剤であるCyDTAを添加することによりCa, Fe, Al, ランタノイドイオン群などの共存金属イオンの妨害がないことを確認した。

Capillary electrophoresis with laser-induced fluorescence detection for ultratrace uranyl ion using a highly emissive phenanthroline-dicarboxylate derivative probe

原賀 智子; 佐藤 義行; 大内 和希*; 渋川 雅美*; 石森 健一郎; 亀尾 裕; 齋藤 伸吾*

no journal, , 

放射性廃棄物試料中のウラニルイオンを簡易かつ高感度に分析する方法を開発するため、キャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法(CE-LIF)の適用性について検討した。本検討では、CE-LIFにおいて必要となる蛍光プローブの開発を行い、平面4座配位のフェナントロリンジカルボン酸骨格を有する蛍光プローブを用いることにより、ウラニルイオンの高感度検出が可能となった。本検討により、従来のCE法の検出限界(ppmレベル)を大幅に改善したpptレベルの検出限界を達成するとともに、開発した蛍光プローブは、ウラニルイオンに対する検出選択性が高く、共存イオンの影響を受けにくい手法であることがわかった。今後、放射性廃棄物試料のように様々な金属イオンが共存する試料に対する適用が期待できる。

Capillary electrophoresis with laser-induced fluorescence detection for ultratrace actinide ions in radioactive samples using emissive probes selected from a small chemical library

原賀 智子; 佐藤 義行; 大内 和希; 渋川 雅美*; 石森 健一郎; 亀尾 裕; 齋藤 伸吾*

no journal, , 

放射性試料中のアクチノイドイオンを安全かつ簡易に分析する方法を開発するため、キャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法(CE-LIF)の適用性について検討した。本検討では、CE-LIFにおいてアクチノイドイオンの検出に必要となる蛍光プローブを開発し、大環状および非環状の多座配位骨格の蛍光プローブを整備した。アクチノイドのうちウラニルイオンに対しては、4座配位の骨格を有する蛍光プローブを用いることにより、従来のCE法の検出限界(ppmレベル)を大幅に改善したpptレベルの検出限界を達成した。また、実際の放射性廃液試料の分析に適用できることも示した。

二次元ゲル電気泳動法を用いる金属-フミン酸超分子錯体の凝集反応追跡

丸茂 和樹*; 斉藤 拓巳*; 原賀 智子; 渋川 雅美*; 齋藤 伸吾*

no journal, , 

フミン酸は環境中に普遍的に存在する不定形有機高分子であり、環境中の有害重金属イオンや放射性金属イオンの保持媒体となることでそれらの動態を制御している。そのため、土壌や河川の環境評価や放射性廃棄物の地層処分の安全評価において、フミン酸による金属イオンの保持挙動を解明することが重要となる。本研究では、複雑な混合物であるフミン酸のどの分子量成分に金属イオンが強く保持されているのかを調べるため、二次元ゲル電気泳動法と分光法を組み合わせた新規分析法を開発した。本法により、ウラニルイオンおよびテルビウムイオン(多座配位のアクチノイドのモデル金属イオン)と強く結合するフミン酸の分子量成分を特定するとともに、フミン酸がこれらの金属イオンと錯形成することによって凝集する反応のメカニズムを解明することに成功した。本研究結果より、フミン酸による金属イオンの保持挙動は、金属イオンの電荷や配位座の違いによって大きく異なることを明らかにできた。特に、テルビウムイオンのような多座配位の金属イオンは、フミン酸と錯形成することによって拡散が抑制される可能性が示唆された。

ゲル電気泳動法を基盤とするフミン酸結合型アクチノイドイオンの分子量分布評価

原賀 智子; 丸茂 和樹*; 斉藤 拓巳*; 渋川 雅美*; 齋藤 伸吾*

no journal, , 

フミン酸(HA)は環境中に普遍的に存在する不定形の有機高分子であり、環境中の有害重金属や放射性金属イオンと錯形成し、保持媒体となることによってこれらの動態を制御している。そのため、土壌や河川の環境評価や放射性廃棄物処分の安全評価において、HAによる金属イオンの保持挙動の解明が重要である。本研究では、アクチノイド(An)のうち、UO, Pu, NpO, Cmを対象として、ゲル電気泳動法を基盤とする新しい分析法を開発し、複雑な混合物であるHAにおいてAnイオンが強く結合する分子量成分を特定することに成功した。本研究により、UOは2kDa程度の低分子量帯に、NpOは10kDa程度の中分子量帯に、Puは主に30-40kDa程度の高分子量帯に、Cmは50kDaを超える高分子量帯に分布し、Anイオンの種類によって分布するHAの分子量帯が異なることを明らかにした。Anイオンは、分布するHAの分子量帯によって、環境中での拡散等の挙動が大きく異なる可能性があることから、Anイオンの種類によってHAによる保持挙動が異なることが示唆された。