Quantitative imaging of trace elements in solid samples by online isotope dilution laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry

柳澤 華代; 松枝 誠; 古川 真*; 石庭 寛子*; 和田 敏裕*; 平田 岳史*; 高貝 慶隆*

Analyst, 148(18), p.4291 - 4299, 2023/09

https://doi.org/10.1039/D3AN01028G

固体表面の定量マッピングが可能なオンライン同位体希釈レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析法(オンラインLA-ICP-IDMS)を開発した。LAで生成された試料エアロゾルは、独自開発したサイクロン式スプレーチャンバーを介して、同位体濃縮液のミストとオンラインで混合され、ICP-MSへと導入される。その後、同位体比の計算などを通じて各スポットにおける定量イメージング像を作成した。モデル元素としてFeとSrを選択し、オンライン同位体希釈に基づく定量によって認証標準物質を定量したところ、認証値と定量値の結果は良好であった。本法を生体硬組織に適用し、電子プローブマイクロアナライザーのデータと比較した結果、鉄とSrのような微量元素の定量に有効であることを確認した。

塩素含有TRU廃棄物の焼却試験

山下 健仁; 横山 文*; 高貝 慶隆*; 牧 翔太; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 家村 圭輔

JAEA-Technology 2022-020, 106 Pages, 2022/10

JAEA-Technology-2022-020.pdf:4.77MB

福島第一原子力発電所事故に伴い発生した放射性固体廃棄物は、津波や海水の放水によって塩分を多く含んでいる可能性があるとともに、今後の廃止措置に係る作業や放射性廃棄物を処理する際の閉じ込めにはポリ塩化ビニル(PVC)製品を使用することも想定される。固体廃棄物の処理方法のうち、廃棄物の減容・安定化の効果が優れている焼却法は、検討を進めるべき手法の一つではあるが、塩素成分を含む超ウラン元素(TRU)固体廃棄物の処理には、放射性核種及び塩素成分の廃ガス処理系への移行挙動や塩素成分による機器の腐食の程度等を把握した上で、設置する処理施設の構造、使用材料などを決めていく高度な技術が求められる。そこで、国内で唯一、塩素成分を含むTRU固体廃棄物を焼却可能な設備である、核燃料サイクル工学研究所プルトニウム廃棄物処理開発施設(PWTF)の第2難燃物焼却設備を用い、廃棄物中塩素成分の廃ガス処理系移行挙動試験、焼却設備の金属材料選定に資する腐食試験及び廃棄物中プルトニウムの廃ガス処理系への分布調査を実施することとし、処理設備の設計検討に必要な種々のデータを蓄積することとした。本報告書は第2難燃物焼却設備を用いたこれらの試験により得られた焼却設備廃ガス処理系への塩素成分の移行挙動、適した耐食材料選定のための金属材料の評価、プルトニウムの分布調査の結果をまとめたものである。

Online solid-phase extraction-inductively coupled plasma-quadrupole mass spectrometric quantification of Sr using Sr/Sr isotope dilution method

柳澤 華代*; 小田島 瑞樹*; 松枝 誠; 古川 真*; 高貝 慶隆*

Talanta, 244, p.123442_1 - 123442_7, 2022/07

https://doi.org/10.1016/j.talanta.2022.123442

オンライン固相抽出(SPE)-ICP-QMSとSr-88/Sr-86比を用いた同位体希釈(ID)法の組合せにより、低濃度のSr-90定量を達成した。本法は放射性標準物質や検量線が不要でデータ取得もワンショットで行うことができる。また、同重体のZr-90などの有意な干渉が存在しても、Sr-90を15分以内で定量する。Sr-90の検出下限値は10mL注入で5.6Bq/Lであり、注入量を増やすとさらに改善する。

福島第一原子力発電所事故を契機に進展する分析化学

松枝 誠; 高貝 慶隆*

ぶんせき, 2021(4), p.160 - 161, 2021/04

東京電力福島第一原子力発電所(1F)の事故から2021年で10年を迎えようとしている。1F事故直後は、日本分析化学会にも多くの課題が投げかけられ、多くの会員がそれぞれの専門分野や様々な立場で活動を行った経緯がある。これらの課題は、汚染水対策のような事故直後の喫緊の課題やトリチウム分離や高放射線環境下での分析のように10年を経た今でも中々解決に至らない中長期的な課題などに大別されるが、分析化学を始めとする多くの技術者・専門家がこの課題に今なお奮闘している。このミニファイルでは、分析化学の観点からこの10年間に構築されてきた計測技術を一部紹介する。

多段濃縮分離機構を備えるICP-MSによる放射性ストロンチウム分析

高貝 慶隆*; 古川 真*; 亀尾 裕; 松枝 誠; 鈴木 勝彦*

分析化学, 66(4), p.223 - 231, 2017/04

https://doi.org/10.2116/bunsekikagaku.66.223

2つ以上の異なる原理による濃縮法や分離法を結合したカスケード濃縮分離法は、分析機器の感度と分析性能を飛躍的に向上させることができる。本論文では、東日本大震災による東京電力福島第一原子力発電所事故を発端として開発されたカスケード濃縮分離法を内蔵したICP-MSによる放射性ストロンチウム(Sr)分析法について論じた。併せて、本分析法の特徴である混合ガス効果、内標準補正シグナル積算法、スプリットラインを利用する定量と回収率の同時測定法などについて総説した。これらを統合して使用する本分析法のSrに対する検出下限値は、20分程度の測定で0.056ppq(0.28Bq/L)が達成可能である。また繰り返し分析精度(n=10)は、10ppq(50Bq/L)に対して相対標準偏差2.9%が得られる。

Sequential inductively coupled plasma quadrupole mass-spectrometric quantification of radioactive strontium-90 incorporating cascade separation steps for radioactive contamination rapid survey

高貝 慶隆*; 古川 真*; 亀尾 裕; 鈴木 勝彦*

Analytical Methods, 6(2), p.355 - 362, 2014/01

https://doi.org/10.1039/C3AY41067F

誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-QMS)の前段にカスケード分離工程としてキレートカラムおよび酸素リアクションセルを付加し、原子力発電所の事故により環境中に放出されたSrを定量した。カスケード分離工程を実装したICP-QMSの水試料に対する検出限界(DL)は、2.85Bq/L(0.56ppqに相当)であった。またマイクロ波加熱分解により前処理された土壌に対しては、4.73Bq/kg(0.93ppq)のDLが得られた。実際に福島県において採取された土壌サンプルを本法と従来法により分析した結果、両分析法による定量値は98%信頼水準において一致した。

デスフェリオキサミンB固定化マイクロポリマーを用いる強酸性溶液中のジルコニウム及びハフニウムイオンの吸着挙動

青木 譲; 阿部 未姫*; 佛願 道男*; 大沼 知沙*; 藤原 健壮; 高貝 慶隆*

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃止措置を行う上で、デブリ等の高線量放射性廃棄物の安全な処理処分は、重要な課題である。現在、放射性廃棄物の吸着材として用いられているゼオライトはアルカリ金属イオンにのみ高い選択性を示す。そのため、本研究では、高原子価金属イオンと安定で強固な錯体を形成するデスフェリオキサミンBをマイクロポリマーに固定化したDFB-EG80(S)を用いて、放射性廃棄物の安全な処理処分に向けた元素別分離のため、酸性条件下で安定に存在するPu(IV)の模擬として、ジルコニウム(Zr)イオン, ハフニウム(Hf)イオンの吸着を検討した。実験手法は、ディスポーサブル遠沈管にDFB-EG80(S)を3mgと10ppbの52種類の金属元素10mL加え、振蕩恒温槽にて50C、160rpmにて20分間振蕩を行った。その結果、Zr及びHfイオンを最大96.7%及び97.9%吸着可能であった。また、70Cで振蕩を行うと、ランタニドをはじめとした52種類の金属元素52元素からZr, Hf, Nb, Taの4元素に分離することが可能となった。

質量分析装置を用いたテクネチウム-99の自動分析法の開発

松枝 誠; 柳澤 華代*; 小荒井 一真; 寺島 元基; 藤原 健壮; 阿部 寛信; 北村 哲浩; 高貝 慶隆*

no journal, , 

Tcの主要なモニタリング手法として誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)が用いられるが、同重体(RuやMoH)が定量を妨害するのが問題となる。特に、環境中のMoはTcに対して最大10倍存在するため、完全な分離は困難だった。本研究では、高効率かつ迅速な同重体除去を目的とした自動分析法を構築した。フローインジェクション(FI)装置に装着したTcを選択的に吸着する樹脂を充填したカラムではMo, Ruを粗分離し、ICP-MS内部の反応セル内にOを導入することでMoを精密に除去した。これらの一連の分離工程を自動化し1.510のTc/Mo比まで測定可能となった。さらに既知濃度のTcを含む海水(IAEA-443, Tc報告値: 159-250mBq/L)を測定し、本法の適用性を調べた結果、200.19.6mBq/Lの値を得たことから良好な定量性を有することが実証された。

両性イオン界面活性剤の自己集合に基づく金属微粒子の形状維持濃縮

鈴木 怜花*; 中川 太一; 松枝 誠; 阿部 雄太; 平田 岳史*; 古川 真*; 高貝 慶隆*

no journal, , 

福島第一原子力発電所の汚染水中に分散する金属微粒子を測定し、燃料デブリの状態や組成を間接的に推定する研究が行われている。汚染水中の金属微粒子の粒子濃度は希薄で測定が困難であるため、形状を維持したまま濃縮する必要がある。本研究では、両性イオン界面活性剤の温度依存相分離現象を利用した金属微粒子の濃縮と形状観察の結果について報告する。模擬デブリを液中レーザーアブレーション法で水溶液に分散させた後、本法で濃縮し濃縮前後の形状および粒径をTEMで分析した。実質濃縮倍率は15.2倍であり、その微粒子の形状は球状を示し濃縮前後で形状は変化しなかった。粒子径は、濃縮前は21.322.6nm (n=156)、濃縮後は24.025.7nm (n=77)であり、濃縮前後で粒子径に大きな変化はなかった。また、ウラン鉱石(自然石)の微粒子を濃縮した結果、実質濃縮倍率は3.482.5倍であった。

Using CO reaction to achieve mass-spectrometric discrimination for Pu isotopic analysis with inductively coupled plasma-mass spectrometry

松枝 誠; 川上 智彦*; 小荒井 一真; 寺島 元基; 藤原 健壮; 飯島 和毅; 古川 真*; 高貝 慶隆*

no journal, , 

誘導結合プラズマ質量分析計のDRCにCOを導入することでアクチノイド(Am, Cm, U)由来の干渉物質を除去し、Pu同位体(Pu, Pu, Pu, Pu, and Pu)の同時分析を可能にした。