(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類金属を含有する検体に遊離形態の核酸を溶液中で接触させる工程と、
前記希土類金属と前記遊離形態の核酸との結合により形成したゲル状の沈殿物を分離回収する工程と、を有する希土類金属の回収方法。
【請求項２】
前記遊離形態の核酸が、DNAである請求項１に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項３】
前記DNAの濃度が、0.6〜5mg/mlである請求項２に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項４】
前記遊離形態の核酸が、核酸モノマーである請求項１に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項５】
前記核酸モノマーが、イノシン酸である請求項４に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項６】
前記核酸モノマーの濃度が、0.6〜250mg/mlである請求項４又は５に記載の希土類金属
の回収方法。
【請求項７】
前記希土類金属を含有する検体が、0.1重量%以上の希土類金属を含む請求項１〜６の何れか一項に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項８】
前記沈殿物を洗浄する工程を有する、請求項１〜７の何れか一項に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項９】
前記沈殿物を濃縮する工程を有する、請求項１〜８の何れか一項に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項１０】
分離回収した前記沈殿物に有機酸又はその非希土類金属との塩或いは炭酸又はその非希土類金属との塩を溶液中で接触させることにより、前記希土類金属を前記核酸との結合から解離させて有機酸塩或いは炭酸塩に変換する工程を有する請求項１〜９の何れか一項に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項１１】
前記有機酸又はその非希土類金属との塩或いは炭酸又はその非希土類金属との塩が、炭酸又はその非希土類金属との塩である請求項１０に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項１２】
前記炭酸又はその非希土類金属との塩が、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムである請求項１１に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項１３】
前記炭酸ナトリウムの濃度が、5〜10重量％である請求項１２に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項１４】
前記希土類金属との結合から解離した前記核酸を、前記希土類金属を含有する検体に遊離形態の核酸を溶液中で接触させる工程に供給し、前記遊離形態の核酸の一部又は全部として再利用する請求項１０〜１３の何れか一項に記載の希土類金属の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸のゲル化沈殿による希土類金属の回収方法に関し、具体的には、本発明は、遊離形態の核酸と希土類金属を接触させて、前記遊離形態の核酸と希土類金属との結合により形成したゲル状の沈殿物を分離回収するものである。更に、沈殿物に有機酸或いは炭酸を接触させて、希土類金属を有機酸塩或いは炭酸塩に変換して回収するものである。
【背景技術】
【０００２】
希土類金属（以下、「レアアース」と称する場合がある）は、ランタン（原子番号５７）からルテチウム（原子番号７１）までの１５元素のランタノイド、及びスカンジウム（原子番号２１）、イットリウム（原子番号３９）を加えた１７元素の総称である。希土類金属の多くは優れた物理的性質などを有しており、永久磁石、二次電池、自動車の排気ガス浄化用触媒、コンピュータをはじめとする情報通信機器等の工業生産品の材料として、或いはエレクトロニクス製品の性能向上に必要不可欠な材料として、幅広く使用されている。現状では希土類金属はその生産地域が限られている。仮に希土類金属の調達環境が悪化すれば、前記工業生産品の製造に大きな支障を来すことが予想される。そのため、例えば永久磁石の加工時に発生する磁石粉末や情報通信機器などの廃棄物から希土類金属を回収してリサイクルする技術の確立が強く要望されている。
【０００３】
従来、希土類金属を回収する方法として、硫酸で希土類金属を溶解浸出し、得られた浸出液からシュウ酸塩沈殿法を用いて回収する方法（例えば、非特許文献１）が公知である。この技術は、シュウ酸塩沈殿物を焼成することにより希土類金属を酸化物として回収するものである。そして、脂溶性リン酸化合物を用いて水溶液中の希土類金属を分離回収する方法（例えば、特許文献１、非特許文献２）が公知である。特許文献１に開示の技術は、脂溶性リン酸化合物であるジ（２−エチルヘキシル）リン酸を含む疎水性支持体に覆われた樹脂に希土類金属イオンが吸着することを利用するものである。このようなリン酸化合物を固定化した樹脂を充填したカラムを利用して希土類金属の回収及び高精度分析を行うものである。特許文献２に開示の技術は、脂溶性リン酸化合物であるジ（２−エチルヘキシル）ホスフィン酸を含む溶媒を使用し、溶媒抽出後のpH値が３以上となるように抽出時のpH値を調整して希土類金属イオンを分離抽出するものである。
【０００４】
また、生物由来の物質を利用して回収する方法も公知であり、特に、核酸と希土類金属との相互作用についての報告がある（例えば、非特許文献３〜５）。非特許文献３には、ランタノイドイオンが合成DNAオリゴマーの５´末端に付着しハイブリッドを形成し、こ
のハイブリッドが、ハイブリッド中のオリゴヌクレオチドと相補的な配列の３´末端で、DNA及びRNAのリン酸ジエステル結合を加水分解することが開示されている。そして、セリウムはDNAに対する、ユーロピウム、ツリウム及びルテニウムはRNAに対する切断活性が高いことが確認されている。非特許文献４には、希土類金属とバクテリアの相互関係の研究について開示され、希土類金属がバクテリアの細胞表面の特定領域に特異的に吸着することが確認されている。
【０００５】
また、DNAと金属との相互反応も公知である（例えば、非特許文献５）。非特許文献５
には、DNAがFeカチオンと結合しキレートを形成すること、及びFe（III）カチオンはDNAの塩及び骨格のリン酸基と強く相互作用することが開示されている。また、この結合は、Feカチオンの酸化数の違いにより結合解離することが開示されている。そして、DNAが塩化鉄溶液との反応で沈殿を形成することが確認されている。
【０００６】
更に、希土類金属は炭酸塩として沈殿することが知られている。そして、従前において、希土類金属の炭酸塩の水溶液間での元素分配係数と溶解度積、溶解度との関係が検討されていた（例えば、非特許文献６）。具体的には、希土類金属の炭酸塩の水への溶解度の差が検討され、軽希土類金属が重希土類金属よりも水への溶解度が低いことが確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平11-100622号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】高橋徹他著、「廃蛍光管からの希土類元素の分離回収（第１報）」、北海道立工業試験場報告No.293、1994年
【非特許文献２】TRISKEM NTERNATIONAL、PRODUCT SHEET、LN / LN2 / LN3 resins、［online］、［平成24年2月23日検索］、インターネット＜URL: http://www.triskem-international.com/en/iso_album/ft_resine_ln_en.pdf＞
【非特許文献３】Komiyama M.他著、“Sequence-specific and hydrolytic scissionof DNA and RNA by lanthanide complex-oligoDNA hybrids.”、J Biochem.1995年10月、第118巻、第４号、第665〜670頁
【非特許文献４】Takahashi Y.他著、“EXAFS study on the cause of enrichment of heavy REEs on bacterial cell surfaces”、Geochimica et Cosmochimica Acta、2010年10月、第74巻、第19号、第5443〜5462頁
【非特許文献５】Ouameur A.A.他著、“A Comparative study of Fe(II) and Fe(III) interactions with DNA duplex: major and minor grooves bindings.”、DNA Cell Biol.、2005年6月、第24巻、第6号、第394〜401頁
【非特許文献６】鹿園直建他著、「高レベル放射性廃棄物からの核種移行に対する固溶体鉱物-水溶液間の元素分配の役割」、原子力バックエンド研究、2006年３月、Vol.12、No1〜2、第3〜9頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１に開示の希土類金属の回収方法では、シュウ酸塩として希土類金属を沈殿回収するが、希土類金属のシュウ酸塩は溶解度積が小さいため、沈殿物を容易には再溶解できないという問題点があった。そして、希土類金属のシュウ酸塩は、焼成するか、若しくは、そのまま最終産物とするため、後工程での成分分離が困難であるという問題点もあった。また、特許文献１に開示の技術は、有機溶媒による多段階抽出を実施しないと希土類金属を回収できないため、煩雑な手間を要し、かつ回収コストも嵩んでいた。非特許文献２に開示の技術は、高精度分析には最適ではある。しかし、大量の磁石粉末や廃棄物から希土類金属を回収する際には、希土類金属を含む大量の溶液を扱うことになる。この場合、非特許文献２に開示の樹脂を利用して回収しようとすると、大量の樹脂が必要となる。樹脂は一般に高価であるため、分離回収目的にはコスト面で折り合わないとの問題点があった。
【００１０】
また、非特許文献３に開示の技術は、ランタノイドがDNAのリン酸基と結合する可能性を示しているものの、分離回収目的への応用は示されていない。そして、非特許文献４に開示のバクテリアと希土類金属の相互作用を利用すれば、希土類金属を濃縮して回収することができる。しかしバクテリアは酸性条件で溶解するため希土類金属の回収は困難であり、バクテリアの細胞表面に希土類金属を吸着させたとしても、当該希土類金属を抽出する際に溶出溶媒によってバクテリアが死滅する。そのためバクテリアを利用して希土類金属を回収しようとすれば、繰り返しバクテリアの培養を行うことが要求される。そのため、煩雑であり、回収コスト面でも改良の余地があった。一方、非特許文献５の技術は、核酸と金属塩により沈殿を形成することが記載されているが、希土類金属と核酸の相互作用については何ら開示されていない。また、非特許文献６の技術は、希土類金属の炭酸塩の元素間の溶解度等に関する研究報告に過ぎない。そのため、希土類金属と炭酸の結合力の強さ等を検討したものではなく、しかも炭酸は多くの金属と沈殿性の塩を形成することが知られていることから、希土類金属の回収技術への利用を具現化できるような開示はなされていない。したがって、依然として希土類金属を煩雑な工程を経ることなく容易かつ簡便に、更に低コストで分離回収できる技術の確立が求められていた。
【００１１】
そこで、本発明は、希土類金属を煩雑な工程を経ることなく簡便、かつ安価に分離回収できる希土類金属の回収方法の提供を目的とする。特に、工業原料として商品価値のある有価物として回収可能な希土類金属の回収方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは上記目的を達成するため鋭意研究を行い、希土類金属を含有する検体に遊離形態の核酸を溶液中で接触させることにより、希土類金属と遊離形態の核酸が結合することにより沈殿物を形成することを見出した。そして、この沈殿物を回収することにより希土類金属を効率よく回収できることを見出し、本発明を完成するに至った。また、核酸として高分子核酸だけでなく、溶解度の高い核酸モノマーを用いることで、これにより希土類金属の回収率が著しく向上することをも見出した。更に、核酸との沈殿物として回収された希土類金属を有機酸塩或いは炭酸塩に変換することにより、工業原料として商品価値の高い汎用性のある材料へと変換できることを見出し、これらの知見をもとに本発明を完成するに至った。
【００１３】
即ち、以下の〔１〕〜〔１５〕に示す発明を提供する。
〔１〕希土類金属を含有する検体に遊離形態の核酸を溶液中で接触させる工程と、
前記希土類金属と前記遊離形態の核酸との結合により形成した沈殿物を分離回収する工程、を有する希土類金属の回収方法。
【００１４】
〔１〕の構成によれば、希土類金属は、溶液中で遊離形態の核酸と結合し沈殿物を形成する。これを固液分離することにより簡便に希土類金属を回収することができる。したがって、煩雑な工程を経ることなく簡便に、かつ高価な試薬を使用することなく安価に希土類金属を効率よく回収することができる。そして、固相担体等に捕捉されない遊離形態の核酸を用いるため、核酸が希土類金属に直接結合することから結合容量が向上し、希土類金属の濃度が0.1重量%以上の検体を、希釈工程等を経ずに直接処理することができる。
【００１５】
〔２〕前記遊離形態の核酸が、DNAである。
〔３〕前記DNAの濃度が、0.6〜5mg/mlである。
【００１６】
〔２〕の構成によれば、DNAは安定性や分解され難さの観点から取り扱いが容易である
ことから本発明の実用性を更に高めることができる。そして、〔３〕の構成によれば、DNAの飽和濃度付近にDNA濃度を設定することで希土類金属の回収効率を高めることができる。
【００１７】
〔４〕前記遊離形態の核酸が、核酸モノマーである。
〔５〕前記核酸モノマーが、イノシン酸である。
〔６〕前記核酸モノマーの濃度が、0.6〜250mg/mlである。
【００１８】
〔４〕の構成によれば、核酸モノマーは溶解度が高いことから希土類金属の回収率を更に向上させることができる。核酸モノマーの溶解度は、高分子の核酸に比べて高いため、高濃度の核酸溶液を調製することができる。塩基対当たり、同量の希土類金属が結合すると仮定すると、高濃度の核酸溶液を使用することにより体積当たりの金属結合容量が増加する。金属結合容量が増えることにより、核酸と結合する希土類金属の量が増加し、これにより回収率が向上する。特に、〔５〕の構成によれば、核酸モノマーとして、安価な汎用試薬であるイノシン酸を使用することにより、更なるコストの削減と取り扱い性の向上を図ることができる。そして、〔６〕の構成によれば、核酸濃度をDNA等の高分子核酸の
場合に比べて高く設定することができることから更なる希土類金属の回収効率の向上を図ることができる。
【００１９】
〔７〕前記希土類金属を含有する検体が、0.1重量%以上の希土類金属を含む。
【００２０】
〔７〕の構成によれば、0.1重量%以上の希土類金属を含有する検体に対しても効率的に希土類金属を回収することができる。ここでは、固相担体等に捕捉されない遊離形態の核酸を用いるため、核酸が希土類金属に直接結合することから結合容量が向上し、希土類金属の濃度が0.1重量%以上の検体を、希釈工程等を経ずに直接処理することができる。
【００２１】
〔８〕前記沈殿物を洗浄する工程を有する。
〔９〕前記沈殿物を濃縮する工程を有する。
【００２２】
〔８〕及び〔９〕の構成によれば、回収した沈殿物から不純物を除去でき、沈殿物中の希土類金属の純度を更に上げることができる。これにより産業上利用価値の高い希土類金属を回収することができ、更に本発明の実用価値の向上を図ることができる。
【００２３】
〔１０〕分離回収した前記沈殿物に有機酸又はその非希土類金属との塩或いは炭酸又はその非希土類金属との塩を溶液中で接触させることにより、前記希土類金属を前記核酸との結合から解離させて有機酸塩或いは炭酸塩に変換する工程を有する。
〔１１〕前記有機酸又はその非希土類金属との塩或いは炭酸又はその非希土類金属との塩が、炭酸又はその非希土類金属との塩である。
〔１２〕前記炭酸又はその非希土類金属との塩が、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムである。
〔１３〕前記炭酸ナトリウムの濃度が、5〜10重量％である。
【００２４】
〔１０〕の構成によれば、核酸と結合した希土類金属を有機酸塩或いは炭酸塩に変換することができることから、検体から希土類金属を商品価値のある有価物として回収することができる。そして、遊離形態の核酸と希土類金属の沈殿物形成反応、及び当該沈殿物からの希土類金属の有機酸塩或いは炭酸塩への変換反応は、何れも高効率で進行する。したがって、本発明の方法は、回収対象である希土類金属を含有する検体から、希土類金属を高い収率で、かつ有価物として回収することができる実用性の高い技術である。更に、これらの過程において、環境負荷の高い試薬や高価な試薬は必要ではなく、環境に配慮した安全性の高い技術を安価で提供することができる。特に、〔１１〕及び〔１２〕の構成によれば、希土類金属を極めて汎用性が高く工業原料としての商品価値が高い炭酸塩に変換することができ、更に本発明の実用価値の向上を図ることができる。〔１３〕の構成によれば、炭酸塩への変換効率が更に高まり、希土類金属の有価物としての回収効率の向上を更に図ることができる。
【００２５】
〔１４〕前記希土類金属との結合から解離した前記核酸を、前記希土類金属を含有する検体に遊離形態の核酸を溶液中で接触させる工程に供給し、前記遊離形態の核酸の一部又は全部として再利用する。
【００２６】
〔１４〕の構成によれば、希土類金属と沈殿物を形成させることによって希土類金属の回収のために使用した遊離形態の核酸を、再度希土類金属との沈殿物の形成による希土類金属の回収に再利用することができる。これにより、更なるコストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】遊離形態の核酸と希土類金属塩溶液による沈殿の形成を確認した実施例１の結果を示す写真であり、DNAとネオジムが結合し沈殿物を生じることを示す。
【図２】遊離形態の核酸と希土類金属の沈殿物形成条件の検討と評価を行った実施例３の結果を示す写真であり、ATP、IMPそれぞれが、セリウム及びネオジムと結合し沈殿物を生じることを示す。
【図３】遊離形態の核酸と希土類金属の沈殿物形成条件の検討と評価を行った実施例４の結果を示すグラフであり、IMP濃度とネオジムの回収率の関係を示す。
【図４】遊離形態の核酸と希土類金属との間で形成された沈殿物の有機酸塩或いは炭酸塩変換の検討と評価を行った実施例５の結果を示すグラフであり、上澄み中のIMP濃度を示す。
【図５】遊離形態の核酸と希土類金属との間で形成された沈殿物の有機酸塩或いは炭酸塩変換の検討と評価を行った実施例６の結果を示すグラフであり、上澄み及び沈殿物中のネオジム濃度を示す。
【図６】遊離形態の核酸と希土類金属との間で形成された沈殿物の有機酸塩或いは炭酸塩変換の検討と評価を行った実施例７の結果を示すグラフであり、有機酸或いは炭酸濃度とIMPの回収率の関係を、炭酸として炭酸ナトリウム水溶液及び炭酸カリウム水溶液を使用した場合の比較により示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００２９】
１．希土類金属の回収方法−遊離形態の核酸と希土類金属の沈殿物形成
本発明の希土類金属の回収方法は、「希土類金属を含有する検体と遊離形態の核酸とを溶液中で接触させる工程」と、「前記希土類金属と前記遊離形態の核酸との結合により形成した沈殿物を分離回収する工程」を有して構成される。希土類金属を含有する検体と遊離形態の核酸とを溶液中で接触させることにより、希土類金属と核酸が結合しゲル状の沈殿物が形成される。これを固液分離することにより希土類金属を回収する。このように構成することにより、希土類金属を効率的に回収でき、そして煩雑な工程を経ることなく簡便かつ安価に回収するものである。
【００３０】
上述の〔背景技術〕の項で説明したように、核酸とランタノイドイオンが結合することが報告されている（例えば、上述の非特許文献３等）。しかしながら、この文献の中で、核酸に結合したランタノイドイオンは核酸のリン酸ジエステル結合を加水分解することが確認されている。そのため、遊離形態の核酸を用いて希土類金属を分離回収に利用できることは従来行われていなかったし、遊離形態の核酸と希土類金属が結合して分離可能な沈殿を生じるとの知見は本発明者らによって初めて見出されたものである。また、上述の非特許文献５には鉄イオンと核酸が結合し沈殿物を生じることが報告されているが、多種多様な金属のうち希土類金属にまでその適用を示唆するものではなかった。
【００３１】
本発明の希土類金属の回収方法が適用対象となる「希土類金属を含有する検体」は、「希土類金属を含有する可能性のある試料」であれば、特に制限ない。ここで、「希土類金属が含有する可能性のある試料」とは、希土類金属が含有していることが予め判明しているか、希土類金属が含有していると考えられる試料のことである。例えば、永久磁石の加工時に発生する磁石粉末、情報通信機器などの廃棄物などから集められた試料が挙げられる。そして、当該検体の態様は限定されるものではないが、好ましくは液体状の試料を使用する。そして、検体に含まれる希土類金属量についても制限はなく、希土類金属を１重量％以上含有する検体にも適用することができる。また、固体状の試料に適用する場合には後述する緩衝液等に必要に応じて溶解してもよい。
【００３２】
本発明の希土類金属の回収方法により回収され得る「希土類金属」として、ランタノイドがある。ランタノイドは、元素周期表の原子番号57から71までの１５種類の元素の総称であり、ランタン（La）、セリウム（Ce）、プラセオジム（Pr）、ネオジム（Nd）、プロメチウム（Pm）、サマリウム（Sm）、ユウロピウム（Eu）、ガドリニウム（Gd）、テルビウム（Tb）、ジスプロシウム（Dy）、ホルミウム（Ho）、エルビウム（Er）、ツリウム（Tm）、イッテルビウム（Yb）、ルテチウム（Lu）である。これらは、化学的性質が互いによく似ていることが知られている。そして、希土類金属としては、スカンジウム（Sc）、イットリウム（Y）をも含む。特に、ジスプロシウム及びネオジムは、永久磁石の材料と
して重要である。
【００３３】
本発明の希土類金属の回収方法において使用される「遊離形態の核酸」とは、本明細書においては、核酸が、「細胞やウイルス内、固相担体等に捕捉された状態にない」ことを意味する。ここで、「細胞やウイルス内に捕捉された状態にない」とは、核酸を含む生体試料から細胞やウイルスを単離し、これを公知の抽出処理により核酸を抽出した状態にあることを意味する。そして、必要に応じて精製等の処理を行っていてもよい。核酸の抽出方法としては、SDS等の界面活性剤処理、リゾチーム及びプロテインナーゼ等の酵素処理、熱処理、超音波処理、カオトロピック塩等、或いはこれらの組み合わせにより細胞等を破壊し、フェノール／クロロホルム等の常法に基づいて核酸を抽出することにより行うことができる。また、「固相担体に捕捉された状態にない」とは、核酸が固相担体に架橋分子等を介して固定化された状態にないことを意味する。固相担体としては、例えば、ガラス、シリカゲル、ベントナイト等の無機物質、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成高分子物質、アガロース、デキストラン、ポリサッカライド等の不溶性多糖が例示される。
【００３４】
そして、「核酸」は遊離形態である限り制限はない。したがって、核酸の長さ及び塩基配列等に対する制限はない。また、一本鎖、二本鎖の鎖数、そして鎖状及び環状等の別を問わない。また、DNA、RNA、PNA等、如何なる核酸であってもよいが、安定性や取扱性を鑑みてDNAであることが好ましい。例えば、上述のように細胞やウイルスより抽出、及び必要に応じて精製された生物由来の核酸を利用することができる。具体的には、生物のゲノムDNAでもよく、或いは、該ゲノムDNAを物理的手段若しくは制限酵素や化学的消化により切断された断片であっても良い。また、当該技術分野で常用されているDNAポリメラ−ゼ等の酵素により合成されたDNA、核酸自動合成機等を使用して化学的に合成されたDNA等の人工的産物等、いずれも利用することができる。
【００３５】
なお、生物由来の核酸の供給源としては、核酸を含有するあらゆる生体試料や培養細胞を適用することができる。例えば、産業廃棄物として破棄されることが多い魚類の精巣である白子であれば、安価に入手することができる。
【００３６】
「核酸」としては、核酸モノマーを含む。核酸モノマーは、ヌクレオチドとも称され、塩基と糖とリン酸から構成される。ここでの使用においては、種類に特に制限はなく、いずれの核酸モノマーも使用することができる。塩基としては、アデニン、グアニン等のプリン塩基、チミン、シトシン、ウラシル等のピリミジン塩基、ニコチンアミド、ジメチルイソアロキサジン等が例示される。また、糖としては、デオキシリボースやリボースが例示される。具体的には、アデノシン一リン酸（AMP）、アデノシン二リン酸（ADP）、アデノシン三リン酸（ATP）、グアノシン一リン酸（GMP）、グアノシン二リン酸（GDP）、グアノシン三リン酸（GTP）、ウリジン一リン酸（UMP）、ウリジン二リン酸（UDP）、ウリジン三リン酸（UTP）、シチジン一リン酸（CMP）、シチジン二リン酸（CDP）、シチジン三リン酸（CTP）等リボヌクレオチド、デオキシアデノシン一リン酸（dAMP）、デオキシアデノシン二リン酸（dADP）、デオキシアデノシン三リン酸（dATP）、デオキシグアノシン一リン酸（dGMP）、デオキシグアノシン二リン酸（dGDP）、デオキシグアノシン三リン酸（dGTP）、デオキシチミジン一リン酸（dTMP）、デオキシチミジン二リン酸（dTDP）、デオキシウリジン三リン酸（dUTP）、デオキシシチジン一リン酸（dCMP）、デオキシシチジン二リン酸（dCDP）、デオキシシチジン三リン酸（dCTP）等のデオキシヌクレオチドが含まれる。更に、イノシン酸（IMP）等の修飾塩基をもつものであってもよい。特に、コスト面からイノシン酸の利用が好ましい。また、これらの核酸モノマーの使用に際しては、一種でもよく、又は複数種を混合してもよい。そして、核酸モノマー同士が結合により連なったヌクレオチドポリマーである上述のDNA等の高分子核酸と混合して用いてもよい。
【００３７】
「遊離形態の核酸」は、好ましくは適当な緩衝液等に溶解させて溶液の状態で希土類金属を含む検体と接触させる。緩衝液としては、適当な緩衝成分を含んで調製されたものを使用できるが、リン酸ナトリウム並びにリン酸カルシウム等のリン酸塩を含んだものは使用に適さない。リン酸基が、核酸と希土類金属との結合に競合する。そのため、核酸と希土類金属との間での複合体形成を阻害し、その結果、分離可能な沈殿物を取得することができなくなる。好適な緩衝成分としては、トリス酢酸、トリス塩酸等の汎用の緩衝成分を利用できる。そして、緩衝液のpHは、核酸の安定化を損なわない限り何れのpHであってもよい。pH5〜9、若しくpH5〜8の範囲に設定することが好ましく、pH７前後の中性領域が特に好ましい。また、緩衝成分の最終濃度についても特に制限はなく、更に、必要に応じて、各種添加物を添加してもよい。
【００３８】
このとき、核酸濃度は、使用する核酸の溶解度に応じて適宜設定できるが、核酸の飽和濃度付近に設定することが好ましい。例えば、DNA等の高分子核酸は、一般的に5mg/ml程度で飽和する。したがって、DNAを用いる場合には、下記実施例１で示すように5mg/mlのDNA溶液を調製でき、例えば0.6〜5mg/mlの範囲に設定することが希土類金属の回収効率の観点から好ましい。一方、核酸モノマーは溶解度が高分子の核酸に比べて高いことから、高濃度の核酸溶液を調製することができる。そして高濃度核酸溶液を使用することによって、希土類金属の回収効率を向上させることができる。上記した通り一般的にDNAは溶解度が低いが、核酸モノマーは溶解度が高いため最大溶解濃度として250mg/ml程度溶解することができる。塩基対当たり、同量の希土類金属が結合すると仮定すると、体積当たりの金属結合容量が増加し回収率が向上することになる。例えば核酸モノマーを用いる場合には、下記実施例３、４で示すように250mg/mlの核酸モノマー溶液を調製でき、例えば0.6〜250mg/mlの範囲に設定することが希土類金属の回収効率の観点から好ましい。
【００３９】
遊離形態の核酸と希土類金属を含有する検体との接触は、通常、室温で行われるが、必要に応じて30〜50℃に加温して行うこともできる。また、接触時間も特に制限はなく、希土類金属を含有する検体及び遊離形態の核酸の量や形態に応じて適宜設定することができる。好ましくは、30分間〜1時間程度である。しかしながら、沈殿物は接触直後から生じるため短時間であっても回収率が低下することはない。ただし、接触時間を長くしても、それにより沈殿物が消失する等の好ましくない状況は招かないため、厳密に時間を設定する必要性は特にない。
【００４０】
本発明の希土類金属の回収方法では、希土類金属と遊離形態の核酸との間で形成された沈殿物を検体から回収することができる。沈殿物は固液分離が容易なため、慣用技術を用いて回収することができる。例えば、濾過、中空糸フィルター、遠心分離、自然沈降等を採用できる。さらに、回収後の沈殿物を、洗浄することにより不純物を除去することができる。洗浄の回数は特に制限はなく、また洗浄後の洗浄液に含まれる沈殿物を濾過等により分離回収してもよい。更に、沈殿物を、慣用技術を用いて濃縮してもよい。
【００４１】
以上の通り、本発明の方法によれば、希土類金属は遊離形態の核酸と溶液中で接触させると沈殿物を形成する。これを固液分離することにより簡便に希土類金属を回収することができる。したがって、煩雑な工程を経ることなく簡便に、かつ高価な試薬を使用することなく安価に希土類金属を効率よく回収することができる。本発明者らが以前に報告した方法（特願2011-037488号）のように、核酸を固相担体に固定化し希土類金属を回収することは可能である。つまり、核酸を担持した固相担体を充填したカラムに希土類金属を含有する検体を通し、希土類金属を捕捉することにより分離回収するものである。しかしながら、固相担体を用いる方法では、希土類金属の結合容量が0.17mg/g程度であった。そのため、希土類金属の濃度が数％を超える検体では、核酸を担持した固相担体を大量に充填した巨大サイズのカラムを用いない限り、大部分の希土類金属は核酸に捕捉されることなくカラムを素通りする。したがって、カラムに吸着した希土類金属を効率よく溶出できたとしても、希釈された希土類金属溶液を得るだけになるという問題があった。そのため、希土類金属の濃度が0.1重量%以上の検体を直接適用した場合には回収効率が低下するため、検体を希釈する必要が生じていた。本発明は、固相担体等に捕捉されない遊離形態の核酸を用いるため、核酸が希土類金属に直接結合することから結合容量が向上し、希土類金属の濃度が0.1重量%以上の検体を、希釈工程等を経ずに直接処理することができる。特に、1重量％以上の検体にも提供でき、かつ、数トン規模までの大量処理にも適用可能である。さらに、これらの過程において、環境負荷の高い試薬や高価な試薬は必要ではなく、環境に配慮した安全性の高い技術を安価で提供することができる。
【００４２】
また、核酸として溶解度の高い核酸モノマーを用いることにより、希土類金属の回収率を更に向上させることができる。核酸モノマーは溶解度が高分子の核酸に比べて高いことから、高濃度の核酸溶液を調製することができる。そして高濃度核酸溶液を使用することによって、希土類金属の回収効率を向上させることができる。つまり、塩基対当たり同量の希土類金属が結合すると仮定すると、体積当たりの金属結合容量が増加し回収率が向上することになる。特に、核酸モノマーとして、汎用試薬であり、かつ安価なイノシン酸を使用することにより、更なるコストの削減を図ることができる。
【００４３】
２．希土類金属の回収方法−沈殿物の有機酸塩或いは炭酸塩変換
本発明の希土類金属の回収方法は、上記で回収された沈殿物を、有機酸塩或いは炭酸塩の沈殿物に変換することができる。具体的には、「分離回収した前記希土類金属と前記遊離形態の核酸との結合により形成した沈殿物に有機酸又はその非希土類金属との塩或いは炭酸又はその非希土類金属との塩を溶液中で接触させることにより、前記希土類金属を前記核酸との結合から解離させて有機酸塩或いは炭酸塩に変換する工程」を有して構成される。このように構成することにより、希土類金属を炭酸塩等の汎用性のある材料として回収でき、本発明の実用的価値をさらに向上することができる。
【００４４】
「有機酸」とは広義で有機化合物の酸であり、有機化合物とはその分子化合物内に炭素を有するものを指す。これらに限定するものではないが、酢酸、フマル酸、コハク酸、ギ酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸等が例示される。好ましくは、カルボン酸であるが、沈殿物の工業原料としての有用性を考慮すると炭素数１〜４程度の短鎖モノ−又はジ−カルボン酸が好ましく、不飽和、飽和、直鎖、分枝の別は問わない。そして、有機酸或いは炭酸は、それ自体が溶液の状態であるか、又は水や適当な緩衝液に溶解し溶液の状態で前記沈殿物に接触させることが好ましく、かつ、その後の回収の便宜より希土類金属と沈殿性の塩を形成するものであることが好ましい。特には、希土類金属の炭酸塩は、工業原料として汎用性がある有価物であることから炭酸の使用が好ましい。また、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の非希土類金属イオンが結合した有機酸或いは炭酸の塩を使用してもよく、これを溶媒に溶解し溶液状態として沈殿物に接触させることが好ましい。ここで、非希土類金属イオンは、核酸のリン酸基と反応して沈殿性の塩を形成しないものであることが好ましい。したがって、有機酸或いは炭酸の塩としては、上記有機酸或いは炭酸のナトリウム塩、カリウム塩等が好ましい。具体的には、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、フマル酸ナトリウム、コハク酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等が例示される。水への溶解性等の観点から炭酸ナトリウムの使用が好ましい。
【００４５】
有機酸又はその塩或いは炭酸又はその塩を水や緩衝液等に溶解させる場合に、緩衝液としては適当な緩衝成分を含んで調製されたものを利用することができる。適当な緩衝成分としては、トリス酢酸、トリス塩酸等の汎用の緩衝成分を使用することができるが、有機酸或いは炭酸と希土類金属との結合に競合しないものが好ましい。そして、緩衝液のpHについては特に制限はない。ただし、有機酸又はその塩或いは炭酸又はその塩を溶解させた場合には有機酸又はその塩或いは炭酸又はその塩の種類や量によってpHは変動することから、遊離形態の核酸の安定性や希土類金属の有機酸塩或いは炭酸塩変換の安定化を損なわないように、適宜、調整することができる。また、緩衝成分の最終濃度についても特に制限はなく、更に必要に応じて、各種添加物を添加しても良い。
【００４６】
このとき、有機酸又はその塩或いは炭酸又はその塩の添加濃度は、有機酸或いは炭酸の種類や形態、溶解度、及び前記沈殿物の量等に応じて適宜設定することができる。有機酸又はその塩或いは炭酸又はその塩を使用する場合には、有機酸又はその塩或いは炭酸又はその塩の使用溶媒への溶解度を鑑みて設定することが好ましい。例えば、炭酸ナトリウムを使用する場合には、2.5〜20重量％、特には5〜10重量％に調整することが好ましい。
【００４７】
そして、希土類金属の炭酸塩は沈殿性の塩を示すことから固液分離が容易なため、慣用技術を用いて回収することができる。例えば、濾過、中空糸フィルター、遠心分離、自然沈降等を採用できる。さらに、回収後の沈殿物を、洗浄することにより不純物を除去することができる。洗浄の回数は特に制限はなく、また洗浄後の洗浄液に含まれる沈殿物を濾過等により分離回収してもよい。更に、沈殿物を、慣用技術を用いて濃縮してもよい。
【００４８】
このように構成することにより、核酸と結合した希土類金属を有機酸塩或いは炭酸塩に変換することができることから、検体から希土類金属を商品価値のある有価物として回収することができる。特に、炭酸塩は、極めて汎用性が高く工業原料としての商品価値が向上する。そして、遊離形態の核酸と希土類金属の沈殿物形成反応、及び当該沈殿物からの希土類金属の有機酸塩或いは炭酸塩への変換反応は、何れも高効率で進行する。具体的には、炭酸塩への変換の場合、90％以上の効率で変換することができる。したがって、本発明の方法は、回収対象である希土類金属を含有する検体から、希土類金属を高い収率で、かつ有価物として回収することができる実用性の高い技術である。特に、1重量％以上の検体にも提供でき、かつ、数トン規模までの大量処理にも適用可能である。更に、これらの過程において、環境負荷の高い試薬や高価な試薬は必要ではなく、環境に配慮した安全性の高い技術を安価で提供することができる。
【００４９】
また、本発明の知見に、上述の〔背景技術〕の項の非特許文献６に開示の希土類金属と重希土類金属ではその炭酸塩の水に対する溶解度が異なるとの従来技術を組み合わせることにより、希土類金属の分別回収への途を開くことができる。つまり、有機酸塩或いは炭酸塩の溶媒への溶解度差を利用して、希土類金属を元素毎に分別回収することができる。特に、希土類金属を含有する検体が分離すべき元素の種類が少ない組成であれば、特にその効果を発揮することができる。
【００５０】
３．希土類金属の回収方法−遊離形態の核酸の再利用
希土類金属の回収に用いた核酸は、希土類金属を有機酸塩或いは炭酸塩に変換した後、再度、希土類金属の回収に用いることができる。つまり、有機酸又はその非希土類金属との塩或いは炭酸又はその非希土類金属との塩を加えることにより、希土類金属は有機酸塩或いは炭酸塩に変換され、一方で、遊離形態の核酸は希土類金属との結合から解離し沈殿物から遊離する。そして、この核酸を希土類金属の有機酸塩或いは炭酸塩を分離した後、再度、希土類金属を含有する検体に接触させる。このようにして、希土類金属の回収に用いた核酸を上記１で示した希土類金属の回収に再利用することができる。なお、再利用に際して、希土類金属を含有する検体との接触工程において、再利用の核酸に加えて新たに遊離形態の核酸を供給してもよいし、再利用の核酸のみを循環させるように構成してもよい。このとき、希土類金属は有機酸塩或いは炭酸塩として沈殿することから、核酸は上澄み側に移行することなる。この上澄みを必要に応じて中和することにより利用することが好ましい。中和に際しては  pHを中性領域、具体的には６〜８になるように調整することが好ましい。
【００５１】
特に、有機酸或いは炭酸として最適な炭酸ナトリウムを使用する場合、希土類金属は炭酸塩として沈殿する一方、核酸は希土類金属から遊離し上澄み側に移行する。そして、適当な手段により上澄みを分取し、希土類金属を含有する検体に接触させて希土類金属の回収に再利用することができる。このとき、上澄みは過剰の炭酸ナトリウムの存在により塩基性を示す場合があることから、塩酸等の適当な酸を加えて炭酸をガス化して除去することが好ましい。したがって、中和後の核酸溶液は、pHを中性領域、具体的には６〜８になるように調整することが好ましい。そして、中和条件を整えることで、炭酸を用いて希土類金属を炭酸塩に変換した場合には、80％以上の効率で核酸を再利用することができる。
【００５２】
このように構成することにより、希土類金属と沈殿物を形成させることによって希土類金属の回収のために使用した遊離形態の核酸を、再度希土類金属との沈殿物の形成による希土類金属の回収に再利用することができる。これにより、更なるコストの削減を図ることができる。
【実施例】
【００５３】
実施例１.遊離形態の核酸と希土類金属塩溶液による沈殿の形成
本実施例において、遊離形態の核酸と希土類金属塩を溶液中で接触させることで、沈殿物が形成されることを確認した。
【００５４】
（材料）
核酸は  サケ精子由来のDNA（和光純薬製）を用いた。これを、10mM Tris-HCl、1mM EDTA pH8.0に溶解して5mg/mlのDNA溶液とした。
金属は、塩化セリウム（III）、塩化ネオジム、塩化サマリウム、塩化ガドリニウム、塩化ジスプロシウム、塩化エルビウムの希土類金属を用いた。更に、DNAと結合することが公知である塩化マグネシウム、塩化マンガン、塩化亜鉛、塩化鉄（III）を用いた。これらはすべて和光純薬製の試薬特級製品である。そして、それぞれを別々に蒸留水に溶解し4%の金属溶液とした。
【００５５】
（手順）
上記で調製したDNA溶液と、金属溶液を等量混合し、室温で放置した。続いて、沈殿物の形成を確認し、必要に応じて遠心分離機により沈殿物を回収した。
【００５６】
（結果）
結果を図１に示す。図中、「Nd」はネオジム、「Mg」はマグネシウム、「Mn」はマンガン、「Zn」は亜鉛である。図１に示すとおり、DNA溶液と塩化ネオジム溶液とを混合したところ、ゲル状の沈殿物が形成されることが判明した。また、塩化セリウム（III）、塩化サマリウム、塩化ガドリニウム、塩化ジスプロシウム及び塩化エルビウムとも一時間程度室温に放置したところ、いずれの希土類金属もゲル状の沈殿物を形成することが判明した。希土類金属以外では、塩化マグネシウムはDNAとの沈殿物を全く形成しなかった。塩化マンガン及び塩化亜鉛では、一旦白濁するものの、沈殿物は試験管壁面に薄く付着したことが確認された程度であり、希土類金属とDNAとの間で形成されたようなゲル状の沈殿物の形成は確認できなかった。一方、塩化鉄は、上述の〔背景技術〕の項で説明した通り、ゲル状の沈殿物の形成が確認できた。
【００５７】
（考察）
希土類金属はDNAと結合しゲル状の沈殿物を形成することが確認できた。そして、希土類金属と核酸の結合により形成されたゲル状の沈殿物は固液分離可能な状態にあり、これを回収することにより希土類金属を効率よく回収することができる。一方、希土類金属以外の金属では、今回検討した金属では塩化鉄（III）とDNAが結合しゲル状の沈殿物を形成することが確認されたのみであった。このことから、核酸との結合によるゲル状の沈殿物の形成は金属元素特有の現象ではなく、またDNAに結合能を示す金属元素であっても、その大部分が固液分離可能な沈殿物を形成できないことが理解できる。
【００５８】
実施例２.遊離形態の核酸と希土類金属の沈殿物形成条件の検討と評価（１）
実施例１において、遊離形態の核酸と希土類金属塩とを接触させるとゲル状の沈殿物が形成されることを確認したが、本実施例においては、沈殿物の形成条件について検討を行った。
【００５９】
（材料）
核酸は、実施例１と同様にサケ精子由来のDNAを用い、10mM Tris-HCl、１mM EDTA pH8.0に溶解して5mg/mlのDNA溶液とした。
金属は、実施例１で用いた希土類金属のうち塩化ネオジムを用い、蒸留水に溶解し4%の金属溶液として検討を行った。
【００６０】
（手順）
上記で調製したDNA溶液と、金属溶液を等量混合し、室温で放置した。続いて、沈殿物の形成を確認し、必要に応じて遠心分離機により沈殿物を回収した。得られた沈殿物を、沈殿条件の10倍量の蒸留水を添加して溶解させた。なお、全沈殿物が溶けきらない場合は塩酸を適量添加しpHを2として溶解させた。溶解した沈殿物を適宜希釈し、分光光度計（ベックマンDU800）にて260nmでの吸光度を測定しDNAの回収率を求めた。そして、誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS）によりネオジムの濃度を測定することによりネオジムの回収率を求めた。
【００６１】
ここで、DNA溶液と塩化ネオジム溶液とを用いて、沈殿形成条件の最適化を検討した。具体的には、DNA溶液と塩化ネオジム溶液の一方の濃度を固定し、他方の濃度を1/2倍に連続希釈して沈殿物の量を比較した。
【００６２】
（結果）
結果を表１に示す。DNAとネオジムとで沈殿物を確実に形成させるためには、ネオジム濃度4%の条件ではDNAは0.6mg/ml以上の濃度が必要であった。また、DNA濃度が5mg/ml以上ではネオジムは0.08%以上の濃度が必要であった。特に、ネオジム濃度が2％以上、DNA濃度が2.5mg/ml以上では沈殿物量が安定していた。沈殿物を解析したところ、1塩基対当たり0.2〜3.2個のネオジムイオンが結合していた。上記した沈殿物量が安定するネオジム濃度が2%以上、DNA濃度が2.5mg/ml以上では、1個以上のネオジムイオンが結合していた。ネオジム濃度を一定にした場合、DNAの回収率は84％以上であり、溶液中に存在するDNAの大部分が沈殿物の形成に関与していることが理解できる。一方、DNA濃度を一定にした場合、ネオジムの回収率は最大26％であった。ネオジム濃度が1.0%近辺に回収率のピークがあり、ネオジム濃度を濃くしても、DNAの溶解性に起因するDNA濃度の制限で回収率の大幅な増加は見込めないことが判明した。ネオジム回収率が最大になる条件でのDNAに対する結合容量は、5.2g希土類金属/gDNAとなった。この回収率は、DNAそのものでは、濾紙に固定化したDNAを用いた場合の1000倍以上の結合容量となった。
【００６３】
【表１】
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【００６４】
（考察）
希土類金属と核酸の沈殿物の形成条件を検討したところ、ネオジム濃度が2％以上、DNA濃度が2.5mg/ml以上では沈殿物量が安定できることが判明した。そして回収率は核酸濃度の制限があるが、核酸の溶解性を向上することにより更なる回収率改善の可能性がある。また、濾紙等の固相担体に捕捉された核酸を用いた場合に比べて、遊離形態の核酸を用いることにより飛躍的に回収率の向上が見込めることが判明した。
【００６５】
実施例３.遊離形態の核酸と希土類金属の沈殿物形成条件の検討と評価（２）
実施例２に続いて、遊離形態の核酸と希土類金属塩との沈殿物形成条件について検討を行った。本実施例においては、特に、核酸の種類、及び濃度の観点から検討を行った。
【００６６】
（材料）
核酸は、実施例１、２と同様にサケ精子由来のDNA、または一本鎖DNAであるM13シーケンスプライマーを用い、10mM Tris-HCl、１mM EDTA pH8.0に溶解して5mg/mlのDNA溶液とした。
さらに、核酸として核酸モノマーを用い、蒸留水に溶解して90mg/mlの核酸モノマー溶液とした。核酸モノマーは、ATP、IMP、ADP、AMP、dCMP、dGMP、dAMP、TMP、UMP、GMP、CMPを用い、これらはシグマ社より入手した。
金属は、実施例１で用いた希土類金属のうち塩化セリウム（III）、ネオジムを用い、蒸留水に溶解して4%の金属溶液とした。さらに塩化ニッケルを用い同様に4%の金属溶液とした。なお、塩化ニッケルは和光純薬製の試薬特級製品であり、またDNAと結合することが公知である。
【００６７】
（手順）
上記で調製したDNA溶液と、金属溶液を等量混合し、室温で放置した。続いて、沈殿物の形成を確認し、必要に応じて遠心分離機により沈殿物を回収した。
【００６８】
（結果）
ニッケルはDNA溶液（サケ精子由来のDNA）と混合すると白濁が生じた。実施例１で確認された通りセリウムもDNA溶液と混合すると白濁し、混合直後の態様はニッケルとセリウムには大差がなかった。しかし、セリウムとDNAの接触ではゲル状の沈殿物を形成するのに対して、ニッケルでの沈殿物はゲル状ではなく、遠心分離機により遠心処理をしたところチューブ壁面に薄く付着するだけであった。次に、核酸モノマー溶液と金属溶液を混合した結果を図２に示す。図中、上段はATP、下段はIMPとの沈殿物の形成を検討した結果であり、「Ni」はニッケル、「Ce」はセリウム、「Nd」はネオジムである。ニッケルにATP、IMPの何れも混合しても、DNAと混合した場合に生じたような白濁は確認できなかった。従来において、ニッケルとDNAの結合は二本鎖DNAのみであり、一本鎖DNAや核酸モノマーとの結合は報告されていなかった。このことからもニッケルが沈殿の白濁を生じなかったことが説明できる。一方、セリウム溶液とATP、IMP溶液を混合したところ、何れにおいてもゲル状の沈殿物を生じた。また、ネオジム溶液とATP、IMP溶液を混合した場合にも同様にゲル状の沈殿物を生じた。さらに、セリウムとネオジムは、一本鎖のM13 シーケンスプライマー、及び他の試験した全ての核酸モノマーとの接触によってもゲル状の沈殿物を形成した。
【００６９】
（考察）
希土類金属は、核酸の鎖の数、長さに依存することなく、遊離形態の核酸とゲル状の沈殿物を形成することが確認できた。実施例２では核酸濃度の制限により希土類金属の回収率の大幅な増加は見込めなかったが、本実施例において溶解性の高い核酸モノマーとの沈殿物の形成が確認されたことから、希土類金属の更なる回収率の向上を図ることができることが理解できる。
【００７０】
実施例４.遊離形態の核酸と希土類金属の沈殿物形成条件の検討と評価（３）
実施例３において、核酸モノマーと希土類金属塩とがゲル状の沈殿物を形成することを確認したが、本実施例においては、核酸モノマーの濃度の最適化を通した沈殿物の形成条件について検討を行った。
【００７１】
（材料）
核酸は、実施例３のIMPを蒸留水に溶解して180mg/mlの核酸モノマー溶液とした。
金属は、実施例１で用いた希土類金属のうち塩化ネオジムを蒸留水に溶解し4%金属溶液として検討を行った。
【００７２】
（手順）
上記で調製した核酸モノマー溶液と金属溶液を、IMP濃度が0〜180mg/mlとなるように混合し、室温で放置した。続いて、沈殿物の形成を確認し、必要に応じて遠心分離機により沈殿物を回収した。そして、上清に残存するネオジム濃度を測定し回収率を算出した。
【００７３】
（結果）
結果を図３に示す。図３は、IMP濃度を横軸に、それに対するネオジムの回収率を縦軸にプロットしたものである。IMP濃度依存的にネオジムの回収率は向上し、IMP濃度が45mg/mlでは50％程度、90mg/ml以上の濃度では95％以上のネオジムを沈殿物として回収可能であることが判明した。
【００７４】
（考察）
希土類金属と核酸モノマーでの沈殿物の形成条件を検討したところ、核酸濃度を高くすることにより希土類金属の回収率が向上することが判明した。溶解性の高い核酸モノマーを利用することにより、極めて高い回収率で希土類金属を回収することができることが確認できた。
【００７５】
実施例５．遊離形態の核酸と希土類金属との間で形成された沈殿物の有機酸塩或いは炭酸塩変換の検討と評価（１）
実施例１〜４において、核酸と希土類金属塩とがゲル状の沈殿物を形成することを確認した。本実施例においては、この核酸と希土類金属のゲル状の沈殿物の有機酸塩或いは炭酸塩への変換を検討し、評価した。
【００７６】
(材料)
核酸は核酸モノマーとし、IMPを用いた。これを、蒸留水に溶解し90mg/mlの核酸溶液とした。試薬は、和光純薬製のものを使用した。
希土類金属は、塩化ネオジム（NdCl3・6H2O）を用いた。これを、蒸留水に溶解し40mg/mlの希土類金属溶液とした。試薬は、和光純薬製の試薬特級製品を使用した。
有機酸或いは炭酸としては、炭酸ナトリウムとシュウ酸ナトリウムを用いた。両者はすべて和光純薬製の試薬特級製品である。そして、それぞれを別々に蒸留水に溶解し、1及び10%の有機酸或いは炭酸溶液とした。
【００７７】
（手順）
上記で調製した核酸溶液（IMP水溶液）と希土類金属溶液（ネオジム水溶液）を、それぞれ1mlを等量混合し、室温で放置した。核酸と希土類金属との沈殿物（IMP−ネオジム沈殿物）の形成を確認した。続いて、沈殿物を必要に応じて遠心分離機等で分離回収した後、沈殿物に有機酸或いは炭酸溶液（炭酸ナトリウム水溶液、シュウ酸ナトリウム水溶液）を添加した。
【００７８】
（結果）
IMP−ネオジム沈殿物に有機酸或いは炭酸溶液を加えたところ、炭酸ナトリウム水溶液及びシュウ酸ナトリウム水溶液共に、IMPの存在に由来する260nmでの吸光度が上澄み液で上昇することが判明した。これを詳細に検討するべく、1mlの1%シュウ酸ナトリウム水溶液と10%炭酸ナトリウム水溶液で比較したところ、シュウ酸ナトリウム水溶液ではIMP投入量の60%程度、炭酸ナトリウム水溶液ではIMP投入量の90%程度が上澄みに移行することが判明した。次に、IMP沈殿物を2%硝酸で溶解して2mlとし、上澄みの容量も揃えて260 nmでの吸光度に基づいてIMP量を測定したところ、シュウ酸ナトリウム水溶液ではIMP投入量の55%、炭酸ナトリウム水溶液は投入IMPの97%が上澄みとして回収できることが判明した。この結果を図４に示す。なお、図４は、縦軸にIMP濃度（mg/l）を示し、IMP−ネオジム沈殿物に硝酸を加えて沈殿物を溶解させたサンプル、シュウ酸ナトリウム水溶液を加えたサンプル、炭酸ナトリウム水溶液を加えたサンプルの夫々の上澄み中のIMP濃度を示すグラフである。
【００７９】
（考察）
固液分離可能な沈殿物として得られた核酸−希土類金属沈殿物を、炭酸塩に変換できることが判明した。一方、核酸は、沈殿物から解離し上澄みに移行した。そして、この炭酸塩への変換は、極めて高効率で進行することが判明した。そして、炭酸塩の変換は、シュウ酸塩への変換よりも高効率であることも判明した。つまり、希土類金属への結合力は核酸のリン酸基よりも炭酸の方が大きく、またシュウ酸よりも炭酸の方が大きいことが理解できた。
【００８０】
実施例６．遊離形態の核酸と希土類金属との間で形成された沈殿物の有機酸塩或いは炭酸塩変換の検討と評価（２）
実施例５において、遊離形態の核酸と希土類金属塩との沈殿物が有機酸塩或いは炭酸塩に高効率に変換されることを確認したが、本実施例においても、この核酸と希土類金属のゲル状の沈殿物が有機酸塩或いは炭酸塩に変換されることを確認した。
【００８１】
(材料)
核酸及び希土類金属は、実施例５と同様にIMP及び塩化ネオジム使用し、蒸留水に溶解して、それぞれ90mg/mlの核酸溶液及び40mg/mlの希土類金属溶液とした。
有機酸或いは炭酸として、炭酸ナトリウムを使用し、蒸留水に溶解して10%の炭酸溶液とした。
【００８２】
（手順）
上記で調製した核酸溶液（IMP水溶液）と希土類金属溶液（塩化ネオジム水溶液）を、それぞれ1mlを等量混合し、室温で放置した。核酸と希土類金属との沈殿物（IMP−ネオジム沈殿物）の形成を確認した。続いて、沈殿物を必要に応じて遠心分離機等で分離回収した後、沈殿物に炭酸溶液として10％ 炭酸ナトリウム水溶液を添加して、沈殿物を炭酸塩に変換した。次いで、得られた炭酸塩の沈殿物を２％硝酸で溶解し、容量2mlとしてネオジム量を測定した。
【００８３】
（結果）
結果を図５に示す。図５は、縦軸にネオジム濃度（mg/l）を示し、IMP−ネオジム沈殿物を硝酸により溶解させたサンプル、炭酸ナトリウム水溶液により生じた沈殿物を硝酸により溶解させたサンプルの夫々の上澄み中のネオジム濃度を示すグラフである。IMP−ネオジム沈殿物のうちの99%以上が炭酸塩の沈殿物として残存することが確認できた。この結果より、10%炭酸ナトリウム水溶液によりIMP-ネオジム沈殿の95%以上は炭酸ネオジムに変換可能であることが結論付けられる。
【００８４】
（考察）
実施例５に続き、固液分離可能な沈殿物として得られた核酸−希土類金属沈殿物を、炭酸塩に変換できることが判明した。その反応は極めて高効率に進行することが判明した。また、ここでは図示しないが、セリウムやジスプロシウムなどの他の希土類金属についても同様に、炭酸塩に高効率に変換可能であることも同時に判明した。
【００８５】
実施例７．遊離形態の核酸と希土類金属との間で形成された沈殿物の有機酸塩或いは炭酸塩変換の検討と評価（３）
実施例５〜６において、核酸と希土類金属の沈殿物が有機酸塩或いは炭酸塩に高効率に変換されることを、炭酸ナトリウムを使用して確認したが、本実施例においては、炭酸カリウムについても検討及び評価した。
【００８６】
（材料）
核酸及び希土類金属は、実施例５〜６と同様にIMP及び塩化ネオジム使用し、蒸留水に溶解して、それぞれ90mg/mlの核酸溶液及び40mg/mlの希土類金属溶液とした。
炭酸は、実施例５〜６で検討した炭酸ナトリウムに加え、炭酸カリウムを蒸留水に溶解した。そして、それぞれ0.25％、1％、2.5％、5％、7.5％、10%の溶液を調製し、これらを炭酸溶液とした。なお、炭酸カリウムは、和光純薬製の試薬特級製品である。
【００８７】
（手順）
上記で調製した核酸溶液（IMP水溶液）と希土類金属溶液（塩化ネオジム水溶液）を、それぞれ1mlを等量混合し、室温で放置した。核酸と希土類金属との沈殿物（IMP−ネオジム沈殿物）の形成を確認した。続いて、沈殿物を必要に応じて遠心分離機等で分離回収した後、沈殿物に1mlの炭酸溶液（炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液）を添加して、沈殿物を炭酸塩に変換した。次いで、上澄み中のIMP量を260nmの吸光度を測定し、投入IMP量に対する回収率を算出した。
【００８８】
（結果）
結果を図６に示す。図６は、縦軸にIMP（%）の回収率を、横軸に炭酸ナトリウム水溶液（■）及び炭酸カリウム水溶液（◆）の炭酸塩濃度をプロットしたグラフである。炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液ともに2.5％の濃度でIMP投入量の50％以上が上澄みとして回収でき、10％の濃度では炭酸ナトリウム水溶液では96％、炭酸カリウムでは87％の回収率であった。いずれの濃度でも炭酸ナトリウム水溶液のIMP回収率が炭酸カリウム水溶液より良好であることが確認された。
【００８９】
（考察）
炭酸ナトリウム水溶液によって高効率に核酸と希土類金属の沈殿物を炭酸塩に変換できることが本実施例においても確認できた。炭酸カリウム水溶液によっても、核酸と希土類金属の沈殿物を炭酸塩に変換できることが判明した。また、この変換は、炭酸ナトリウム水溶液には劣るものの、効率よく希土類金属を炭酸塩に変換できることも判明した。なお、ここでは、図示しないが、有機酸溶液として10％酢酸ナトリウム水溶液、10％フマル酸ナトリウム水溶液、10％コハク酸ナトリウム水溶液を用いた場合にでも、炭酸ナトリウム水溶液及び炭酸カリウム水溶液には劣るが希土類金属をこれらの有機酸塩に変換可能（約10〜20％程度）であることも確認された。
【００９０】
実施例８．遊離形態の核酸の再利用及びその条件の検討及び評価
実施例５〜７において、核酸と希土類金属の沈殿物が有機酸塩或いは炭酸塩に高効率に変換されることを確認したが、本実施例においては、希土類金属から遊離した核酸の再利用について検討及び評価した。
【００９１】
（材料）
核酸及び希土類金属は、実施例５と同様にIMP及び塩化ネオジム使用し、蒸留水に溶解してそれぞれ、90mg/mlの核酸溶液及び40mg/mlの希土類金属溶液とした。
有機酸或いは炭酸として、炭酸ナトリウムを使用し、蒸留水に溶解し、10%の炭酸溶液とした。
【００９２】
（手順）
上記で調製した核酸溶液（IMP）と希土類金属溶液（塩化ネオジム水溶液）を、それぞれ1mlを等量混合し、室温で放置した。核酸と希土類金属との沈殿物（IMP−ネオジム沈殿物）の形成を確認した。続いて、沈殿物を必要に応じて遠心分離機等で分離回収した後、沈殿物に1mlの炭酸溶液を添加して、沈殿物を炭酸塩に変換した。次に、遊離したIMPを上澄みの回収により回収し、260nmの吸光度測定を行って上澄み中のIMP濃度を測定した。これにより、80%程度のIMPが回収できていることが判明した。続いて、この上澄みを分割し、5N塩酸を加えて中和処理を行なった後、この中和後の溶液を塩化ネオジム溶液と混合し沈殿形成が可能か否か検討を行なった。
【００９３】
（結果）
結果を下記の表２に示す。その結果、pH1で酸性となってしまった溶液以外はいずれも沈殿形成が可能であることが判明した。そのうち、pH9でアルカリ性となっていた溶液では再利用IMPの沈殿効率は劣るものの、それ以外の溶液では再利用IMPのほとんどが希土類金属と結合し沈殿していることも判明した。そして、10%炭酸ナトリウム水溶液により、再沈殿IMP-ネオジムから再度IMPを遊離回収したところ、pH8では約50%、pH6では約60%が再度回収されていることも判明し、１回の10%炭酸ナトリウム水溶液処理と塩酸による中和処理で70〜80％のIMPが再利用可能であると推定できる。
【００９４】
【表２】
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【００９５】
（考察）
回収した核酸溶液をpH6〜８の中性領域に調整することによって、希土類金属とゲル状の沈殿物を形成することが判明した。つまり、中和条件を整えることにより、希土類金属と沈殿物を形成させることによって希土類金属の回収のために使用した遊離形態の核酸を、再度希土類金属との沈殿物の形成による希土類金属の回収に再利用することができ、その際の希土類金属の回収効率も高い。核酸の再利用によりコストの更なる削減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、希土類金属を含有する検体から希土類金属を回収する技術に利用できる。そして、当該技術の利用が要求される全ての分野で利用可能であり、特に、環境分野、電気化学、医療、食品分野等、種々の産業分野において利用可能である。
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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