(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨材とフッ酸及び硝酸を含む第一の混酸とを混合し、前記骨材を分解した後、前記第一の混酸の少なくとも一部を蒸発させることにより、前記骨材の分解物を得る分解工程と、
前記分解物と過塩素酸を混合し、得られた混合液を加熱し、前記混合液から揮発成分の少なくとも一部を蒸発させることにより、前記混合液の濃縮物を得る濃縮工程と、
前記濃縮物とホウ酸及び硝酸を含む第二の混酸とを混合し、前記濃縮物を溶解した溶解液を得る溶解工程と、
前記溶解液に含まれる元素を分析する分析工程と、
を有することを特徴とする骨材の元素分析方法。
【請求項２】
前記溶解工程において、前記濃縮物に含まれるフッ化物を溶解することを特徴とする請求項１に記載の骨材の元素分析方法。
【請求項３】
前記フッ化物は、前記濃縮物中において固体成分であることを特徴とする請求項２に記載の骨材の元素分析方法。
【請求項４】
前記フッ化物は、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、及び遷移金属元素からなる群から選ばれる１以上のフッ化物であることを特徴とする請求項２又は３に記載の骨材の元素分析方法。
【請求項５】
前記第一の混酸と混合する前記骨材が予め粉砕されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の骨材の元素分析方法。
【請求項６】
前記濃縮工程において、前記混合液から白煙が出るまで濃縮することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の骨材の元素分析方法。
【請求項７】
前記溶解液をＩＣＰ−ＭＳで測定し、元素分析を行うことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の骨材の元素分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨材の元素分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所などの放射性物質を取り扱う施設においては、十分な強度を有するとともに放射線の遮蔽性に優れることから、構造躯体がコンクリートで構築されている。放射線に長期間曝されたコンクリートは放射化されるため、施設を解体する際には放射性廃棄物として処分及び管理する必要がある。
【０００３】
放射化されたコンクリート中に含まれる放射性核種は、コンクリート材料の骨材中に含まれる微量元素の種類や濃度によって大きく変わる。放射化したコンクリートの処分や管理を計画的に行うために、骨材中に含まれる微量元素を予め分析しておくことが望ましい。
【０００４】
通常、骨材を化学的に溶解する前処理を施した後、ＩＣＰ−ＭＳなどの機器を用いて測定することにより、骨材中に含まれる元素を分析する（例えば、非特許文献１）。しかしながら、従来の前処理を施した場合、放射化しうるユーロピウム等の希土類元素の検出精度が悪く、実際の含有量よりも１桁程度低い測定値となる問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“誘導結合プラズマ質量分析法による標準岩石試料中微量元素の迅速定量”岡井貴司著、分析化学、Ｖｏｌ．３９（１９９０）Ｎｏ．４、Ｔ５５‐Ｔ５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、骨材中の希土類元素を含む種々の微量元素の含有量を高い精度で分析することが可能な、骨材の元素分析方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者が従来方法における骨材の前処理を検討したところ、骨材に含まれる希土類元素の溶解が不十分であるために、希土類元素、アルカリ土類金属元素、銀及び鉛の検出精度が低下していることを見出した。すなわち、骨材をフッ酸に溶解すると、これらの元素がフッ化物の沈殿を生じるため、ＩＣＰ−ＭＳで検出することができない問題を見出した。
本発明者は上記問題を解決し、以下で説明する本発明を完成した。
【０００８】
［１］  骨材とフッ酸及び硝酸を含む第一の混酸とを混合し、前記骨材を分解した後、前記第一の混酸の少なくとも一部を蒸発させることにより、前記骨材の分解物を得る分解工程と、前記分解物と過塩素酸を混合し、得られた混合液を加熱し、前記混合液から揮発成分の少なくとも一部を蒸発させることにより、前記混合液の濃縮物を得る濃縮工程と、前記濃縮物とホウ酸及び硝酸を含む第二の混酸とを混合し、前記濃縮物を溶解した溶解液を得る溶解工程と、前記溶解液に含まれる元素を分析する分析工程と、を有することを特徴とする骨材の元素分析方法。
［２］  前記溶解工程において、前記濃縮物に含まれるフッ化物を溶解することを特徴とする上記［１］に記載の骨材の元素分析方法。
［３］  前記フッ化物は、前記濃縮物中において固体成分であることを特徴とする上記［２］に記載の骨材の元素分析方法。
［４］  前記フッ化物は、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、及び遷移金属元素からなる群から選ばれる１以上のフッ化物であることを特徴とする上記［２］又は［３］に記載の骨材の元素分析方法。
［５］  前記第一の混酸と混合する前記骨材が予め粉砕されていることを特徴とする上記［１］〜［４］の何れか一項に記載の骨材の元素分析方法。
［６］  前記濃縮工程において、前記混合液から白煙が出るまで濃縮することを特徴とする上記［１］〜［５］の何れか一項に記載の骨材の元素分析方法。
［７］  前記溶解液をＩＣＰ−ＭＳで測定し、元素分析を行うことを特徴とする上記［１］〜［６］の何れか一項に記載の骨材の元素分析方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の元素分析方法によれば、骨材中の希土類元素を含む種々の微量元素の含有量を高い精度で分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明にかかる元素分析方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】元素含有量が既知の標準岩石を試料として分析を行った結果の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の骨材の元素分析方法の第一実施形態は、分解工程、濃縮工程、溶解工程、分析工程の４工程を少なくとも有する。以下に各工程の詳細を説明するが、これらの工程以外の工程又は処理を含んでいてもよい。
【００１２】
＜分解工程＞
本実施形態の分解工程は、骨材とフッ酸及び硝酸を含む第一の混酸とを混合し、前記骨材を分解した後、前記混酸の少なくとも一部を蒸発させることにより、前記骨材の分解物を得る工程である。
【００１３】
骨材の種類は特に限定されず、例えば、従来のコンクリート材料として使用される土砂、岩石等が挙げられる。後段の処理を円滑に進めるために、骨材は予め粉砕されていることが好ましい。
【００１４】
第一の混酸に含まれるフッ酸と硝酸の混合比としては、例えば、質量比で、フッ酸：硝酸＝１：１０〜１：１が好ましく、フッ酸：硝酸＝１：５〜１：１がより好ましく、フッ酸：硝酸＝１：３〜１：１がさらに好ましい。上記範囲の混合比であると、骨材を短時間で分解することができる。
【００１５】
第一の混酸中のフッ酸濃度は、容易に取り扱うことができるように、希釈水で調整することができる。上記フッ酸濃度は、第一の混酸の総質量に対して、例えば、４〜２４質量％が好ましく、８〜２４質量％がより好ましく、１２〜２４質量％がさらに好ましい。
【００１６】
第一の混酸中の硝酸濃度は、容易に取り扱うことができるように、希釈水で調整することができる。上記硝酸濃度は、第一の混酸の総質量に対して、例えば、１０〜４５質量％が好ましく、２０〜４５質量％がより好ましく、３０〜４５質量％がさらに好ましい。
【００１７】
骨材と第一の混酸を混合する方法としては、例えば、耐酸性の樹脂製容器中で、骨材に第一の混酸を適量注ぐ方法が挙げられる。骨材と第一の混酸を混合してなる混合液を加熱することにより、骨材の分解を速めることが好ましい。骨材の固形分の殆どが分解して、大半が溶解したことを目視で確認した後、容器中に残った第一の混酸の少なくとも一部、好ましくは全部を蒸発させる。
【００１８】
第一の混酸を蒸発させる方法としては、例えば、加熱したり、減圧したりする等の公知方法が適用される。第一の混酸を全て蒸発させてもよいし、一部を蒸発させずに残してもよい。全てを蒸発した場合には、容器中に骨材の分解物である粉体が残る。一部を蒸発させずに残した場合には、第一の混酸中に骨材の分解物が沈殿、分散又は溶解した状態で存在する。
【００１９】
＜濃縮工程＞
本実施形態の濃縮工程は、前記分解物と過塩素酸(HClO4)を混合し、得られた混合液を加熱し、前記混合液から揮発成分の少なくとも一部を蒸発させることにより、前記混合液の濃縮物を得る工程である。
【００２０】
前記分解物に混合する過塩素酸の濃度は、希釈水によって調整されることが好ましく、過塩素酸水溶液の総質量に対して、例えば、４０〜７０質量％が好ましく、５０〜７０質量％がより好ましく、６０〜７０質量％がさらに好ましい。上記濃度範囲であると、前記分解物に対して過塩素酸を充分に反応させることができる。
【００２１】
前記分解物と過塩素酸を混合する方法としては、例えば、耐酸性の樹脂製容器中で、前記分解物に過塩素酸水溶液を適量注ぐ方法が挙げられる。前記分解物に少量の第一の混酸が残留している場合にも、過塩素酸水溶液を注いで構わない。
【００２２】
前記分解物と過塩素酸水溶液を混合してなる混合液を加熱し、水分、過塩素酸等の揮発成分の少なくとも一部、好ましくは全部を蒸発させ、前記混合液の濃縮物を得る。
濃縮の目安としては、前記混合液から白煙が出るまで濃縮することが好ましい。過塩素酸の白煙が出ることは、過塩素酸を含む前記混合液が高濃度に濃縮されたことを示している。この濃縮の過程において、前記分解物の固形分の殆どが分解して、大半が溶解したことを目視で確認することができる。
【００２３】
前記混合液中の揮発成分の全てを蒸発させた場合には、容器中に前記濃縮物である粉体が残る。揮発成分の一部を蒸発させずに残した場合には、前記混合液中に濃縮物が沈殿、分散又は溶解した状態で存在する。
【００２４】
＜溶解工程＞
本実施形態の溶解工程は、前記濃縮物とホウ酸及び硝酸を含む第二の混酸とを混合し、前記濃縮物を溶解する工程である。
【００２５】
第二の混酸に含まれるホウ酸と硝酸の混合比としては、例えば、質量比で、ホウ酸：硝酸＝１：１００〜１：６が好ましく、ホウ酸：硝酸＝１：２０〜１：６がより好ましく、ホウ酸：硝酸＝１：１０〜１：６がさらに好ましい。上記範囲の混合比であると、濃縮物に含まれる沈殿状のフッ化物を短時間で充分に溶解することができる。
【００２６】
第二の混酸中の硝酸濃度は、容易に取り扱うことができるように、希釈水で調整することができる。上記硝酸濃度は、第二の混酸の総質量に対して、例えば、１〜１０質量％が好ましく、３〜１０質量％がより好ましく、５〜１０質量％がさらに好ましい。
【００２７】
第二の混酸中のホウ酸濃度は、前記濃縮物に含まれる沈殿状のフッ化物を充分に溶解する観点から、第二の混酸の総質量に対して、例えば、３〜１５質量％が好ましく、５〜１５質量％がより好ましく、１０〜１５質量％がさらに好ましい。
【００２８】
前記濃縮物と第二の混酸を混合する方法としては、例えば、耐酸性の樹脂製容器中で、前記濃縮物に第二の混酸を適量注ぐ方法が挙げられる。前記濃縮物に少量の過塩素酸水溶液が残留している場合にも、第二の混酸を注いで構わない。混合後、５〜６０分程度で前記濃縮物が溶解したことを目視で確認することができる。前記濃縮物の溶解を速めるために、第二の混酸を加熱してもよい。
【００２９】
前記濃縮工程で得られる濃縮物には、フッ化物が含まれる。このフッ化物としては、例えば、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、及び遷移金属元素からなる群から選ばれる１以上のフッ化物が挙げられる。
これらのフッ化物は、ホウ酸を含まないフッ酸や硝酸中においては難溶性の固形成分であり、沈殿し易いため、溶液試料を分析対象とするＩＣＰ−ＭＳ分析においては検出できなかった。
本発明においては、前記溶解工程でホウ酸を含む第二の混酸を用いたことにより、これらのフッ化物が溶解されるので、ＩＣＰ−ＭＳ分析によって上記の元素を高精度に分析することができる。
【００３０】
＜分析工程＞
前記濃縮物を第二の混酸で溶解して得た溶解液は、骨材に含まれていた各種の元素を含む。この溶解液中の元素は、ＩＣＰ−ＭＳを用いた公知方法により分析することができる。また、ＩＣＰ−ＭＳ測定以外の公知の元素分析方法を適用してもよい。
【００３１】
本実施形態の分析方法のフローチャートを図１に示す。予め粉砕した骨材試料をフッ酸・硝酸の混酸によって分解する（分解工程２）。続いて、得られた分解物に過塩素酸を添加して、白煙が出るまで濃縮する（濃縮工程４）。続いて、得られた濃縮物にホウ酸及び硝酸を含む混合溶液を添加して、前記濃縮物中に含まれていたフッ化物沈殿を溶解する（溶解工程６）。得られた溶液の体積を蒸留水や硝酸等で調整し、ＩＣＰ−ＭＳによって元素の濃度測定を行う（分析工程８）。
【実施例】
【００３２】
［比較例１］
種々の元素分析方法によって予め元素濃度が分かっている標準岩石JA-1を使用した。粉砕した標準岩石0.5gを、濃フッ酸5mLと濃硝酸5mLの混酸中で3時間、120℃で加温し、標準岩石の分解物を得た。上記の加温によって殆どの混酸は蒸発した。
上記分解物に濃過塩素酸5mLを添加し、白煙が出るまで230℃で加熱し、濃縮物を得た。上記の加熱によって殆どの過塩素酸は蒸発した。
上記濃縮物を少量の5%硝酸に投入して混合した後、5%硝酸を加えて100mLに調整し、ＩＣＰ−ＭＳで元素分析した。
【００３３】
［実施例１］
比較例１と同じ方法により濃縮物を得た。
上記濃縮物及びホウ酸0.5gを5%硝酸10mLに投入して10分間混合した後、5%硝酸を適量加えて100mLに調整し、ＩＣＰ−ＭＳで元素分析した。
【００３４】
比較例１及び実施例１の元素分析の結果を図２のグラフに示す。
グラフの横軸に種々の元素をとり、グラフの縦軸は各元素濃度の真の値に対する測定値の比（測定値／真の値）である。標準岩石の真の値と測定値が近いほど、その比は１に近づく。
図２の結果から明らかなように、本発明に係る実施例１の分析方法は、比較例１の分析方法に比べて、多くの元素、例えば、Ｓｃ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｅ，Ｒｂ，Ｓｒ，Ｓｂ，Ｃｓ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ等について、高い精度で岩石中の含有量を分析することができた。
【００３５】
以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、公知の構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、放射化コンクリートを取り扱う分野に広く適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
２…分解工程、４…濃縮工程、６…溶解工程、８…分析工程
【図１】
0006573117.tif 000002
【図２】
0006573117.tif 000003