(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チオシアン酸イオンを含む水溶液を泳動媒質として用いるキャピラリー電気泳動法により、マイナーアクチノイドと希土類元素とが共存する混合物からマイナーアクチノイドを分離するマイナーアクチノイドの分離方法であって、
泳動媒質に前記混合物を添加し、キャピラリー内に陰極側から陽極側に向けて泳動媒質を流動させながら、マイナーアクチノイドおよび希土類元素を電気泳動させ、
泳動媒質の流動速度をｖ１、マイナーアクチノイドの泳動速度をｖ２、希土類元素の泳動速度をｖ３とした際にｖ１＜ｖ２＜０＜ｖ３になるように流動速度ｖ１を調整することを特徴とするマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項２】
ｖ１＜ｖ２＜０＜ｖ３になるように流動速度ｖ１を調整するために、陰極側の泳動媒質の液面を陽極側の泳動媒質の液面より高くし、それらの液面の高低差を調節することを特徴とする請求項１に記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項３】
前記マイナーアクチノイドがアメリシウム、キュリウム、バークリウムおよびカリホリウムからなる群から選ばれた１種以上であり、前記希土類元素がユウロピウムであることを特徴とする請求項１または２に記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項４】
前記泳動媒質がｐＨ２．０以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項５】
陰極を備えた陰極槽と、陽極を備えた陽極槽と、陰極槽および陽極槽を接続するキャピラリーと、陰極および陽極に電気的に接続された直流電源とを具備し、陰極槽と陽極槽とキャピラリーとに、チオシアン酸イオンを含む水溶液が泳動媒質として充填されるマイナーアクチノイドの分離装置であって、
陰極槽内の泳動媒質の液面が陽極槽内の泳動媒質の液面より高くなるように、陰極槽および陽極槽の一方または両方の高さが調節可能になっていることを特徴とするマイナーアクチノイドの分離装置。
【請求項６】
陰極槽および陽極槽の一方または両方に、その内部に充填された液体を分取するための分取手段が取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載のマイナーアクチノイドの分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイナーアクチノイドと希土類元素とが共存する高レベル放射性廃棄物等からマイナーアクチノイドを分離するためのマイナーアクチノイドの分離方法および分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用済み核燃料の再処理によってウランとプルトニウムを分離回収した後のいわゆる高レベル放射性廃液中には様々な放射性核種が含まれている。この中で特に問題になるのは、半減期が非常に長いマイナーアクチノイドのアメリシウムなどの超ウラン元素である。マイナーアクチノイドを選択的に分離・除去できれば、高レベル放射性廃液の処理問題が大幅に低減されるため、以前よりマイナーアクチノイドの分離・除去の研究が長期間にわたり続けられてきた。
【０００３】
マイナーアクチノイドの分離において問題となるのは、アメリシウムなどの３価のマイナーアクチノイドと化学的性質が類似した３価の希土類元素の存在である。３価のマイナーアクチノイドをそのまま高レベル放射性廃液から直接分離できることが最も望ましいが、希土類元素の存在により、それは非常に困難になっている。そのため、まず、マイナーアクチノイドを希土類元素と共に高レベル放射性廃液から一括して分離した後、マイナーアクチノイドと希土類元素とを分離する方法が提案されている。
【０００４】
マイナーアクチノイドを希土類元素と共に高レベル放射性廃液から一括して分離する方法として、日本原子力研究所から、Ｎ，Ｎ，Ｎ’,Ｎ’−テトラオクチル−３−オキサペンタン−１，５−ジアミン（ＴＯＤＧＡ）を抽出剤として用いる方法が提案されている（非特許文献１参照）。しかし、この方法は、３価のマイナーアクチノイドと３価の希土類元素とを３モル程度の硝酸水溶液である高レベル放射性廃液から一括して抽出・分離し、希薄濃度の硝酸水溶液に逆抽出する方法であり、マイナーアクチノイドと希土類元素とを分離する方法ではない。
【０００５】
非特許文献２および特許文献１では、抽出剤（ジオクチルアンモニウムジチオカルバメイト）を形成ながら抽出を行なうin situ抽出剤形成抽出法が提案されている。
このin situ抽出剤形成抽出では、３価マイナーアクチノイドと３価希土類元素とを充分に分離できるが、溶媒抽出による二次的な放射性廃棄物が多量に生じるという問題を有していた。
【０００６】
非特許文献３では、高濃度の塩化物溶液中での陰イオン交換樹脂へのキュリウムの分配挙動が希土類元素のユウロピウムと異なっていることを利用して、キュリウムとユウロピウムとを分離する方法が提案されている。
しかし、このイオン交換樹脂を用いる方法も、溶媒抽出による二次的な放射性廃棄物を生み出す問題を有していた。また、イオン交換樹脂を用いる方法では、多量のイオン交換樹脂を使用しても処理量が少ないため、マイナーアクチノイドおよび希土類元素を含む溶液を多量に処理する場合には適していない。
【０００７】
非特許文献４では、極めて高いイオン強度の塩酸−アルコール混合溶媒溶液中で３級ピリジン樹脂を用いて、３価マイナーアクチノイドと３価希土類元素を分離する方法が提案されている。しかし、この方法でも、溶媒抽出による二次的な放射性廃棄物を生じる問題を有していた。
【非特許文献１】館盛勝一，日本原子力学会誌、４２巻、２０００年、ｐ．１１２４−１１２９
【非特許文献２】宮下直ら，「ジャーナル・オブ・ニュークリアサイエンス・アンド・テクノロジ（Journal of Nuclear Science and Technology）」,４４巻，２００７年，ｐ．２３３−２３７
【非特許文献３】有阪真ら，「ラジオケミカ・アクタ（Radiochimica Acta）」,９０巻,２００２年，ｐ．１９３−１９７
【非特許文献４】鈴木達也ら，「ジャーナル・オブ・ラジオアナリティカル・アンド・ニュークリアケミストリ（Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry）」，２６３巻，２００５年，ｐ．６０５−６１１
【特許文献１】特開２００７−１１４１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、有機溶媒を使用せず、二次放射性廃棄物が少なく、しかも多量に処理できるマイナーアクチノイドの分離方法および分離装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
３価アクチノイドの５ｆ軌道電子は６ｓと６ｐ軌道電子の外側に一部が広がっており、３価ランタノイドの４ｆ軌道電子は５ｓと５ｐ軌道電子の内側のみに存在する。本発明者らは、この違いにより、３価マイナーアクチノイドと３価希土類元素との化学的挙動に差を生じさせることができると考えた。また、水に可溶でありイオウを配位部位として持つチオシアン酸イオンは、ｆ軌道電子が結合に関与しうるｆブロック元素イオンに対して選択性を示すと考えた。そして、本発明者らは、チオシアン酸イオン（ＳＣＮ−）とユウロピウムとで形成された３価のユウロピウム化学種［Ｅｕ（III）］が持つ正の平均電荷よりも、チオシアン酸イオンとアメリシウムとで形成された３価のアメリシウム化学種［Ａｍ（III）］が持つ正の平均電荷の方が低いことを見出した（図２７参照）。また、ろ紙電気泳動法を用いてチオシアン酸イオンを含む水溶液中でのユウロピウムとアメリシウムの泳動速度を求めたところ、ユウロピウムとアメリシウムを分離可能な程度の泳動速度の差を生じることを見出した。
さらに、本発明者らは、その泳動速度の差を利用し、キャピラリー電気泳動法においてキャピラリー内で泳動媒質を流動させることにより、マイナーアクチノイドと希土類元素を互いに反対方向に泳動させることができると考えた。
これらのことに基づいて、以下のマイナーアクチノイドの分離方法および分離装置を発明した。
【００１０】
本発明は、以下の態様を含む。
［１］  チオシアン酸イオンを含む水溶液を泳動媒質として用いるキャピラリー電気泳動法により、マイナーアクチノイドと希土類元素とが共存する混合物からマイナーアクチノイドを分離するマイナーアクチノイドの分離方法であって、
泳動媒質に前記混合物を添加し、キャピラリー内に陰極側から陽極側に向けて泳動媒質を流動させながら、マイナーアクチノイドおよび希土類元素を電気泳動させ、
泳動媒質の流動速度をｖ１、マイナーアクチノイドの泳動速度をｖ２、希土類元素の泳動速度をｖ３とした際にｖ１＜ｖ２＜０＜ｖ３になるように流動速度ｖ１を調整することを特徴とするマイナーアクチノイドの分離方法。
［２］  ｖ１＜ｖ２＜０＜ｖ３になるように流動速度ｖ１を調整するために、陰極側の泳動媒質の液面を陽極側の泳動媒質の液面より高くし、それらの液面の高低差を調節することを特徴とする［１］に記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
［３］  前記マイナーアクチノイドがアメリシウム、キュリウム、バークリウムおよびカリホリウムからなる群から選ばれた１種以上であり、前記希土類元素がユウロピウムであることを特徴とする［１］または［２］に記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
［４］  前記泳動媒質がｐＨ２．０以下であることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
［５］  陰極を備えた陰極槽と、陽極を備えた陽極槽と、陰極槽および陽極槽を接続するキャピラリーと、陰極および陽極に電気的に接続された直流電源とを具備し、陰極槽と陽極槽とキャピラリーとに、チオシアン酸イオンを含む水溶液が泳動媒質として充填されるマイナーアクチノイドの分離装置であって、
陰極槽内の泳動媒質の液面が陽極槽内の泳動媒質の液面より高くなるように、陰極槽および陽極槽の一方または両方の高さが調節可能になっていることを特徴とするマイナーアクチノイドの分離装置。
［６］  陰極槽および陽極槽の一方または両方に、その内部に充填された液体を分取するための分取手段が取り付けられていることを特徴とする［５］に記載のマイナーアクチノイドの分離装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有機溶媒を使用せず、二次放射性廃棄物が少なく、しかもマイナーアクチノイドを連続的に分離できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜マイナーアクチノイドの分離装置＞
本発明のマイナーアクチノイドの分離装置（以下、分離装置と略す。）の一実施形態例について説明する。
図１に、本実施形態例の分離装置を示す。本実施形態例の分離装置１０は、白金製の陰極１１ａを備えた陰極槽１１と、白金製の陽極１２ａを備えた陽極槽１２と、陰極槽１１および陽極槽１２を接続するキャピラリー１３と、陰極１１ａおよび陽極１２ａに電気的に接続された直流電源１４とを具備する。陰極槽１１と陽極槽１２とキャピラリー１３とには、チオシアン酸イオンを含む水溶液が泳動媒質として充填される。
【００１３】
本実施形態例における陰極槽１１には、その内部に充填された液体の一部を分取する分取手段１５が取り付けられている。
本実施形態例における分取手段１５は、泳動媒質を貯留するリザーバ１５ａと、リザーバ１５ａから泳動媒質を陰極槽１１に供給するための送液ポンプ１５ｂおよび耐薬品性材料製の送液チューブ１５ｃ，１５ｄとを具備する。このような分取手段１５が取り付けられていることにより、送液ポンプ１５ｂによってリザーバ１５ａから陰極槽１１に泳動媒質を供給し、供給した泳動媒質によって、陰極槽１１内の液体を陰極槽１１から外部の試験管２０に押し出せるようになっている。
【００１４】
本実施形態例では、陽極槽１２がジャッキ１６の上に配置されて、陰極槽１１の泳動媒質の液面が陽極槽１２の泳動媒質の液面より高くなるように、高さの調節が可能になっている。
【００１５】
（作用効果）
一般に、キャピラリー１３は内径が小さいため、ポンプ等によって液体を流動させることが困難である。しかし、本実施形態例では、ポンプを使用しなくてもキャピラリー１３内に泳動媒質を流動させることができる。
すなわち、上述したように、分離装置１０では、陰極槽１１の泳動媒質の液面が陽極槽１２の泳動媒質の液面より高くなるように陽極槽１２の高さが調節可能になっている。そのため、陰極槽１１内の泳動媒質の液面を陽極槽１２内の泳動媒質の液面より高くして、サイフォンの原理によって、キャピラリー１３内に陰極槽１１から陽極槽１２に向けて泳動媒質を流動させることができる。
ところで、チオシアン酸イオンおよびマイナーアクチノイドが形成する錯体と、チオシアン酸イオンおよび希土類元素とが形成する錯体とは電荷に差があるから、泳動媒質を流動させない状態においてマイナーアクチノイドの泳動速度と希土類元素の泳動速度には差がある。そのため、泳動に対して反対に泳動媒質を流動させ、かつ、その流動速度を適切な範囲にすることによって、マイナーアクチノイドと希土類元素とを互いに反対方向に泳動させることができる。具体的には、泳動媒質の流動速度をｖ１、マイナーアクチノイドの泳動速度をｖ２、希土類元素の泳動速度をｖ３とした際にｖ１＜ｖ２＜０＜ｖ３になるように流動速度ｖ１を調整することによって、陰極槽１１側に希土類元素のみを泳動させ、陽極槽１２側にマイナーアクチノイドを泳動させることができる。したがって、マイナーアクチノイドと希土類元素とが共存する混合物から、マイナーアクチノイドを分離できる。
このような分離装置１０では、有機溶媒やイオン交換膜を使用しないから、二次放射性廃棄物が少ない。
また、このような分離装置１０において、キャピラリーの数を増やすことにより、処理量を増やすことができる。
しかも、この分離装置１０では、陰極槽１１または陽極槽１２に、マイナーアクチノイドと希土類元素とが共存する混合物を連続的に供給しながら電気泳動させることで、マイナーアクチノイドを連続的に分離できる。したがって、マイナーアクチノイドと希土類元素とが共存する混合物を多量に処理できる。
【００１６】
通常、キャピラリー電気泳動装置では、泳動中の放射性核種をオンラインで分析することは困難である。しかし、上記分離装置１０では、陰極槽１１に分取手段１５が取り付けられているため、陰極槽１１内の液体を適時に外部に分取することができ、その放射能を測定することによって成分分析できる。
【００１７】
＜マイナーアクチノイドの分離方法＞
本発明のマイナーアクチノイドの分離方法の一実施形態例について説明する。
本実施形態例の分離方法は、分離装置１０を用いたキャピラリー電気泳動法により、マイナーアクチノイドと希土類元素とが共存する混合物からマイナーアクチノイドを分離する方法である。
【００１８】
具体的には、まず、陰極槽１１、陽極槽１２およびキャピラリー１３に泳動媒質を充填し、陰極槽１１内または陽極槽１２内の泳動媒質に前記混合物を添加する。
次いで、ジャッキ１６を用いて、陰極槽１１内の泳動媒質の液面が陽極槽１２内の泳動媒質の液面より高くなるように、陽極槽１２の高さを調節する。これにより、キャピラリー１３内に陰極槽１１側から陽極槽１２側に向けて泳動媒質を流動させる。それと同時に、直流電源１４により、陰極１１ａおよび陽極１２ａを介して泳動媒質を印加して、泳動媒質中のマイナーアクチノイドおよび希土類元素を電気泳動させる。
【００１９】
その際、泳動媒質の流動速度をｖ１、マイナーアクチノイドの泳動速度をｖ２、希土類元素の泳動速度をｖ３とした際にｖ１＜ｖ２＜０＜ｖ３にするためにｖ１を調整する。すなわち、ｖ１＜ｖ２＜０＜ｖ３になるように陰極槽１１内の泳動媒質の液面と陽極槽１２内の泳動媒質の液面との高低差を適宜調節する。
なお、ｖ１，ｖ２，ｖ３において、正の値は陰極槽１１側に移動することを意味しており、負の値は陽極槽１２側に移動することを意味している。
【００２０】
電気泳動中には、分取手段１５を用い、送液ポンプ１５ｂによってリザーバ１５ａから陰極槽１１に泳動媒質を供給し、その泳動媒質によって、陰極槽１１内の液体を陰極槽１１から外部の試験管２０に押し出して、陰極槽１１から泳動媒質を適時分取する。そして、分取した泳動媒質中の放射能を高純度ゲルマニウム半導体検出器あるいはＮａＩ（Ｔｌ）固体シンチレーションカウンタで測定して、マイナーアクチノイドと希土類元素とを成分分析する。
高純度ゲルマニウム半導体検出器としては、例えば、セイコー・イーアンドジー社製４ＭＸ２０Ｐ４を用いることができ、ＮａＩ（Ｔｌ）固体シンチレーションカウンタとしては、例えば、アロカ社製ＡＲＣ−２０００を用いることができる。
【００２１】
（泳動媒質）
この分離方法で使用する泳動媒質としては、チオシアン酸イオンを含む水溶液を用いる。チオシアン酸イオンを含む水溶液は、チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウムおよびチオシアン酸リチウム等のチオシアン酸塩を水溶液化することで得られる。
泳動媒質のｐＨは２．０以下であり、０〜１．０であることがより好ましい。泳動媒質のｐＨが２．０以下であれば、マイナーアクチノイドと希土類元素とをより分離できる。
泳動媒質をｐＨ２．０以下にするためには、例えば、過塩素酸、塩酸、硝酸等の酸を添加する方法を採ることができる。
【００２２】
（マイナーアクチノイド、希土類元素）
マイナーアクチノイドとしては、ネプツニウム（Ｎｐ）、アメリシウム（Ａｍ）、キュリウム（Ｃｍ）、バークリウム（Ｂｋ）、カリホルニウム（Ｃｆ）、アインスタイニウム（Ｅｓ）、フェルミウム（Ｆｍ）、メンデレビウム（Ｍｄ）、ノーベリウム（Ｎｏ）、ローレンシウム（Ｌｒ）が挙げられる。これらマイナーアクチノイドの中でも、水溶液中にて３価の化学状態が安定で、しかも長半減期放射性核種を含むアメリシウム、キュリウム、バークリウムおよびカリホルニウムが好適である。本発明は、アメリシウム、キュリウム、バークリウムおよびカリホルニウムの分離に対して特に効果を発揮するからである。
【００２３】
希土類元素としては、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）が挙げられる。
【００２４】
この分離方法は、マイナーアクチノイドがアメリシウムであり、希土類元素がユウロピウムである場合にとりわけ効果を発揮する。
また、この分離方法は、マイナーアクチノイドと希土類元素とが共存する混合物が放射性廃液である場合にとりわけ効果を発揮する。
【００２５】
（作用効果）
この分離方法によって、マイナーアクチノイドと希土類元素とを分離できる理由について、マイナーアクチノイドがアメリシウム（２４１Ａｍ）、希土類元素がユウロピウム（１５２，１５４Ｅｕ）の場合を例にとって説明する。
陰極槽１１内の泳動媒質の液面と陽極槽１２内の泳動媒質の液面とに高低差がない場合（図２（ａ）参照）に、泳動媒質中でアメリシウムとユウロピウムとを電気泳動させると、アメリシウムとユウロピウムは共に陽極槽１２側から陰極槽１１側に向けて移動する。このときのユウロピウムの泳動速度をveff,Eu、アメリシウムの泳動速度をveff,Amとする。
陰極槽１１内の泳動媒質の液面が陽極槽１２内の泳動媒質の液面より高低差（△ｈ）で高くなっている（図２（ｂ）参照）と、サイフォンの原理によって、陰極槽１１側から陽極槽１２側に向けて泳動媒質を流動させることができる。ここで、高低差が一定であれば、泳動速度の流動速度vh（ｖ１に該当）は一定である。
ユウロピウムの泳動速度veff,Euと、アメリシウムの泳動速度veff,Amとには差があることが判明している。したがって、陰極槽１１側から陽極槽１２側に向けて泳動媒質を流動させ、かつ、０＜veff,Am＜｜vh｜＜veff,Eu になるように高低差を調節して流動速度vhを調整することで、vh  ＜vAm＜０＜vEuとなって、図３の（ａ），（ｂ）に示すように、ユウロピウムを陽極槽１２側から陰極槽１１側に、アメリシウムを陰極槽１１側から陽極槽１２側に向けて泳動させることができる。具体的には、陽極槽１２中のユウロピウムを陰極槽１１に泳動させ、陰極槽１１中のアメリシウムを陽極槽１２に泳動させることができる。これにより、アメリシウムとユウロピウムとを分離することができる。
【００２６】
なお、本発明の分離装置および分離方法は、上記実施形態例に限定されない。例えば、本発明では、陰極槽１１のみの高さが調節可能になっていてもよいし、陰極槽１１および陽極槽１２の両方の高さが調節可能になっていてもよい。
また、陰極槽１１および陽極槽１２の両方に分取手段１５が取り付けられていてもよいし、陽極槽１２のみに分取手段１５が取り付けられていてもよいし、陰極槽１１および陽極槽１２に分取手段１５が取り付けられていなくてもよい。
【実施例】
【００２７】
（参考例１）
図１に示す分離装置１０を用意した。キャピラリー１３としては、内径７５μｍ、外径３６０μｍで、長さが８０．５ｃｍのフューズドシリカキャピラリーを用い、泳動媒質として、過塩素酸０．１０Ｍとチオシアン酸ナトリウムとを含み、ｐＨが１．０の水溶液を用いた。
泳動媒質は、陰極槽１１と陽極槽１２とキャピラリー１３とに以下のようにして充填した。なお、泳動媒質は、チオシアン酸ナトリウムの濃度が０Ｍ，０．２０Ｍ，０．４０Ｍ，０．６０Ｍ，０．８０Ｍ，１．００Ｍの６種類を用意した。本明細書における濃度の単位「Ｍ」とは「ｍｏｌ／Ｌ」のことである。
まず、陰極槽１１と陽極槽１２の液面が同じ高さになるように、陽極槽１２の高さを調節した。また、陰極槽１１および陽極槽１２内のキャピラリー１３の端部が、底から１ｍｍの高さに位置するように配置した。
次いで、シリンジを用いてキャピラリー１３内に泳動媒質を充填した後、陽極槽１２を、トレーサ量のユウロピウム（１５２，１５４Ｅｕ）とアメリシウム（２４１Ａｍ）を含む０．１０Ｍ過塩素酸水溶液が充填された試料溶液槽１７に取り替えた（図４参照）。
次いで、試料溶液槽１７の液面が陰極槽１１の液面よりも１０ｃｍ高くなるように（△ｈ＝１０ｃｍになるように）試料溶液槽１７の高さを調節した（図５参照）。これにより生じた圧力差によって、キャピラリー１３内に試料溶液Ａを導入し、１５秒後に２０ｎＬの試料溶液をキャピラリー１３内に導入した（図６参照）。
【００２８】
次いで、試料溶液槽１７を陽極槽１２に取り替え、陰極槽１１と陽極槽１２の液面の高さが同じになるように陽極槽１２の高さを調節した（図７参照）。
次いで、送液ポンプ１５ｂを用い、泳動媒質をリザーバ１５ａから陰極槽１１に供給しながら、直流電源１４を用いて陰極１１ａおよび陽極１２ａに一定電圧を印加して、電気泳動を行った。その際、一定時間毎に、分取手段１５により試料を陰極槽１１から試験管に分取し、その放射能を高純度ゲルマニウム半導体検出器（セイコー・イーアンドジー社製４ＭＸ２０Ｐ４）で測定して、ユウロピウムとアメリシウムの成分分析を行った。
なお、電気泳動は、電流値が２００マイクロアンペアで一定になるようにしたため、チオシアン酸ナトリウムの濃度が増加するにつれて電流が流れやすくなり、電圧が低下している。
【００２９】
チオシアン酸ナトリウムを含む水溶液を泳動媒質として用いて電気泳動を行うと、図８〜１３に示すように、ユウロピウムのピークとアメリシウムのピークとが分離した。また、泳動媒質中のチオシアン酸ナトリウムの濃度が増加するにつれて分離能が向上していた。
このように、ユウロピウムのピークとアメリシウムのピークとが分離したのは、ユウロピウムおよびチオシアン酸イオンが形成する錯体と、アメリシウムおよびチオシアン酸イオンが形成する錯体とで電荷が異なるためと推測される。この図８〜１３に示す結果から、チオシアン酸イオンを泳動媒質として用いた電気泳動により、ユウロピウムとアメリシウムとを分離できることが示唆された。
なお、この参考例１では、図７に示すように、陰極槽１１の液面と陽極槽１２の液面が同じ高さであるため、ユウロピウム、アメリシウムは共に陰極槽側に、錯体が持つ電荷の差のみによって泳動しているため、充分に分離できない。
【００３０】
図８〜１３に示すユウロピウムとアメリシウムの各検出ピークの理論段数を式（１）により計算した。式（１）において、Nは理論段数（無次元数）、tRは検出時間（ｍｉｎ）、W0.5は検出ピークの半値幅（ｍｉｎ）である。
【００３１】
【数１】
0004919350.tif 000002
【００３２】
また、各チオシアン酸イオン濃度におけるユウロピウムとアメリシウムの分離能を式（２）により計算した。式（２）において、Rs,Am/Euはユウロピウムとアメリシウムの分離能（無次元数）、 tR(Am)はアメリシウムの検出時間（ｍｉｎ）、tR(Eu)はユウロピウムの検出時間（ｍｉｎ）、W0.5(Am)はアメリシウムの検出ピークの半値幅（ｍｉｎ）、W0.5(Eu)はユウロピウムの検出ピークの半値幅（ｍｉｎ）である。
【００３３】
【数２】
0004919350.tif 000003
【００３４】
式（１）で求めた理論段数と式（２）で求めた分離能を表１に示す。表１に示す結果は、高い理論段数（１０４以上）、かつ、高い分離能（１．５以上）であった。
【００３５】
【表１】
0004919350.tif 000004
【００３６】
（参考例２）
図１に示す分離装置１０を用意した。キャピラリー１３としては、内径７５μｍ、外径３６０μｍで、長さが８０．５ｃｍのフューズドシリカキャピラリーを用い、泳動媒質として、過塩素酸０．１０Ｍとチオシアン酸ナトリウム１．００Ｍとを含み、ｐＨが１．０の水溶液を用いた。
泳動媒質は、陰極槽１１と陽極槽１２とキャピラリー１３とに以下のようにして充填した。
まず、陰極槽１１と陽極槽１２の液面が同じ高さになるように、陽極槽１２の高さを調節した。また、陰極槽１１および陽極槽１２内のキャピラリー１３の端部が、底から１ｍｍの高さに位置するように配置した。
次いで、シリンジを用いてキャピラリー１３内に泳動媒質を充填した後、陰極槽１１を、トレーサ量のユウロピウム（１５２，１５４Ｅｕ）とアメリシウム（２４１Ａｍ）を含む０．１０Ｍ過塩素酸水溶液が充填された試料溶液槽１７に取り替えた（図１４参照）。
次いで、試料溶液槽１７の液面が陽極槽１２の液面よりも１０ｃｍ高くなるように（△ｈ＝１０ｃｍになるように）陽極槽１２の高さを調節した（図１５参照）。これにより生じた圧力差によって、キャピラリー１３内に試料溶液Ａを導入し、１５秒後には２０ｎＬの試料溶液Ａをキャピラリー１３内に導入した（図１６参照）。
次いで、試料溶液槽１７を、泳動媒質を充填した泳動媒質槽１８に取り替えた（図１７参照）。そして、圧力差によってキャピラリー１３内に泳動媒質を導入し、それにより試料溶液Ａを陽極槽１２側に押し込んだ。１８０秒後にはキャピラリー１３の陰極槽１１側の端部から５．４ｃｍの位置に（Ｌ＝５．４ｃｍの位置に）試料溶液Ａが移動した（図１８参照）。
【００３７】
次いで、泳動媒質槽１８を陰極槽１１に取り替え、陰極槽１１内の泳動媒質の液面が陽極槽１２内の泳動媒質の液面より０〜５ｃｍの範囲で高くなるように（△ｈ＝０〜５ｃｍになるように）陽極槽１２の高さを調節した（図１９参照）。
次いで、送液ポンプ１５ｂを用い、泳動媒質をリザーバ１５ａから陰極槽１１に供給しながら、直流電源１４を用いて陰極１１ａおよび陽極１２ａに一定電圧を印加して、電気泳動を行った。その際、一定時間毎に、分取手段１５により試料を陰極槽１１から試験管に分取し、その放射能を高純度ゲルマニウム半導体検出器（セイコー・イーアンドジー社製４ＭＸ２０Ｐ４）で測定した。
【００３８】
上記の電気泳動により作成したエレクトロフェログラムからユウロピウムとアメリシウムの泳動速度を計算した。
図２０に、陰極槽１１と陽極槽１２の液面の高低差に対するユウロピウムとアメリシウムの泳動速度の変化を示す。図２０より、高低差が大きくなるにつれて、ユウロピウムとアメリシウムの泳動速度は減少するが、泳動速度の差は変わらないことがわかる。
【００３９】
ところで、キャピラリー１３内に導入された試料溶液の量は式（３）で表される。式（３）において、Qはキャピラリー１３内に導入された試料溶液量（ｇ）、ρは試料溶液の密度（ｇ／ｃｍ３）、gは重力加速度（９．８０６６５ｍ／ｓ２）であり、ηは試料溶液の粘度（ｍ２／ｓ）、ｒはキャピラリー１３の内半径（μｍ）、Ｌはキャピラリー１３の全長（ｃｍ）、△hは高低差（ｃｍ）、tは導入時間（ｍｉｎ）である。
【００４０】
【数３】
0004919350.tif 000005
【００４１】
式（３）を変形すると式（４）が得られる。式（４）においてvhはキャピラリー１３内の溶液の流動速度（ｃｍ／ｍｉｎ）である。
【００４２】
【数４】
0004919350.tif 000006
【００４３】
液面の高低差を一定にしたまま電気泳動を行った場合には、キャピラリー１３内の試料溶液の流動速度は一定である。また、試料溶液の流動速度は液面の高低差に比例する。
陰極槽１１の液面が陽極槽１２の液面よりも高い位置にある場合の、ユウロピウムとアメリシウムの泳動速度は式（５）と式（６）であらわされる。
式（５）において、vAmは液面に高低差があるときのアメリシウムの泳動速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、veff,Amは液面に高低差がないときのアメリシウムの泳動速度（ｃｍ／ｍｉｎ）である。式（６）において、vEuは液面に高低差があるときのユウロピウムの泳動速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、veff,Euは液面に高低差がないときのユウロピウムの泳動速度（ｃｍ／ｍｉｎ）である。
【００４４】
【数５】
0004919350.tif 000007
【００４５】
図２０から、vEu ＞ vAmである。ここで、液面の高低差を調節して、vh ＜vAm＜ ０＜vEu にすることにより、ユウロピウムを陰極槽１１側に泳動させ、アメリシウムを陽極槽１２側に泳動させることができる。図２０によれば、液面の高低差を５．５ｃｍ程度にすることによって、ユウロピウムとアメリシウムを互いに反対方向に泳動させることができると予測される。
【００４６】
（実施例）
図１に示す分離装置１０を用意した。キャピラリー１３としては、内径７５μｍ、外径３６０μｍで、長さが８０．５ｃｍのフューズドシリカキャピラリーを用い、泳動媒質として、過塩素酸０．１０Ｍとチオシアン酸ナトリウム１．００Ｍとを含み、ｐＨが１．０の水溶液を用いた。
泳動媒質は、陰極槽１１と陽極槽１２とキャピラリー１３とに以下のようにして充填した。
まず、陰極槽１１と陽極槽１２の液面が同じ高さになるように、陽極槽１２の高さを調節した。また、陰極槽１１および陽極槽１２内のキャピラリー１３の端部が、底から１ｍｍの高さに位置するように配置した。
次いで、シリンジを用いてキャピラリー１３内に泳動媒質を充填した後、陰極槽１１を、トレーサ量のユウロピウム（１５２，１５４Ｅｕ）とアメリシウム（２４１Ａｍ）を含む０．１０Ｍ過塩素酸水溶液が充填された試料溶液槽１７に取り替えた（図２１参照）。
次いで、試料溶液槽１７の液面が陽極槽１２の液面よりも１０ｃｍ高くなるように（△ｈ＝１０ｃｍになるように）陽極槽１２の高さを調節した（図２２参照）。これにより生じた圧力差によって、陰極槽１１側にてキャピラリー１３内に試料溶液Ａを導入し、１２０秒後には１６０ｎＬの試料溶液Ａをキャピラリー１３内に導入した（図２３参照）。
次いで、試料溶液槽１７を陰極槽１１に取り替え、陽極槽１２を試料溶液槽１７に取り替え、試料溶液槽１７の液面が陰極槽１１の液面よりも１０ｃｍ高くなるように（△ｈ＝１０ｃｍになるように）陽極槽１２の高さを調節した（図２４参照）。これにより生じた圧力差によって、陽極槽１２側にてキャピラリー１３内に試料溶液Ａを導入し、６０秒後には８０ｎＬの試料溶液Ａをキャピラリー１３内に導入すると共に、陰極槽１１側から８０ｎＬの試料溶液Ａを排出させた（図２５参照）。これにより、キャピラリー１３の両端に同量の試料溶液Ａを導入した。
【００４７】
次いで、試料溶液槽１７を陽極槽１２に取り替え、陰極槽１１の液面が陽極槽１２の液面より５．５ｃｍ高くなるように（△ｈ＝５．５ｃｍになるように）陽極槽１２の高さを調節した（図２６参照）。
次いで、送液ポンプ１５ｂを用い、泳動媒質をリザーバ１５ａから陰極槽１１に供給しながら、直流電源１４を用いて陰極１１ａおよび陽極１２ａに一定電圧（＋３Ｖ）を印加して、電気泳動を行った。
液面の高低差を５．５ｃｍとした本実施例では、式（４）により求めた泳動媒質の流動速度は、−１．０４ｃｍ／ｍｉｎであった。また、液面の高低差が５．５ｃｍの際のユウロピウムの泳動速度は、図２０から、０．０４ｃｍ／ｍｉｎであり、アメリシウムの泳動速度は−０．０４ｃｍ／ｍｉｎであった。したがって、vh ＜vAm ＜ ０＜vEu （ｖ１＜ｖ２＜０＜ｖ３）になっていた。
電気泳動開始から１時間後、陰極槽１１および陽極槽１２から各々試料を分取し、アメリシウムとユウロピウムの放射能量を高純度ゲルマニウム半導体検出器で測定した。測定結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
0004919350.tif 000008
【００４９】
表２に示すように、陽極槽１２からはアメリシウムのみが検出され、陰極槽１１からはユウロピウムのみが検出された。従って、アメリシウムは陽極槽側に泳動し、ユウロピウムは泳動したことがわかった。
以上のことから、上記の分離方法により、ユウロピウムとアメリシウムとが共存する溶液から、ユウロピウムとアメリシウムとを分離できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の分離装置の一実施形態例を示す模式図である。
【図２】陰極槽の液面と陽極槽の液面との高低差によってユウロピウムおよびアメリシウムの泳動方向が異なることを説明する図である。
【図３】本発明の分離方法におけるユウロピウムまたはアメリシウムの泳動挙動を示す模式図である。
【図４】参考例１における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図５】参考例１における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図６】参考例１における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図７】参考例１における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図８】参考例１（チオシアン酸ナトリウム；０Ｍ）におけるエレクトロフェログラムである。
【図９】参考例１（チオシアン酸ナトリウム；０．２Ｍ）におけるエレクトロフェログラムである。
【図１０】参考例１（チオシアン酸ナトリウム；０．４Ｍ）におけるエレクトロフェログラムである。
【図１１】参考例１（チオシアン酸ナトリウム；０．６Ｍ）におけるエレクトロフェログラムである。
【図１２】参考例１（チオシアン酸ナトリウム；０．８Ｍ）におけるエレクトロフェログラムである。
【図１３】参考例１（チオシアン酸ナトリウム；１．０Ｍ）におけるエレクトロフェログラムである。
【図１４】参考例２における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図１５】参考例２における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図１６】参考例２における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図１７】参考例２における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図１８】参考例２における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図１９】参考例２における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図２０】液面の高低差に対するユウロピウムの泳動速度およびアメリシウムの泳動速度の関係を示すグラフである。
【図２１】実施例における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図２２】実施例における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図２３】実施例における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図２４】実施例における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図２５】実施例における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図２６】実施例における試料溶液の導入方法の一工程を示す模式図である。
【図２７】チオシアン酸イオンに対するユウロピウムとアメリシウムの電荷を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  分離装置
１１  陰極槽
１１ａ  陰極
１２  陽極槽
１２ａ  陽極
１３  キャピラリー
１４  直流電源
１５  分取手段
１５ａ  リザーバ
１５ｂ  送液ポンプ
１５ｃ，１５ｄ  送液チューブ
１６  ジャッキ
１７  試料溶液槽
１８  泳動媒質槽
【図１】
0004919350.tif 000009
【図２】
0004919350.tif 000010
【図３】
0004919350.tif 000011
【図４】
0004919350.tif 000012
【図５】
0004919350.tif 000013
【図６】
0004919350.tif 000014
【図７】
0004919350.tif 000015
【図８】
0004919350.tif 000016
【図９】
0004919350.tif 000017
【図１０】
0004919350.tif 000018
【図１１】
0004919350.tif 000019
【図１２】
0004919350.tif 000020
【図１３】
0004919350.tif 000021
【図１４】
0004919350.tif 000022
【図１５】
0004919350.tif 000023
【図１６】
0004919350.tif 000024
【図１７】
0004919350.tif 000025
【図１８】
0004919350.tif 000026
【図１９】
0004919350.tif 000027
【図２０】
0004919350.tif 000028
【図２１】
0004919350.tif 000029
【図２２】
0004919350.tif 000030
【図２３】
0004919350.tif 000031
【図２４】
0004919350.tif 000032
【図２５】
0004919350.tif 000033
【図２６】
0004919350.tif 000034
【図２７】
0004919350.tif 000035