(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ナトリウムにアルコールを少量づつ溶解させ、アルコラートを生成するアルコラート生成工程と、
上記アルコラートに、水を加え溶解する水溶解工程と、
上記水溶解物を加熱し、アルコールの除去を行うアルコール除去工程と、
上記アルコールを除去した試料をｐＨ４以上に調製するｐＨ調整工程と、
ｐＨ調整した溶液にキレート樹脂を入れて攪拌させ、キレート樹脂内に不純物元素を捕捉するキレート濃縮工程と、
ろ過によりキレート樹脂を回収した後、キレート樹脂中の不純物元素を分析する分析工程とを具備することを特徴とする金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記ｐＨ調整工程が濃硝酸を加え溶液のｐＨを２以下に調製し、所定時間放置後、酢酸及びアンモニア水を添加してｐＨを5.３〜5.５に調製することを特徴とする金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法。
【請求項３】
請求項１において、
上記キレート樹脂がイミノジ酢酸型キレート樹脂であることを特徴とする金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法。
【請求項４】
請求項１において、
上記分析手段がプラズマ発光分析、プラズマ質量分析、原子吸光光度分析であることを特徴とする金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ナトリウムの分析方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
金属ナトリウムは原子力発電等の冷却剤等で利用されているが、使用中に不純物として酸化物や水酸化物等が含有する場合がある。
【０００３】
このため、βアルミナ等を用いた高純度ナトリウム精製装置により、不純物である金属塩を除去していた。
【０００４】
この不純物の除去が確実に行われていることを確認する方法が従来より提案されており、例えば金属ナトリウムから不純物元素を分離する方法として、真空蒸留方法、水溶解方法、水蒸気分解方法等の一次処理をした後、例えば塩酸や王水等の酸液で溶解したものを検体とし、該検体をプラズマ発光分析、プラズマ質量分析、原子吸光光度分析等により分析している。
【０００５】
しかし、上記一次処理は以下のような問題がある。
(1) 金属ナトリウムは発火性があり、取扱を厳重にする必要があるので、操作に十分は配慮が必要である。
(2) 分析対象である金属ナトリウムの供試量に制限（例えば１〜３０ｇ程度）があるので、最終の分析下限濃度が高濃度となり、品質管理で求められるような微量濃度域での精度が悪いという問題がある。
この結果、検出下限値が平均０．１ｐｐｍ程度で精度が±５０〜１００％とバラツキが大きく品質管理に使用することができないという問題がある。
【０００６】
このため、安全な操作でしかも供試量に制限がなく、分析精度が向上する金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法の出現が切望されている。
【０００７】
本発明は上述した問題に鑑み、安全な操作でしかも供試量に制限がなく、分析精度が向上する金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、金属ナトリウムにアルコールを少量づつ溶解させ、アルコラートを生成するアルコラート生成工程と、
上記アルコラートに、水を加え溶解する水溶解工程と、
上記水溶解物を加熱し、アルコールの除去を行うアルコール除去工程と、
上記アルコールを除去した試料をｐＨ４以上に調製するｐＨ調整工程と、
ｐＨ調整した溶液にキレート樹脂を入れて攪拌させ、キレート樹脂内に不純物元素を捕捉するキレート濃縮工程と、
ろ過によりキレート樹脂を回収した後、キレート樹脂中の不純物元素を分析する分析工程とを具備することを特徴とする金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法にある。
【０００９】
上記発明によれば、安全な操作でしかも供試量に制限なく、且つ分析精度が向上した金属ナトリウム中の不純物元素の分析を行うことができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
上記ｐＨ調整工程が濃硝酸を加え溶液のｐＨを２以下に調製し、所定時間放置後、酢酸及びアンモニア水を添加してｐＨを5.３〜5.５に調製することを特徴とする金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法にある。
【００１１】
上記発明によれば、安全な操作でしかも供試量に制限なく、且つ分析精度が向上した金属ナトリウム中の不純物元素の分析を行うことができる。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明において、
上記キレート樹脂がイミノジ酢酸型キレート樹脂であることを特徴とする金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法にある。
【００１３】
上記発明によれば、金属ナトリウム中の不純物をイミノジ酢酸型キレート樹脂で捕捉するので、分析精度が向上した金属ナトリウム中の不純物元素の分析を行うことができる。
【００１４】
第４の発明は、第１の発明において、
上記分析手段がプラズマ発光分析、プラズマ質量分析、原子吸光光度分析であることを特徴とする金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法にある。
【００１５】
上記発明によれば、分析精度が向上した金属ナトリウム中の不純物元素の分析を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１に本実施の形態にかかる金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法の概略を示す。
図１に示すように、本実施の形態にかかる金属ナトリウム中の不純物元素の分析方法は、金属ナトリウム１１にアルコール（例えばエタノール）１２を少量づつ溶解させ、アルコラートを生成するアルコラート生成工程（Ｓ１０１）と、上記アルコラート１３に、水１４を加え溶解し、溶解物１５を得る水溶解工程（Ｓ１０２）と、得られた水溶解物１５を加熱し、アルコール１２の除去を行うアルコール除去工程（Ｓ１０３）と、アルコールを除去した試料１６をｐＨ４以上に調製するｐＨ調整工程（Ｓ１０４）と、ｐＨ調整した溶液１７にキレート樹脂１８を入れて攪拌させ、キレート樹脂内に不純物元素を捕捉するキレート濃縮工程（Ｓ１０５）と、ろ過により不純物元素を捕捉したキレート樹脂１９を回収後、キレート樹脂中の不純物元素を各種分析手段により分析する分析工程（Ｓ１０６）とから構成される。
【００１８】
上記アルコラート生成工程（Ｓ１０１）では、図２に示すように、例えば円筒状の容器２０内に金属ナトリウム１１を投入し、該金属ナトリウム１１の上層となるように、アルコール１２としてエタノールを用いて徐々に注入し、冷却しつつ金属ナトリウム１１をエタノール１２に溶解させ、アルコラート１３であるナトリウムエチラートを生成させている。
【００１９】
上記水溶解工程（Ｓ１０２）では、得られたナトリウムエチラートに超純水１４を加え溶解して水溶解物１５としている。
【００２０】
上記アルコール除去工程（Ｓ１０３）では、得られた水溶解物１５を加熱し、アルコール１２を蒸発させて乾燥させている。
【００２１】
上記ｐＨ調整工程（Ｓ１０４）では、アルコールを除去した試料１６に硝酸等の酸及び酢酸及びアンモニア等でキレート反応に適したｐＨ域であるｐＨ４以上の弱酸性領域（好ましくは5.３〜5.５）に調製している。
【００２２】
上記キレート濃縮工程（Ｓ１０５）では、ｐＨ調整した溶液１７にキレート樹脂１８を入れて攪拌させ、キレート樹脂内に不純物元素を捕捉するようにしている。
【００２３】
ここで、本発明で使用するキレート樹脂１８は、下記「化１」に示すイミノジ酢酸型樹脂を挙げることができるが、ナトリウム金属中の不純物を良好に捕捉するキレート樹脂であれば、当該樹脂に限定されるものではない。
【００２４】
ここで、キレート樹脂１８に金属ナトリウム１１中の不純物が濃縮されることにより、濃縮率が５０〜１００倍となる。
なお、キレート樹脂が金属を捕捉するメカニズムを「化１」に示す。
【００２５】
【化１】
0003735314.tif 000002
【００２６】
上記分析工程（Ｓ１０６）では、ろ過により不純物元素を捕捉したキレート樹脂１９を回収後、キレート樹脂中の不純物元素を各種分析手段により分析している。
【００２７】
上記分析はプラズマ発光分析、プラズマ質量分析、原子吸光光度分析等を挙げることができるが、ナトリウム金属中の不純物を分析する方法であれば、当該分析方法に限定されるものではない。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の好適な一実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
（１）金属ナトリウムの溶解
図２に示すように、金属ナトリウム１１の入った円柱形容器２０に、エタノール１２を少量づつ投入しつつ、金属ナトリウム１１とエタノール１２との界面２１において徐々に溶解させ、ナトリウムエチラートを生成した。
なお、溶解速度が遅くなったら、溶液をビーカに移し、新たなエタノールを投入した。
この溶解の際、多量の水素が発生する。
試料量は金属ナトリウムを５０〜１００ｇに対し、エタノールを１〜２Ｌ程度使用すればよい。
【００３０】
（２）残留アルコールの蒸発乾固
金属ナトリウムが溶解した試料溶液は、そのほとんどがアルコラート及びエチルアルコールである。
エチルアルコールを除去する為、例えばホットプレート等の加熱手段上で蒸発乾固した（約７０℃）。
【００３１】
（３）水溶解
アルコールを蒸発乾固させたものには、少量のアルコールが残っている場合があるので、乾燥したアルコラートに、純水約５００ｍｌを加え再度溶解した。
次に、サンドバス上で加熱し、再度残留アルコールの除去を行った。
【００３２】
（４）キレート樹脂による濃縮
図３は本実施例のキレート濃縮の工程図であり、これに基づいて本実施例の内容を説明する。
アルコールを蒸発した試料溶液（１〜２Ｌ）に、濃硝酸を加え溶液のｐＨを２以下に調製した（Ｓ２０１）。
一晩放置後、酢酸及び２５％アンモニア水を添加してｐＨを5.３〜5.５に調製した。
次に、キレート樹脂約５ｇを入れ、約２時間攪拌した（Ｓ２０２）。
ろ過してろ紙（５Ａ）にキレート樹脂のみを回収した（Ｓ２０３）。
次に、２Ｎ−硝酸２０ｍｌに、上記ろ紙毎浸漬し、約１時間攪拌した（Ｓ２０４）。
その後、１晩静置後、ろ過した（Ｓ２０５）。
ろ液を１００ｍｌに定容した（Ｓ２０６）。
この定容した試料を各種分析に用いた（Ｓ２０７）。
【００３３】
以下、本実施の形態においては、上記試料をプラズマ発光分析でＮｉ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ｃｒの分析を行った。
【００３４】
［プラズマ発光分光分析］
（１）標準液の調製
市販の原子吸光分析用標準液（１０００ｐｐｍ）を使用し、任意の濃度に調製した。
（２）測定
プラズマ発光分光分析装置により以下の分析波長で分析を行った。
Ｎｉ：221.647nm
Ｃｏ：238.892nm
Ｓｒ：407.771nm
Ｎｂ：309.480nm
Ｃｒ：267.716nm
【００３５】
［ナトリウム精製装置］
以下に、図４を参照してナトリウム精製装置の概略を説明する。
図４に示すように、本実施の形態にかかるナトリウム精製装置１００は、ナトリウムイオン導電性の固体電解質を介してナトリウム中の不純物を除去するナトリウム精製装置において、有底固体電解質筒１０１と、該有底固体電解質筒１０１を内設してなる外筒容器１０２と、上記有底固体電解質筒１０２に精製済の純ナトリウム（以下「純ナトリウム」という）１０３を少量充填すると共に、外筒容器１０２内に不純物含有ナトリウム１０４を充填し、固体電解質筒を介して両者のナトリウムが接するようにしてなり、この両者のナトリウム１０３，１０４に電極１０５，１０６を各々挿入してなると共に、該電極１０５，１０６に直流電圧を印加する電源１０７とを具備してなるものである。
【００３６】
そして、図４の拡大図に示すように、上記外筒容器１０２内に充填した不純物含  有ナトリウム１０４側を正とすると共に、純ナトリウム１０３側を負として直流電圧を印加し、不純物含有ナトリウム１０４中のナトリウム（Ｎａ）をイオン化（Ｎａ+ ）させて固体電解質筒１０１の電解質を通過させた後、固体電解質表面で電子（ｅ- ）と結合して精製ナトリウム（純ナトリウム）１０３を得るようにしている。
【００３７】
図４に示すような金属ナトリウム精製装置を用いて、金属ナトリウム精製の前後の不純物の分析結果を「表１」に示す。
「表１」の実試料の分析結果は２００℃の温度において金属ナトリウムを精製させた結果を示し、▲１▼は精製温度２００℃での精製後のβアルミナ内の金属ナトリウム中の不純物の濃度であり、▲２▼はそのβアルミナ外の不純物を多く含む濃度である。
【００３８】
【表１】
0003735314.tif 000003
【００３９】
「表２」は、他の金属ナトリウムにおいて、同様にして分析した結果を示す。
なお、表２においては、分析手段としたプラズマ発光分析以外に、プラズマ質量分析についても行い、分析評価を行った。
「表２」の実試料の分析結果は２００℃の温度において金属ナトリウムを精製させた結果を示し、▲３▼は精製温度２００℃での精製後のβアルミナ内の金属ナトリウム中の不純物のプラズマ発光分析（ＩＰＣ−ＡＥＳ）による濃度であり、▲４▼は精製温度２００℃での精製後のβアルミナ内の金属ナトリウム中の不純物のプラズマ質量分析（ＩＰＣ−ＭＳ）による濃度であり、▲５▼は精製温度２００℃での精製後のβアルミナ外の金属ナトリウム中の不純物のプラズマ発光分析による濃度であり、▲６▼は精製温度２００℃での精製後のβアルミナ外の金属ナトリウム中の不純物のプラズマ質量分析による濃度である。
【００４０】
【表２】
0003735314.tif 000004
【００４１】
表２に示すように、分析手段が異なるものでも分析精度において遜色ないことが判明した。
【００４２】
以上のように、本発明によれば、安全な操作でしかも供試量が２００〜５００ｇと従来のような３０ｇというような制限がなく、且つ分析精度が向上した金属ナトリウム中の不純物元素の分析を行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明によれば、金属ナトリウムにアルコールを少量づつ溶解させ、アルコラートを生成するアルコラート生成工程と、該アルコラートに、水を加え溶解する水溶解工程と、水溶解物を加熱し、アルコールの除去を行うアルコール除去工程と、アルコールを除去した試料をｐＨ４以上に調製するｐＨ調整工程と、ｐＨ調整した溶液にキレート樹脂を入れて攪拌させ、キレート樹脂内に不純物元素を捕捉するキレート濃縮工程と、ろ過によりキレート樹脂を回収後、キレート樹脂中の不純物元素を分析工程とを具備するので、安全な操作でしかも供試量が２００〜５００ｇと従来のような３０ｇというような制限がなく、且つ分析精度が向上した金属ナトリウム中の不純物元素の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる金属ナトリウム中の不純物元素の分析工程図である。
【図２】金属ナトリウムをアルコールに溶解させる一例を示す図である。
【図３】本実施例にかかる金属ナトリウム中の不純物元素の分析工程図である。
【図４】金属ナトリウムの精製装置の概略図である。
【符号の説明】
１１  金属ナトリウム
１２  アルコール
１３  アルコラート
１４  水
１５  溶解物
１６  アルコールを除去した試料
１７  ｐＨ調整した溶液
１８  キレート樹脂
１９  不純物元素を捕捉したキレート樹脂
【図１】
0003735314.tif 000005
【図２】
0003735314.tif 000006
【図３】
0003735314.tif 000007
【図４】
0003735314.tif 000008