カスケード型ICP-MSによるストロ ンチウム90分析
Anal. Methods, 2014, 6 (2), 355 – 362.

（福島大理工）高貝 慶隆

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放射線分析／質量分析における問題点

分析上の問題・長い分析時間・単離操作→熟練のスキル必要・同重体の分離→質量分解能の高い質量分析計の使用
AMS, TIMS, GD-MS, ICP-SFMS

天然に豊富に存在

放射線分析では，緊急時における分析が間に合わない。
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高周波誘導結合プラズマ－質量分析計（ICP-QMS）
・短時間（数分）で金属イオンを分析できる。
・多くの分析機関が保有している。
⇔ AMS, TIMS, GDMS, ICP-SFMS

・RI資格がいらない。
・マイクロウェーブ分解装置と併用することで，液体，固体に関わらず分析できる。
・試料の密度や自己吸収を考える必要がない。

放射線分析機器に比べてメリットが多い→ 一般的な分析機関ですでに保有。
問題点・同重体の分離（質量分解能）
・放射性Sr分析における分析感度不足
そこで・・・

5非常に煩雑で、経験やスキルを要する公定法
90

Sr concentional analytical protocol for soil---110mg/mL Sr(NO3)2 100mL---HCl 300mL
Heating and extraction on a hot plate (at 300ºC for 3h)
Effluent(To drain)

Cation exchange column
Dowex 50W-X8

1L Beaker

Cooling down to room temp.

♣♣From previous page, right column [sample after heating]♣ From left column [sample is dissolved in HCl (1+23) sol.]

30g of soil sample--------

Filtering (using 5A-filterpaper) *Record of the milking date and the time

Sample sol. charges tocolumn(5ml/min)[Eluate A] 2M CH3COONH4-CH4OH (1：1)
1000mL (flow rate at 5ml/min)

Filtrate(Store)

Sediment--- Dissolve the sediment using the 5mL of Hot HCl sol. (1+5), (3-times repetition)---Washing using hot distilled water[Eluate B] 2M CH3COONH4--- NH4Cl 1g

600mL (flow rate at 5ml/min)--- Phenolphthalein (2 g/L in ethanol) 0.5mL

Filtering with aspiration (using 5C-filterpaper and GA-200 glass filter)--- conc. NH4OH (28%)
Washing using hot distilled water
Residue(To trash)

Filtrate

Elution including 90Sr (was obtained by Eluate B)

HeatingHeat and exsiccation (on hot plate at 300ºC)

Filtering (using 5A-filterpaper)--- conc. HNO3 5mL--- 50mgCa/mL CaCO3 5mL--- Distilled water (up to approx. 70% of the beaker capacity)

Heat and exsiccation (on hot plate at 300ºC)--- NaOH (adjust at pH 10)--- Distilled water 40 mL--- Na2CO3 30g--- 50 v/v% HCl 1 mL

(To trash)--- 5 mgFe/mL FeCl3 sol (in 50% HCl) 1mL

Heat and Boil
Rest for whole nightFiltrateSediment--- Dissolve the sediment using the 5mL of Hot HCl sol. (1+5), (3-times repetition)---Washing using hot distilled water--- NH4Cl 1g--- NH4Cl 1g--- Phenolphthalein (2 g/L in ethanol) 0.5mL--- Phenolphthalein (2 g/L in ethanol) 0.5mL--- conc. NH4OH (28%)--- conc. NH4OH (28%)
Decantation

Heating

Centrifuge

Filtering (using 5C-filterpaper)

Heating*Scavenging (recording thedate and time)

Filtering (using 5C-filterpaper)

Wash using hot ammonia sol.(1+500)
Supernatant Sediment is placed in 1L beaker

Sediment(To drain)(To trash)--- HCl 30mL (it is to dissolve the sediment)--- Distilled water (up to approx. 70% of the beaker capacity)

Dry (using IR lamp)

Filtrate--- Saturated (NH4)2CO3 sol. 5mL←collodion-ethanol sol (v:v=1:20)

Heating

Dry (using IR lamp)

Filtering with aspiration (using 1G4 Glass filter)

Measurement using Low Background Gas Flow Beta Counter*--- H2C2O4 40g--- NH4OH (adjust at pH 4.2)
Heat and Boil
Filtrate
Rest for whole night*LBC-4202B Hitachi Aloka Medical, Ltd.

Wash using ammonia sol. (1+100) and ethanolSediment(Trash)Dry (using oven at 105ºC for 1h)

Decantation
Cooling down to R.T. and measurements of the sample gravity
Supernatant Filtering with aspiration (using 5C-filterpaper)--- Dissolve and Wash using HCl(1+3) and distilled water.

(To drain)--- Reagents for coprecipitation
Ashing using electric furnace (at 600ºC for 3h)---HCl (1+1) (it is to dissolve the sediment)
Heat and exsiccation (on hot plate at 300ºC)--- HCl(1+23) 50mL (To dissolve the sediment)
Filtering (using 5C-filterpaper)--- HCl(1+23) 450mL(1mgFe + 10 µgY)/mL, 5mL
Staying for over 14-day from scavenging process--- NH4Cl 1g--- Phenolphthalein (2 g/L in ethanol) 0.5mL--- conc. NH4OH (28%)
Heating♣Continue to right column♣♣Continue to next page, left column

最短で2週間，通常1か月の前処理時間

カスケード濃縮分離内蔵型ICP-QMSシステムの概要
全自動制御

本法の優位性：サンプル及び溶離液の流路

ｻﾝﾌﾟﾙ溶液

溶離液バルブｶｽｹｰﾄﾞ型分離ICP-MS装置内

分離場

分離場

検出場

カラム

ﾘｱｸｼｮﾝｾﾙ

質量分析計

同重体の精密分離

濃縮と同重体の粗分離マトリックス除去・濃縮・粗分離ポンプ

 約15分/ 試料の測定
 高選択性（多段分離）
 高感度化（自動濃縮） 安全性確保（全自動） RI 標準液が不要

Srﾄﾗｯﾌﾟ

精密分離

自動切換
バルブ

ポンプ

リアクションセル内（マスフィルター）

O

溶離液

通過90＋
Sr

進入90 ＋
Zr

進入

リアクションガス
（酸素）

廃液
サンプル

ICP-MSへ

質量変換

Sr

酸化反応

16＋

106

20 μm

90 ＋
Zr
16O

イオンレンズ側

90＋
Sr

90＋
Sr

Zr＋

O

ストロンチウム認識分子オンラインカラム濃縮分離（双方向回転型8系統ダブルポンプ）

系外排出

装置内の酸化反応を用いる
同重体の干渉除去

金属酸化反応による分離

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装置外観と各部でのアプローチ
マイクロウェーブ加熱
溶出装置

双方向回転型
8系統ポンプICP-QMS 超音波
ﾈﾌﾞﾗｲｻﾞｰ③
Sr濃縮分離カラム
検出
マスバイアス調整（セルパス電圧）
四重極マスフィルター

レンズ

Sr-90
スクラバ付排気装置

ＭＷ加熱溶出Microwave

プラズマ
トーチ

システム概観（写真）② リアクションセル（四重極マスフィルター）① カラム← 試料 0.5 g← HNO3← H2O2
分解容器（4～48本）

Zr Y

自動制御

例;

検出器

リアクションによる干渉除去
90（濃縮・分離）Sr
オートサンプラー

Y Zr
Matrix超音波
ネブライザーYReaction

ﾏｲｸﾛｳｪｰﾌﾞ
（MW）加熱溶出

カラム分離濃縮部

Sr-90

ZrO

ドレイン

DRC mode

STD modecheck

前処理装置

SrZr

Sr-90
Zr-94
Y-89

Sr-88の検量線でSr-90を定量する

ICP-MS部（分離・検出）

自動制御・計測システム（システム内で連動）
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まとめ 90Sr分析に特化したカスケード濃縮分離型の高周波誘導結合プラズマ質量分析（ICP-MS）システムを開発した。
 従来法は，２週間から１か月の分析時間を要したが，本法は１時間以内で分析することができる。
 土壌，水質などへ応用できる。
 福島県内の放射線量の高い地域の土壌を測定して，公定法と本法に有意差がないことを実証した。
 福島県内の土壌，海底土測定を行う。

 東京電力福島第一原子力発電所内での稼働を目指す。
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