研究報告

質量分析法と燃焼− LSC 法による植物中の組織結合型トリチウム測定
玉利俊哉 *，柿内秀樹 **，百島則幸 ***，N. Baglan****，杉原真司 ***，宇田達彦 *****
COOH 基などの一部として存在し，容易に自由水と１．はじめに環境中のトリチウムには，大気上層で起こってい交換するものである。したがって交換型 OBT は，そる大気と宇宙線の核反応により生成しているもの 1），の時点での環境における大気中水蒸気，土壌中水分1950 − 60 年代に行われた大気圏内核実験によるものトリチウム濃度を反映する。非交換型 OBT は，有2）のなどがある ．環境中のトリチウム濃度は，大気機物の C – C 骨格に結合し，容易に交換しない。し圏核実験による大きな放出により 1960 年代初頭にたがって非交換型 OBT は生育期間での蓄積を反映す最大濃度となり，1963 年の部分的核実験停止条約締ることになる。

結以降，濃度は減少に転じた。現在の環境中トリチ

交換型 OBT は，周囲の水蒸気のトリチウム濃度レウム濃度レベルは十分に低く，人体への影響は無視ベルにより容易に変動するため，交換型，非交換型できる程度である

3-4）の区別は線量評価上重要である。しかしこれらを分。

核融合炉では大量のトリチウム利用が計画されて別する方法は標準化されていない。本報告では，牧い る。 国 際 熱 核 融 合 実 験 炉（ITER; International

草乾燥試料について，2 種類の分析法により実施しThermonuclear Experimental Reactor） で は 数 kgた結果と，交換型 OBT の除去法について検討した結のトリチウムを使用予定であり，これは地球上に存果について紹介する。

在している天然起源のトリチウム量に匹敵すると見積もられている 4）。局所的な多量のトリチウム取扱

２．実験

いは，深刻な被ばくが懸念される。食物連鎖を通じ試料は，OBT 測定のための標準試料として共著者

た摂取によりトリチウムによる実効線量は増加するにより提供された牧草乾燥物である。これはフランため，施設から放出されるトリチウムによる影響をスの牧草地にて 2009 年に採取され、乾燥以外の処より理解する必要がある。

理は加えられていないものである。

水素は生体の構成元素であるため，トリチウムは分析は燃焼−液体シンチレーションカウンタ法（以生体組織中にも存在する。生体中のトリチウムは，

下燃焼− LSC 法），及び質量分析法により実施した

自由水トリチウム（FWT: Free Water Tritium）と，（Fig.1）。

組 織 結 合 型 ト リ チ ウ ム (OBT: Organically Bound

非交換型 OBT 分析のためには，まず前処理においTritium) として存在している。FWT は，細胞内外て交換型 OBT を除去する必要がある。本試験では無の自由水中に HTO の形で存在しており，水と同様トリチウム水により同位体交換させることで交換型の挙動をとる。一方，OBT は交換型，非交換型のもOBT を除去する方法を採った 5-7）。牧草乾燥物 30 gのから成る。交換型 OBT は，組織中の− OH，−に無トリチウム水 250 mL を加え，24 時間浸漬，そ*（財）九州環境管理協会 , ** （財）環境科学技術研究所 , *** 九州大学 アイソトープ総合センター****・CEA, Department of Analysis, Surveillance, Environment, France, ***** 核融合科学研究所
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ことが確認されている深井戸水を蒸留精製したものである。
燃焼− LSC 法は、（財）九州環境管理協会にて実施した。本方法では，サンプルを燃焼して水素同位体を水として回収，LSC にて測定する。燃焼装置
を Fig.2. に示す 8）。あらかじめ内部を N2 雰囲気とした燃焼装置にサンプルを設置した後，O2 を試料前方，及び白金網を設置したサンプル後方に供給す

Fig. 1. The ﬂow diagram of radiometry

る。石英管の外部よりガスバーナーにて加熱し，燃and mass spectrometryの後 60℃にて乾燥した。交換型 OBT の除去をより焼を開始する。燃焼により発生したガスは，石英管確実にするため，この操作を 3 回繰り返した。また

後方の 450℃に加熱された白金アルミナ触媒（Sigma-各洗浄液は，除去された交換型 OBT 量を見積るためAldrich Corp）200 g によって完全燃焼される。コー

保存し，後に分析に供した。なお，無トリチウム水

ルドトラップに集められた燃焼水に KMnO4，Na2O2は電解濃縮による測定で，トリチウムが含まれないを加え還流分解後，数回蒸留精製し，紫外領域の吸Fig. 3. Mass spectrometer(VG-5400;Micromass)50光が無い（有機物の残留が無い）ことを確認した。に入れ，容器内の雰囲気中 He を除去するため，キャ精製した燃焼水を 20mL テフロンバイアル中に液リアーとしてアセトンを少量加えた後，真空システ体シンチレータ（Ultima Gold LLT, Perkin Elmer）

ム（10 − 4 Pa 以下）にて十分排気した。排気したと混合し，低バックグラウンド液体シンチレーショ後に容器を密閉，− 30 ℃にて数ヶ月間貯蔵し OBTンカウンタ（LSC LB-5, Aloka LTD）によりトリチからの 3He 生成を待った。生成した 3He を希ガスウムを測定した（測定時間 1,000 分）。本測定では燃質量分析計 (Fig 3, VG-5400, Micromass) にて測定

焼水体積あたりのトリチウム濃度 (Bq/L) が得られる

し，3He 成長率からトリチウム濃度を求めた。また，が，別途元素分析（九州大学理学研究院

4中央元素He を同時に測定し，大気中の 4He に対する 3He 存

在比 3He/4He = 1.384 x 10 −分析所）によって得られた本試料の H 含有量から，

6 9）から，貯蔵中の雰囲

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乾燥物あたりのトリチウム濃度 (Bq/kg) を求めた。

気中 He コンタミを評価した。得られるトリチウム

質量分析法は，（財）環境科学技術研究所にて行われ濃度は乾燥物あたりの濃度 (Bq/kg) である。

た。乾燥試料を密閉容器に一定期間貯蔵し，OBT から生成した 3He を質量分析計にて測定する。測定は，３．結果無トリチウム水による洗浄前処理を行ったものと，牧草乾燥試料の H，C，N 濃度はそれぞれ 5.86 %，無処理のもの双方について実施した。乾燥試料 5 −45.12 %，2.68 % で あ っ た。 こ の H 濃 度 か ら 30 g

20 g をアルミノシリケイトガラス（8252, Schott）の試料を燃焼すると，15.8 g の燃焼水が得られるこ51

とになる。実際に得られた燃焼水は還流，蒸留によた質量分析計では，10 ４ 個の 3He 原子数が 3H の定る精製工程を経て，最終的に精製水として 8 g 程度量のために必要である。OBT 濃度が 0.1 Bq/kg の場となった。この精製水を LSC にて測定して得られ合，試料 10 g からの 3He 生長速度は 0.001 atoms/s

た非交換型 OBT 濃度を TABLE I に示す。非交換であるので，この濃度を検出するためには 90 日以上

型 OBT の平均濃度は燃焼水あたり 47.2 ± 4.6 Bq/L保管すれば良い。TABLE I に示す結果は，ガラス容（39.7 〜 51.8 Bq/L），H 含有量 5.86 % から換算した

器中での密閉保管期間が 16 〜 112 日であるが，本乾燥試料あたりの平均濃度は 24.9 ± 2.4 Bq/kg（20.9

試料の濃度レベルは十分に測定可能であった。

〜 27.3 Bq/kg）であった。

現在の日本における環境試料中の OBT 濃度は，乾質量分析法では，非交換型 OBT の平均濃度は，乾燥物あたり数 Bq/kg ほどで，本試験で使用した牧草燥試料あたり 26.3 ± 0.7 Bq/kg（25.2 〜 27.0 Bq/試料よりも低い濃度レベルである。燃焼− LSC 法にkg）であり，洗浄前処理を行わない試料の平均濃度

よる OBT 測定は，バックグラウンドレベルの大まかは 35.1 ± 3.8 Bq/kg（30.6 〜 40.5 Bq/kg）であった。

な評価，トリチウム放出施設のモニタリングには適質量分析法では試料の水素含有量による補正は必要用できるであろう。100mL のテフロンバイアルを使ない。以上のとおり，本試料の乾燥物あたりの交換用し，供試する精製水の量を増やしても，大幅な感型 OBT 濃度は，燃焼− LSC 法で 24.9 ± 2.4 Bq/kg ，度改善は期待し難い。したがって，OBT 測定におい質量分析法で 26.3 ± 0.7 Bq/kg であり，両法によるて，現在のところ質量分析法が最も有力な方法とい分析結果は良く一致した。

える。

交換型 OBT について，乾燥試料 30 g を無トリチ
ウム水 250 mL に浸漬した際の洗浄液を精製，LSC４．まとめにて測定することで評価した。3 回の洗浄工程にお牧草乾燥物の試料について，非交換型 OBT の測定ける各洗浄液の濃度を TABLE II に示す。洗浄 3 回を，燃焼− LSC 法及び質量分析法の 2 法で実施した。

目でトリチウム濃度は検出下限値未満（< 2.0 Bq/

また，交換型 OBT 除去のための前処理法について検kg）であった。したがって，この洗浄工程により前討した。交換型 OBT 除去は，乾燥サンプルを無トリ処理を行って得られた OBT 濃度は，非交換型 OBTチウム水にて 3 回洗浄する方法を採った。その結果，濃度であるといえる。また，交換型 OBT 濃度は，3 回目の洗浄液中のトリチウム濃度は検出下限値未TABLE II に示すとおり，乾燥物あたり 8.9 ± 0.9満であった。したがって，この前処理法を実施したBq/kg と評価される。

ものについて得られた OBT 濃度は，非交換型 OBT

交換型 OBT 濃度は，TABLE I に示す質量分析法濃度であると評価される。

による測定結果における，洗浄前処理の有無によるまた，燃焼− LSC 法，及び質量分析法の 2 法によ濃度差からも評価される。濃度差は 8.8 ± 3.9 Bq/kg

り非交換型 OBT 分析を行った。その結果は良く一致であり，この質量分析法による交換型 OBT 濃度は，し，環境試料へのこれら方法の適用妥当性が確認さ洗浄液を LSC にて測定した結果（TABLE II）と極れた。しかし検出下限値は，燃焼− LSC 法よりも質めて良く一致した。

量分析法が優れており，トリチウムの環境動態に係る OBT の詳細な分析において推奨される。

LSC による本測定の検出下限値は，20mL テフロンバイアルの使用，測定時間 1,000 分の条件で約 1.0
Bq/L である。この燃焼水体積あたりの検出下限値は，謝辞
本研究は，核融合科学研究所 LHD 計画共同研究

試料の H 含有量から乾燥物重量あたりに換算すると(NIFS 10K0BA021) により実施された。

0.5 Bq/kg となる。一方，質量分析による検出下限値
は燃焼− LSC 法よりも低くなる 10）。本試験で使用し52

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