Development of rapid analytical method for 226Ra in natural water and urine sample using inductively coupled plasma mass spectrometer

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12331
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 富田 純平 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 放射線管理部, 研究職 (70637280)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ラジウム-226 / 四重極型誘導結合プラズマ質量分析計 / 迅速分析 / 天然水 / 尿

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，四重極型誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-QMS)による226Ra迅速測定と化学収率補正用トレーサーとして放射性物質を使用することなく，試料にもともと含まれる安定Baの回収率でRaの収率補正を可能とする簡便・迅速な化学分離法を組み合わせ，管理上妥当な検出限界値(0.37 Bq)を担保した簡便で汎用性の高い天然水及び尿試料中の226Ra迅速分析法を開発することを目的としている.
令和元年度は，ICP-QMSによる226Ra測定条件，天然水からのRa前濃縮及びRaの化学分離法について検討した．まず，環境試料（岩石）から実験に用いる226Raを含む溶液を作成した．次に，ICP-QMSによる226Ra測定について，通常の測定モードと干渉を低減できるHeコリジョンモードの測定条件を検討した．その結果，どちらの測定モードにおいても，1 Lの天然水からRaを化学分離することで目標とする検出限界値（0.37 Bq）を担保することができ，γ線スペクトロメトリーと同程度の検出限界値まで評価できる見通しを得た．また，本研究の化学分離法で得られるBaを高濃度に含む測定溶液は，Baを含まない溶液と比較して226Raの測定感度が低下したことから，マトリックスマッチングの必要性が確認された．
MnO2レジンを用いたバッチ法による天然水からのRa前濃縮法について検討した．その結果，水中のRaとBaのレジンへの吸着率が異なり，従来のレジン量では全て吸着するには不十分であること，1 M HNO3のみで全てのRaをMnO2レジンから溶離することは困難であることを明らかにした．また，DGAレジンを用いたRaの化学分離法を検討した結果，RaとBaを概ね分別なく高い化学収率（Ra: 94±2，Ba: 93±1, n=3）で回収できた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和元年度は，ICP-QMSにおける226Ra測定条件，水試料からのRa前濃縮及び化学分離法の検討を行った．ICP-QMSにおける226Ra測定については，通常の測定モードとHeコリジョンモードについて検討し，測定条件を概ね決定することができた．また，その条件で作成した検量線から検出下限値を算出したところ，1 Lの天然水からRaを化学分離することで目標とする検出限界値（0.37 Bq）を担保することができ，γ線スペクトロメトリーと同程度の検出限界値まで評価できる見通しを得た．MnO2レジンを用いた水中Raの前濃縮法について検討した結果，MnO2レジンへの吸着・溶離特性がRaとBaで異なり，より詳細な検討が必要であることが明らかとなった．一方，DGAレジンを用いたRaの化学分離法については，RaをBaと概ね分別なく高い化学収率で回収することができた．
また，令和2年度から新たに実施する尿試料中のRa化学分離法の検討に用いる133Ba標準溶液も購入済であり，実験を開始する準備が整っている．
以上のことから，現状，研究活動は概ね順調に進んでいると考えられる．

Strategy for Future Research Activity

令和元年度に226RaのICP-MS測定条件を概ね決定し，天然水中Raの前濃縮及び化学分離法についての基礎検討を実施した．令和2年度は，これらの検討結果を踏まえ，MnO2レジンを用いた前濃縮においてRaがBaと同じく挙動する条件（吸着時のイオン強度と樹脂量/水試料量の比，溶離時の酸濃度，種類等）をより詳細に調査し，手法を改良する．改良した前濃縮法と化学分離法及びICP-MS測定を組み合わせ，分析法の妥当性を評価する．その後，ウラン鉱床地域の天然水を採取し，開発した分析法の適用可能性を検証する．開発した分析法については，学会等での発表を通じて，専門家と議論をする．
また，令和2年度は，尿中の226Ra迅速分析法の開発に着手し，化学分離法の検討を開始する．尿試料（本研究では合成尿を用いる）には硫酸イオンが高濃度に含まれるため，安定元素のBaを添加できない．そこで，放射性の133Baを用いることで，各々の操作におけるBaとRaの挙動を把握し，尿中Raの化学分離法について検討する．

Causes of Carryover

実験に用いる226Raを含む溶液を調整するために，日本原子力研究開発機構人形峠環境技術センターにおいて地下水を採取するための旅費及び運搬費を計上していた．しかしながら，環境試料（岩石）から実験に用いる226Raを含む溶液を作成可能であったため，試料採取を行わず，226Raを含む溶液を作成するために必要な樹脂を購入したことから，次年度使用額が生じた．
令和2年度は，Ra及びBaのMnO2レジンへの吸着・溶離特性をより詳細に検証する必要が生じたため，生じた次年度使用額をMnO2レジンの追加購入に使用する．