2022 Fiscal Year Annual Research Report

フェムトモル超高感度電気分析を用いたAc-225系列核種オンライン分析法の開発

Research Project

Project/Area Number	21H02863
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	白崎謙次東北大学, 金属材料研究所, 講師 (70447176)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	菊永英寿東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (00435645) 近藤創介東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10563984)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	Ac-225 / 微小電極 / 電気化学測定法 / 放射線測定
Outline of Annual Research Achievements	本研究は4つのテーマについて実施した。テーマ1は「収束イオンビーム超微細加工装置（FIB）を用いた最適形状・材質の微小電極の作製」であり、テーマ2は「微小電極を用いた放射性物質使用環境下での電気化学測定」、テーマ3は「超高感度電気分析の実証」、テーマ4は「Ac-225分離精製法の最適化」である。テーマ1では、マイクロバンド型についてはシングルバンド電極の検討を開始し、ナノピペット型については、ピペット原型を電気炉以外の方法で作成することを目標に、イオンコーターを用いた積層炭素皮膜の時間と厚さの関係を明らかにした。テーマ2では、電気化学測定用ファラデーゲージを、スチールボックスをベースに作製し、市販の微小電極（φ10μm, Pt電極）を使用した定電位電解時に発生するノイズ評価を実施した。また、希薄な酢酸鉛を含むメタノール溶液を用いた定電位電解を行った。炭素櫛形電極（線幅10μm）を用い、酸化物析出を経た酸素発生による電極応答を調べた。測定濃度範囲とノイズの評価を実施し、nM以下となるとこれらの判別が難しいことを確認した。テーマ3の準備として、電極触媒増幅法のための電気化学セルの検討を開始した。2種類の電解液を2槽に分けて入れ、両槽は塩橋を介して接続することにより電気的、イオン的に中性となるような工夫がなされている。塩橋の代わりにイオン交換膜を使用する場合、塩橋に寒天を含む塩を使用する場合、寒天の代わりにフッ素系化合物を用いる場合について基礎的な検討を行った。テーマ4では、前年度未実施であったICP-MSを使った実験に着手した。初期的な検討として、Acと同じアクチノイド元素であるネプツニウム、アメリシウムを用いてICP-MS用の検量線溶液を調製し、これを用いた濃度測定を実施した。また、Ac-225の分離精製時に、カラムから流出した無機成分をSEM-EDS測定により分析し、カラム前処理により除去する方法を策定した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason テーマ1では、マイクロバンド型（櫛形）に代わりマイクロバンド（単線）電極の検討を開始した。電極端子部分を金、電極部分を炭素蒸着により作成する。現在、既存電極を元にバンド部分を試作している。一方、ナノピペット型については、形状を再現することが難しい（具体的には、ピペット原型の作製に化学蒸着法と900℃の高温電気炉を使用する必要があり難しい）ことが判明したため、ピペット原型を電気炉以外の方法で作成することを目標に、イオンコーターを用いた積層炭素皮膜の検討を進めている。テーマ2では、ファラデーゲージをスチールボックスベースで作製し、市販の微小電極（φ10μm, Pt電極）を使用した定電位電解時に発生するノイズ評価を実施した。現在、現状ノイズが±8 nA程度にまで抑制されたが、fM濃度の測定のためには数pAレベルに低減する必要があり、更なるノイズ低減対策が必要である。テーマ3の準備として、電極触媒増幅法のための電気化学セルの検討を実施中である。2槽式の電気化学セルを想定し、両槽を塩橋又はイオン交換膜を介して接続することにより電気的、イオン的中和をとる構造となるように設計した。塩橋の代わりにイオン交換膜を使用する場合、塩橋に寒天を含む塩を使用する場合、寒天の代わりにフッ素系化合物を用いる場合について、イオン伝導測定などの基礎的な検討を行った。テーマ4では、ICP-MSを使った実験を実施中である。初期的な検討として、Acと同じアクチノイド元素であるネプツニウム、アメリシウムを用いてICP-MSを用いた濃度測定を実施した。また、昨年度調製した減衰後のAc-225試料溶液についてICP-MSのための予備検討（ICP-AESを用いたバルク元素確認）を実施した。Ac-225の分離精製時に、カラムから流出した無機成分を分析し、処理する方法を検討した。
Strategy for Future Research Activity	テーマ1では、前年度に引き続きマイクロバンド（単線）型の微小電極を、FIBを用いて作製する。ガラス基板に金または炭素を成膜、b.絶縁膜を積層、c.電極パターン部分の絶縁皮膜をFIBにより除去、d.測定器端子と接続の工程で作成する方針である。また、ナノピペット型の微小電極については、ピペット原型をイオンコーターによる積層炭素皮膜によって調製する方向で検討を進める。作製した電極をテーマ3にて使用、問題点をフィードバックし、最適形状・材質を決定する。テーマ2では、ファラデーゲージのノイズ除去性能の検証を引き続き行う。現状ノイズが±8 nA程度にまで抑制されたが、fM濃度の測定のためには数pAレベルに低減する必要があり、セルのみならずポテンショガルバノスタット自体に対してもノイズ対策を施す方針である。テーマ3では、2槽式の電気化学セルを制作し、塩橋またはイオン交換膜のいずれかを用いて電極触媒増幅法を用いた鉛イオン検出を試みる。テーマ4では、前年度未達であった減衰後のAc-225試料溶液のICP-MSによる定量分析を行い、（準）安定核の存在量から壊変核種の物質量を推測する。さらに、Ac-225の分離精製後の溶液について、TLCを用いて錯化剤との反応を評価する。