コンデンサ−による水中の重水含有率の測定
【課題】水中の重水の含有率を測定する。
【解決手段】重水含有の水に染ませた紙を、小穴のある平面コンデンサ−の負極板と絶縁膜の間に置き、コンデンサ−に端子電圧をかけ、分極によるＨ＋，Ｄ＋イオンを引き出し磁場型質量分析器に導く。このとき、コンデンサ−と質量分析器は真空容器の中に置き、回転ポンプで排気し、５Ｐａ〜１０２Ｐａの圧力にする。
【解決手段】重水含有の水に染ませた紙を、小穴のある平面コンデンサ−の負極板と絶縁膜の間に置き、コンデンサ−に端子電圧をかけ、分極によるＨ＋，Ｄ＋イオンを引き出し磁場型質量分析器に導く。このとき、コンデンサ−と質量分析器は真空容器の中に置き、回転ポンプで排気し、５Ｐａ〜１０２Ｐａの圧力にする。
【発明の詳細な説明】
水溶液の中の重水をトレ−サ−として利用する方式が最近注目されている。水中の重水の含有率を測定するとき、比重計では水の比重（１．００）と重水の比重（１．１１）が近いので、１０数％以下の含有率では比重計の１％以下の精度誤差の範囲に入る。即ち、重水の有無が判定し難くなる。また、最近開発されたガスクロマトグラフィ−は重水素を強調した測定方法ではなく、一般のガスを共通して測定する。従って重水をトレ−サ−として水溶液中で使用する場合には、一般性の分だけ効果が低下し、複雑、高価になり、誤差の範囲が増大する。重水がトレ−サ−の場合には、重水を選択的に強調できる方法が望ましい。重水は高価なので、この点からも必要である。
この発明では平板コンデンサ−の絶縁膜と負電極の間に重水含有の水を染ませた紙を挟み、負電極板に小穴を開けてコンデンサ−の正、負極間に電圧を加えた。このコンデンサ−を真空容器に入れ、回転ポンプで排気し、５Ｐａ〜１０２Ｐａにすると紙の中でその水、重水が分極して、コンデンサ−の端子電圧で加速された水素正イオンＨ＋、重水素正イオンＤ＋がその小穴から発生する。これ等を簡単な９０′曲げ磁場型質量分析器で分析するとＨ＋，Ｄ＋が判明しそれ等の強弱に応じた正イオン電流が分析器のビ−ムコレクタ−の電流計に現れる。ここで驚くべきことに先の圧力範囲５Ｐａ〜１０２ＰａではＤ＋の分極効果がＨ＋より著しく大きいことが発見された。この現象は、純水Ｈ２Ｏに市販の重水Ｄ２Ｏを加えて、紙に染ませて実験すれば正確に判明する。その結果Ｈ２Ｏに１％のＤ２Ｏを加えて上の方法を試したとき、５Ｐａ〜１０２ＰａではＨ＋とＤ＋の質量分析の磁場特性が同程度になった。即ち、Ｈ＋とＤ＋のビ−ムコレクタ−への正電流のピ−ク値〜１０ｎＡが同じになった。Ｈ２Ｏ５０％とＤ２Ｏ５０％を同程度の基準とすれば、この方法ではＤ２ＯのＤ＋検出能力がＨ２ＯのＨ＋より５０倍大きいことを示している。Ｄ２Ｏの０．０２％（自然水の重水濃度）でも明確に検出できたことは重水トレ−サ−の検出能力としては画期的である。重水は放射性物質でなく、毒性も小さいのでトレ−サ−としてこの発明は今後期待される。なお、重水の反ミュ−ニュ−トリノによる水からの人工的製法は、既に特願２００４−３８２７０４に発表してあり、２０％近くの濃度があり（上の方法で正確に決定）価格も安価なので、この発明の検出装置に活用できる。
【図面の簡単な説明】
［図１］水と重水を染ませた紙を挟んだコンデンサ−と質量分析器
［図２］水に対する重水の含有率と質量分析図
【符号の説明】
［図１］
［Ｃ］：平面コンデンサ−、［ＭＡ］：磁場型質量分析器、Ｍ：金属板、Ｉｎｓ：コンデンサ−の絶縁膜（誘電膜）、Ｐ：水と重水を染ませた紙、Ｖ：コンデンサ−の端子電圧、Ｈ２Ｏ：純水、Ｄ２Ｏ：重水、ＢＣ：ビ−ムコレクタ−、ＢＭ：垂直磁場、Ｉ＋：ＢＣへの正電流、［ＶＣ］：真空容器、［Ｐｕｍｐ］：排気ポンプ（回転ポンプ）、Ｈ＋：水素正イオン、 Ｄ＋：重水素正イオン
［図２］
Ｄ２Ｏ／Ｈ２Ｏ：重水の水に対する比率（体積比）
ａ：Ｄ２Ｏ／Ｈ２Ｏ＝１０％
ｂ：Ｄ２Ｏ／Ｈ２Ｏ＝ １％
ｃ：Ｄ２Ｏ／Ｈ２Ｏ＝０．１％
【図１】
【図２】
水溶液の中の重水をトレ−サ−として利用する方式が最近注目されている。水中の重水の含有率を測定するとき、比重計では水の比重（１．００）と重水の比重（１．１１）が近いので、１０数％以下の含有率では比重計の１％以下の精度誤差の範囲に入る。即ち、重水の有無が判定し難くなる。また、最近開発されたガスクロマトグラフィ−は重水素を強調した測定方法ではなく、一般のガスを共通して測定する。従って重水をトレ−サ−として水溶液中で使用する場合には、一般性の分だけ効果が低下し、複雑、高価になり、誤差の範囲が増大する。重水がトレ−サ−の場合には、重水を選択的に強調できる方法が望ましい。重水は高価なので、この点からも必要である。
この発明では平板コンデンサ−の絶縁膜と負電極の間に重水含有の水を染ませた紙を挟み、負電極板に小穴を開けてコンデンサ−の正、負極間に電圧を加えた。このコンデンサ−を真空容器に入れ、回転ポンプで排気し、５Ｐａ〜１０２Ｐａにすると紙の中でその水、重水が分極して、コンデンサ−の端子電圧で加速された水素正イオンＨ＋、重水素正イオンＤ＋がその小穴から発生する。これ等を簡単な９０′曲げ磁場型質量分析器で分析するとＨ＋，Ｄ＋が判明しそれ等の強弱に応じた正イオン電流が分析器のビ−ムコレクタ−の電流計に現れる。ここで驚くべきことに先の圧力範囲５Ｐａ〜１０２ＰａではＤ＋の分極効果がＨ＋より著しく大きいことが発見された。この現象は、純水Ｈ２Ｏに市販の重水Ｄ２Ｏを加えて、紙に染ませて実験すれば正確に判明する。その結果Ｈ２Ｏに１％のＤ２Ｏを加えて上の方法を試したとき、５Ｐａ〜１０２ＰａではＨ＋とＤ＋の質量分析の磁場特性が同程度になった。即ち、Ｈ＋とＤ＋のビ−ムコレクタ−への正電流のピ−ク値〜１０ｎＡが同じになった。Ｈ２Ｏ５０％とＤ２Ｏ５０％を同程度の基準とすれば、この方法ではＤ２ＯのＤ＋検出能力がＨ２ＯのＨ＋より５０倍大きいことを示している。Ｄ２Ｏの０．０２％（自然水の重水濃度）でも明確に検出できたことは重水トレ−サ−の検出能力としては画期的である。重水は放射性物質でなく、毒性も小さいのでトレ−サ−としてこの発明は今後期待される。なお、重水の反ミュ−ニュ−トリノによる水からの人工的製法は、既に特願２００４−３８２７０４に発表してあり、２０％近くの濃度があり（上の方法で正確に決定）価格も安価なので、この発明の検出装置に活用できる。
【図面の簡単な説明】
［図１］水と重水を染ませた紙を挟んだコンデンサ−と質量分析器
［図２］水に対する重水の含有率と質量分析図
【符号の説明】
［図１］
［Ｃ］：平面コンデンサ−、［ＭＡ］：磁場型質量分析器、Ｍ：金属板、Ｉｎｓ：コンデンサ−の絶縁膜（誘電膜）、Ｐ：水と重水を染ませた紙、Ｖ：コンデンサ−の端子電圧、Ｈ２Ｏ：純水、Ｄ２Ｏ：重水、ＢＣ：ビ−ムコレクタ−、ＢＭ：垂直磁場、Ｉ＋：ＢＣへの正電流、［ＶＣ］：真空容器、［Ｐｕｍｐ］：排気ポンプ（回転ポンプ）、Ｈ＋：水素正イオン、 Ｄ＋：重水素正イオン
［図２］
Ｄ２Ｏ／Ｈ２Ｏ：重水の水に対する比率（体積比）
ａ：Ｄ２Ｏ／Ｈ２Ｏ＝１０％
ｂ：Ｄ２Ｏ／Ｈ２Ｏ＝ １％
ｃ：Ｄ２Ｏ／Ｈ２Ｏ＝０．１％
【図１】
【図２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサ−の電極と誘電膜の間に重水を含む水溶液に浸した物を置き、電極に穴を開け、コンデンサ−の電極間の電界で重水を含む水溶液を分極させ、イオンを引き出し、質量分析器で分析する装置。
【請求項１】
コンデンサ−の電極と誘電膜の間に重水を含む水溶液に浸した物を置き、電極に穴を開け、コンデンサ−の電極間の電界で重水を含む水溶液を分極させ、イオンを引き出し、質量分析器で分析する装置。
【公開番号】特開２００６−２５８７８０（Ｐ２００６−２５８７８０Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１６２６１（Ｐ２００５−１１６２６１）
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（３９１０１０１９４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（３９１０１０１９４）
【Ｆターム（参考）】
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