図1は放射性フッ素アニオン濃縮装置の一実 施例を示す概略構成図である。
 フローセル2は2枚の絶縁性基板2a,2bが接合さ れて構成されており、その内側に流路6が形� �されている。流路6内に平行に対向して配置� ��れた一対の電極4a,4bを備えている。電極4a,4b はそれぞれ基板2a,2bに固着されている。フロ� ��セル2は温度調節部12上に載置されている。� ��路6の一端が例えばシリンジポンプにより構 成される送液部8に接続された液体導入口と� �っており、他端が流路6を流れた液体をフロ� ��セル2外へ排出するためのドレインとなって いる。

 送液部8は ¹⁸ F ^- イオンを捕捉する工程では ¹⁸ F ^- イオンを含有する[ ¹⁸ O]-H ₂ O水溶液を送液し、捕捉した ¹⁸ F ^- イオンを回収する工程では ¹⁸ F ^- イオンを回収するための液体を送液するよう に、送液する液体を適宜切り替えるか、又は それぞれの液体用の送液部に変換することが できるようになっている。

 電源装置14は電極4a,4bに電気的に接続され ており、電極4a,4b間に電圧を印加するととも� ��、両電極4a,4b間に印加する電圧の極性を反� �させることができるようになっている。

 図2A~図2Dは同実施例のフローセル2を説明す� ��ための図であり、図2Aはその平面図、図2Bは 図2AのX-X位置における断面図、図2Cは基板2aの 底面図、図2Dは基板2bの平面図である。
 フローセル2は絶縁性基板2a,2bが直接接合さ� ��たものである。両基板2a,2bの接合方法は、� �えば陽極接合やフッ酸接合など堅牢な接合� �法である。両基板2a,2bの接合面に流路6が形� �されている。

 基板2aの基板2bと向き合う平坦面に流路6内� �位置する形状にパターン化されたペースト� �の炭素材料が形成され、それが焼結されて� �素電極4aが形成されている。炭素電極4aは基� ��2aに設けられた貫通穴15aに埋め込まれた引� �し線16aによって外部に引き出されて電源装� �14に接続されている。貫通孔15aは例えばエッ チングやサンドブラストなどで形成すること ができる。
 基板2aには、流路6の上流端に液体を導入す� ��ための液体導入口となる貫通穴7aと、流路6� ��下流端から液体を排出するための液体排出� ��となる貫通穴7bが形成されている。

 基板2bの基板2aと向き合う面に基板2aの対� ��面とで流路6をなす溝6aが形成されている。� ��6aの底面に金属電極4bが形成されている。溝 6aの深さは100~500μm程度である。対向電極4bは� ��例えば白金、金、アルミニウム、タングス� ��ン、銅、銀、導体シリコン、チタン、クロ� ��からなる金属膜がマスクを介して蒸着又は� ��パッタリングにより形成されたものである� ��対向電極4bは基板2bに設けられた貫通穴15bに 埋め込まれた引出し線16bによって外部に引き 出されて電源装置14に接続されている。貫通� ��15bもエッチングやサンドブラストなどで形� ��することができる。

 基板2aはパイロポリマーからなる炭素電� �を焼結により形成することから耐熱性のあ� �基板である必要がある。そのような基板と� �て、石英ガラス、パイレックスその他のガ� �ス基板、シリコン基板などを用いることが� �きる。基板2bは流路となる溝を形成すること ができ、金属薄膜を形成することのできる基 板であり、基板2aと同様の石英ガラス基板、� ��イレックスなどのガラス基板、シリコン基� ��のほか、樹脂基板も用いることができる。

 基板2bへの溝の形成方法としては、基板� �ガラス基板又はシリコン基板の場合にはド� �イエッチング又はウェットエッチング、基� �が樹脂基板の場合には成型又は型押しなど� �用いることができる。

 基板2aと2bの接合方法は堅牢な直接接合で あり、基板2aと2bの材質に応じた方法を用い� �ことができる。例えば、石英ガラス基板ど� �しの場合はフッ酸接合、シリコン基板どお� �の場合はシリコン基板表面にシリコン酸化� �を形成した後のフッ酸接合、ガラス基板と� �リコン基板の場合は陽極接合、基板2bが樹脂 基板の場合は融着又は溶着である。

 フォトリソグラフィー技術を用いた炭素電� ��4aの形成方法の一例を工程順に説明する。
 1.基板2aの表面を洗浄した後、炭素材料とし て感光性のレジスト材料を基板2aの表面にス� ��ンコートにより塗布する。レジスト材料と� ��て、SU-8 2010、SU-8 3050(ともに化学マイクロ� ��ム株式会社の製品)やAZ4620(AZエレクトロニッ クマテリアルズ株式会社の製品)を挙げるこ� �ができる。
 2.アライナーを用いて所定のパターンが形� �されたフォトマスクをマスクにして露光を� �なう。
 3.現像処理により、所定のパターンにパタ� �ン化されたレジスト材料からなるレジスト� �ターンを基板2a上に形成する。
 4.基板2a上に形成されたレジストパターンを 酸素を含まない雰囲気下、例えば窒素中で700 ~1100℃の温度で焼結処理を行なう。具体的に� ��、例えば最高温度を1000℃、昇温レート2.0℃ /min、降温レート2.0℃/minに設定して1000℃で2� �間保持して焼結処理を行なう。焼結前のレ� �スト層の厚さは8.0~12.0μm、焼結後にパイロポ リマーとなったときの厚さは1.4~2.2μmであっ� �。

 この実施例では炭素材料として感光性の� ��ジスト材料を用いているが、感光性でない� ��素材料を用いてもよい。感光性でない炭素� ��料を用いる場合には、フォトリソグラフィ� ��技術を用いたパターン化方法に代えて例え� ��スタンピングによるパターン化方法を用い� ��ことができる。

 フォトリソグラフィー技術を用いたパタ� ��ン化方法はレジスト材料を微細な形状にパ� ��ーン化することが可能であり、微細構造の� ��素電極を形成することができる。例えば図3 の例では、炭素電極4aに代えて開口率が50%程� ��の格子形状の炭素電極17aが基板12a上に形成� ��れている。このような形状にすることによ� ��、基板12aの炭素電極17aが形成されている面� ��は反対側の面からフローセル2内の様子を目 視により観察することができ、フローセル2� �の流路6における気泡の発生などの問題に対� ��て迅速に対応できるようになる。なお、炭� ��電極17aの形状は図3に示した格子形状以外の 形状であってもよく、流路6内を目視できる� �状であればよい。

 また、例えば図4A~図4Dに示されているよう� �、フローセル22を ¹⁸ F ^- イオンを回収した液体を複数に分配できるも のとすることもできる。図4Aはその例のフロ� ��セル22の平面図、図4Bは図4AのY-Y位置におけ� ��断面図、図4Cは基板22aの底面図、図4Dは基板 22bの平面図である。この例では、基板22bに形 成された溝26aが上流から下流に向かって3方� �に分岐しており、金属電極24bが溝26aの底部� �形成されている。基板22a表面の炭素電極24a� �基板22bの溝26aの形状に対応して形成されて� �る。基板22aには、流路26の下流端となる3箇� �に3つの貫通穴27bが形成されている。このよ� ��な構成にすれば、 ¹⁸ F ^- イオンを回収した液体を異なる種類の試薬を 備えた複数のリアクター又はマイクロリアク ターに振り分けて分析することもできる。

 この例において、炭素電極24aは基板22aに� ��けられた貫通孔28aに埋め込まれた引出し線3 0aによって外部に引き出されて電源装置14に� �続されている。対向電極24bは基板22bに設け� �れた貫通孔28bに埋め込まれた引出し線30bに� �って外部に引き出されて電源装置14に接続さ れている。貫通孔28a,28bはエッチングやサン� �ブラストなどの方法によって形成すること� �できる。

  ¹⁸ F ^- イオンの濃縮の操作手順を図1と図2A~図2Dを参 照しながら説明する。
 (1)温度調節部11によりフローセル2の温度を� ��定温度に調節し、炭素電極4aが正極となる� �うに電源装置14により電極4a,4b間に電圧を印� ��する。フローセル2の液体導入口7aから流路6 内に ¹⁸ F ^- イオンを含む溶液を導入する。導入された液 体中の ¹⁸ F ^- イオンは負の極性をもっているため、正極で ある炭素電極4aに引き寄せられて捕捉される� ��
 なお、この工程では、 ¹⁸ F ^- イオンを含む溶液を流しながら ¹⁸ F ^- イオンを捕捉するようにしてもよいし、流路 6内を ⁸ F ^- イオンを含む溶液で一定時間満たした状態に して ¹⁸ F ^- イオンを捕捉するようにしてもよい。

 (2)流路6内を ¹⁸ F ^- イオン回収剤で満たし、電極4a,4b間の電圧を� ��転させて炭素電極4aを負極とする。これに� �って、炭素電極4aに捕捉されていた ¹⁸ F ^- イオンが炭素電極4aから離脱し、 ¹⁸ F ^- イオン回収剤中に回収される。
  ¹⁸ F ^- イオンの回収剤として、例えば有機反応基質 とKryptofix 222(登録商標、メルク株式会社の製 品)のアセトニトリル溶液を用いることがで� �る。

 (3) ¹⁸ F ^- イオンを回収した ¹⁸ F ^- イオン回収剤を試料排出口7bからドレインに� ��出して回収する。

 (4)洗浄液としてアセトニトリルを流路6内 に導入してフローセル2内の洗浄を行なう。� �の動作は複数回行なってもよい。

 表1は同一条件で焼結させた原材料の異なる 炭素電極を用いたときの ¹⁸ F ^- イオンの捕捉率と回収率の測定結果である。 この測定では、3種類の原料レジストを4mm×44m mの長方形状にパターン化し、最高温度1000℃� ��昇温レート2℃/min、降温レート2℃/min、最高 温度1000℃での焼結時間2時間の条件で焼結さ� ��たものを炭素電極4aとして用いた。炭素電� �4aと対向電極4bとの間の距離は100μmである。� ��極4a,4b間に10Vの電圧を印加し、 ¹⁸ F ^- イオンを含有する[ ¹⁸ O]-H ₂ O水溶液を500μL/minの流量で送液しながら炭素� ��極4aに ¹⁸ F ^- イオンを捕捉し、その後、 ¹⁸ F ^- イオン回収剤としてKryptofix 222を含むアセト� ��トリル約20μLをフローセル内に充填し、電� �4a,4b間に ¹⁸ F ^- イオンの捕捉時と反転させた3.3Vの電圧を60秒 間印加してアセトニトリル中に ¹⁸ F ^- イオンを回収した。

 なお、「 ¹⁸ F ^- イオン捕捉率」及び「 ¹⁸ F ^- イオン回収率」は次式を用いて算出した。
¹⁸ F ^- イオン捕捉率=(セルで捕捉された ¹⁸ F ^- イオンのアクティビティ)/(セルに供給された ¹⁸ F ^- イオンのアクティビティ)
¹⁸ F ^- イオン回収率=(セルから回収した ¹⁸ F ^- イオンのアクティビティ)/(セルで捕捉された ¹⁸ F ^- イオンのアクティビティ)

 表1に示されているように、いずれの原料レ ジストを焼結させた炭素電極でも一定の ¹⁸ F ^- イオン捕捉率及び回収率が得られることがわ かる。さらに電極4a,4b間の距離を縮めれば、 ¹⁸ F ^- イオン捕捉率及び回収率を高めることもでき る。
 また、実施例では炭素電極と金属電極との� ��み合わせを用いているが、両方を炭素電極� ��してもよい。