本発明のコロイド分散液の濃縮方法は、コ� ��イド分散液に電位勾配を与えるコロイド分� ��液の濃縮方法であって、濃縮のための装置� ��、コロイド分散液に陽極及び陰極を浸漬し� ��濃縮する濃縮容器を有し、かつ、分離膜を� ��さないことを特徴とする。
 本発明のコロイド分散液中におけるコロイ� ��は、純水などの絶縁性分散媒中で、微視的� ��電気的反発によって凝集せずに存在する。� ��し、コロイド粒子の反対の電荷を持つ単原� ��イオンにゆるく囲まれ、全体として電気的� ��中性を保っている。本発明は、これらのコ� ��イド分散液に陽極及び陰極を浸漬して、電� ��勾配を与えて濃縮するものである。

 通常、電荷を有する微粒子の分散液に電極� ��浸漬して電位勾配を与えると、正に帯電し� ��微粒子は負極側に集まり、負に帯電した微� ��子は正極側に集まる。しかしながら、特定� ��条件下であると、電荷を有する微粒子がこ� ��ような泳動を起こさず、電極に対して重力� ��向(下方向)に濃縮される。
 より具体的には、濃縮容器中において、電� ��間に一定の直流電圧を印加すると、コロイ� ��は容器の底近くに一様に濃縮され、コロイ� ��の高濃縮領域とコロイドが除去された欠損� ��域が生じる。このとき、電流はほとんど流� ��ない。具体的には、数十ボルト(V)の印加電� ��に対して、1mA以下である。ここでは、コロ� ��ド粒子とそれを取り囲む反対電荷のイオン� ��一緒に行動し、電気分解は起こさない。な� ��、1mA以上の電流が流れると水などの分散媒� ��電気分解が起こり、コロイドの濃縮を妨げ� ��結果となる。
 このような濃縮を生じさせるための方法と� ��ては種々の方法があり、電極の位置関係を� ��定のものとする方法、電位勾配を付与する� ��のコロイド溶液の条件を設定する方法、流� ��電流を制御する方法などがある。

 電極の位置を特定する方法としては、コロ� ��ドの電荷と同符号の電極を相対的に分散液� ��面に近く、異符号の電極を相対的に容器の� ��部に近く配置する方法がある。
 コロイドが負に帯電している場合、すなわ� ��コロイドの電荷が負である場合には、これ� ��同符号の電極、すなわち負極を相対的にコ� ��イド分散液の分散液表面近くに配置し、一� ��、コロイドの電荷と異符号の電極である正� ��を相対的に容器の底部近くに配置する。

 また、濃縮されたコロイド分散液を抜き出� ��、それと同量の未濃縮コロイド分散液を供� ��することで、もしくは、濃縮されたコロイ� ��領域に未濃縮コロイド分散液を供給し、供� ��したコロイド量と同等の濃縮されたコロイ� ��分散液を採取することで、連続的に濃縮コ� ��イドを得ることができる。
 さらに好ましい態様としては、濃縮のため� ��装置が、コロイド分散液に陽極及び陰極を� ��漬して濃縮する濃縮容器と、コロイド分散� ��を連続的に補充する補充容器とを有し、こ� ��らの容器が濃縮容器の開口部で接続されて� ��り、該開口部がコロイド分散液で満たされ� ��いるものである。

 濃縮容器にはその開口部を通じて、コロイ� ��分散液を連続的に補充する補充容器と接続� ��れ、濃縮されたコロイド分散液および濃縮� ��に対応する欠損領域にある分散媒を抜き出� ��、その和と同量の未濃縮コロイド分散液を� ��給することで、分離膜を有さずともコロイ� ��分散液を効率的に濃縮することができる。� ��しくは、高濃度領域に未濃縮コロイド分散� ��を供給し、供給したコロイド量と同等の濃� ��されたコロイド分散液を採取することで、� ��続的に濃縮コロイドを効率的に得ることが� ��きる。この際、供給したコロイド分散液の� ��散媒量に相当する分散媒を取り除く。特に� ��充容器から連続的に補充されるコロイド分� ��液がコロイドの高濃度領域に供給される後� ��の態様が好ましい。
 また、濃縮容器と補充容器は、コロイド分� ��液の電気的な絶縁性を維持するとの観点か� ��、また濃縮の様子を観察する観点から,透明 な絶縁性材料で構成されていることが好まし い。具体的には、ガラスなどの材料が挙げら れる。

 上記方法により、コロイド分散液が濃縮さ� ��る機構については以下のように考えられる� ��すなわち、純水のような絶縁性の分散媒中� ��、例えばコロイドが負に帯電している場合� ��は、電極間に直流電圧を印加することで、� ��極からわずかに放出された電子によって、� ��ロイドが反発して陰極付近より徐々にコロ� ��ドの欠損領域が広がる。そのようにして形� ��された欠損領域と高濃度領域の界面は、表� ��エネルギーを小さくしようとして動き、界� ��がなめらかになって広がる。一旦、高濃度� ��域と欠損領域との界面が容器中に広がると� ��陰極から放出された電子である負電荷が絶� ��性分散媒の表面に一様に分布し、これと対� ��する高濃度領域の界面に等量の正電荷が誘� ��されることから、電気的な界面が水平に形� ��されると考えられる。このようにしてコロ� ��ドの濃度が急峻に変化する界面が形成され� ��欠損領域と高濃度領域に分離する。しかも� ��ロイドは高濃度領域で一様な分布をする。
 また、前述したように、高濃度領域に、未� ��縮コロイド分散液が流入すると、コロイド� ��界面が移動しつつ高濃度領域に保持される� ��め、高濃度領域に維持され、絶縁性の分散� ��のみが移動するため、濃縮されたコロイド� ��散液が連続的に得られていく。
 従って、容器の底に近い側の電極と容器の� ��の距離を定め、高濃度領域のかさ高さを決� ��することで、高濃度領域におけるコロイド� ��濃度を制御することができる。

 また、連続的に追加されるコロイド分散液� ��濃度については、50~500mg/Lの範囲であること が望まれる。この範囲であると、コロイド分 散液の濃縮が効果的に成される。
 上記した連続的にコロイド分散液を濃縮す� ��場合において、該濃度が50mg/L以上であれば� ��追加投入される分散媒の量が多くなりすぎ� ��いため、高濃度領域と欠損領域(希薄領域)� �界面の乱れが生じにくく、連続的な濃縮が� �果的に行われる。以上の観点から、後から� �加投入される未濃縮コロイド分散液の濃度� �、60~150mg/Lの範囲がさらに好ましい。

 次に、コロイド分散液に電流が実質的に流� ��ないようにし、コロイドの濃縮を可能にす� ��条件としてはとしては、以下のようなもの� ��ある。
 コロイドの平均粒子径については、平均粒� ��1~200nmの範囲が好適である。
 コロイド分散液の温度は40℃以下とするこ� �が好ましい。40℃以下とすることで、コロイ ド分散液中のコロイドの熱拡散の影響が小さ くなり、コロイド分散液の濃縮が行われる。 コロイド分散液の温度は、コロイド溶液の液 体状態を維持する中でなるべく低温、例えば 、コロイド溶液の流体本体が25℃以下である� ��とが好ましい。

 本発明の濃縮方法において、電位勾配は2 V/cm以上であることが好ましい。2V/cm以上であ ると十分な濃縮が可能となる。電位勾配の上 限値については、負の電極から放出される電 子が界面を乱すため、通常は50V/cm程度である 。

 本発明の方法における分散媒は絶縁性を� ��することが必要である。具体的には、抵抗� ��が7Mωcm以上であることが好ましい。該抵抗� ��が7Mωcm未満であると、分散媒に電流が流れ� ��電気分解の現象が起こるため、初期の界面� ��成現象が現れない。具体的には純水を好適� ��使用することができる。

 本発明によって濃縮し得るコロイドにつ� ��ては、貴金属としては、白金、ルテニウム� ��パラジウム、ロジウム、レニウム、オスミ� ��ム、金、イリジウム、銀などが挙げられる� ��これらの貴金属は一種単独であっても、ま� ��二種以上が併用されている場合であっても� ��い。例えば、二種以上の貴金属元素からな� ��合金コロイド粒子又は二種類以上の貴金属� ��素の層が重なるコア/シェル構造を有する貴 金属コロイド粒子によって構成されるコロイ ド分散液に、本発明の濃縮方法は好適に使用 される。

 また、本発明の方法は、保護コロイド形� ��剤を実質上含まないものを用いることがで� ��る。ここで、保護コロイド形成剤とは、従� ��コロイド粒子の分散安定性を保持するため� ��コロイド液に含有されているもので、コロ� ��ド粒子表面に付着して保護コロイドを形成� ��る物質のことである。このような保護コロ� ��ド形成剤としては、例えばポリビニルアル� ��ール、ポリビニルピロリドン、ゼラチンな� ��の水溶性高分子物質、界面活性剤、高分子� ��レート化剤(例えば、特開2000-279818号公報に� ��ける〔0013〕に記載の化合物)などが挙げら� �る。

 本発明において、保護コロイドを有さな� ��貴金属コロイド分散液は、例えば、前記特� ��文献に記載されるように、金属塩化物が溶� ��した溶液に還元剤を添加し、金属イオンを� ��元して金属微粒子を生成させる方法により� ��ることができる。なお、このようにして得� ��れる貴金属コロイド分散液は保護コロイド� ��成剤を実質上含まなくても、貴金属コロイ� ��粒子の分散安定性が良好であり、実用上十� ��な長期間、例えば3日~30日間程度安定した分 散性を保持する。

 次に、本発明の実施の形態を、図面を参照� ��つつ説明する。
 本発明のコロイド分散液の濃縮方法は、図1 に示されるように、容器11中のコロイド分散� ��1に、陽極12と陰極13の二つの電極が浸漬さ� �、この電極には電圧印加用の電源14が接続さ れている。

 陽極及び陰極の位置については、本発明� ��効果を奏する範囲であれば特に制限はない� ��、効率的にコロイドの濃縮をするためには� ��以下の位置関係にあることが好ましい。す� ��わち、コロイドの電荷が負である場合には� ��重力方向に対して、陽極の下端が陰極の下� ��と同じ位置かもしくは陰極の下端よりも下� ��に位置するように制御し、コロイドの電荷� ��正である場合には、重力方向に対して、陰� ��の下端が陽極の下端と同じ位置かもしくは� ��極の下端よりも下方に位置するように制御� ��ることが好ましい。

 このような、電極に電圧を印加すると、電� ��が存在する付近のコロイドが電極より下方� ��移動し、図2に示すように希薄領域10と高濃� ��領域16が形成されてコロイド分散液が濃縮� �れる。このとき、高濃度領域16の最も高い位 置は電極12の下端にほぼ一致する。
 次いで、図3に示すように、バルブ21を開栓� ��て高濃度コロイド分散液を直接分離回収す� ��か、又は、図4に示すように、バルブ22を開� ��して希薄分散液を分離回収することで、高� ��度コロイド分散液を得ることができる。

 次に、図5は本発明のコロイド分散液の濃縮 方法における他の態様を示す説明図である。 図5では、コロイドが負電荷を帯びている場� �について説明する。
 本態様は、図5に示されるように、濃縮容器 11中のコロイド分散液10に、陽極12と陰極13の� ��つの電極が浸漬され、この電極には電圧印� ��用の電源14が接続されている。また補充容� �17は濃縮容器11と開口部19で接続され、開口� �19にはいかなる隔膜も有さない。

 陽極及び陰極の位置については、コロイド� ��負電荷を帯びているので、陰極13を相対的� �分散液表面の近くに位置させ、陽極12を相対 的に容器の底部近くに位置させている。陽極 及び陰極の電極は、濃縮容器11全体で開口部1 9を介して補充容器17より追加投入される補充 コロイド分散液の流れを考慮して、濃縮容器 11の底部に平行に長く伸びている。
 このような、電極に電圧を印加すると、コ� ��イドが陽極よりも下方に移動し、陽極の下� ��高濃度領域16を生じさせる。

 本発明における濃縮容器11は絶縁性材料� �構成されていること、すなわち絶縁性の容� �であることが望ましい。そして補充容器17に ついても絶縁性材料であることが望ましい。 また開口部19は、高濃度領域16の中にある必� �がある。濃縮容器11は補充容器17を共通にし� ��、複数のものを並列的に並べてもよい。

 本発明の方法に用いる電極としては、コ� ��イド分散液への難溶解性の点から、貴金属� ��料が望ましく、特にコロイド材料と同一の� ��属、さらには、コロイドを構成する組成及� ��組成比と陽極及び陰極を構成する材料の組� ��及び組成比が同一であることが望ましい。� ��た、その他コロイドに対して電気化学的に� ��活性な材料を用いることもできる。