JPH0331090B2 - - Google Patents
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- JPH0331090B2 JPH0331090B2 JP24477186A JP24477186A JPH0331090B2 JP H0331090 B2 JPH0331090 B2 JP H0331090B2 JP 24477186 A JP24477186 A JP 24477186A JP 24477186 A JP24477186 A JP 24477186A JP H0331090 B2 JPH0331090 B2 JP H0331090B2
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- carbon
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、レーザーを用いた炭素１３の濃縮法
に関し、詳しくは赤外多光子解離を用いたレーザ
ー同位体分離による炭素１３の濃縮法に関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for concentrating carbon-13 using a laser, and more particularly to a method for concentrating carbon-13 by laser isotope separation using infrared multiphoton dissociation. .
（従来技術）
天然に存在する炭素は、質量数１２と１３の同
位体からなり、前者が98.9％、後者が1.1％を占
める。従来の炭素１３の濃縮法はCOの低温蒸留
に基づいているが、有毒ガスを大量に使用する
点、装置が大型となる点が欠点であり、製造コス
トも高い。レーザーを用いて、安全かつ小規模で
安価に炭素１３が濃縮されればその意義は大き
い。(Prior Art) Naturally occurring carbon consists of isotopes with mass numbers 12 and 13, with the former accounting for 98.9% and the latter accounting for 1.1%. Conventional carbon-13 enrichment methods are based on low-temperature distillation of CO, but the disadvantages are that they use large amounts of toxic gas, require large equipment, and are expensive to manufacture. It would be of great significance if carbon-13 could be concentrated safely, on a small scale, and at low cost using a laser.
これまでに行われているレーザーを用いた炭素
１３の濃縮法について述べれば、CF3X（ここで
ＸはCl、BrあるいはＩ）、CF2HCl等を作業物質
として炭酸ガスレーザーで照射し、CF3Xの赤外
多光子分解ではC2F5が、CF2HClの赤外多光子分
解ではC2F4が最終生成物となり、この中に炭素
１３が濃縮される。この方法では炭素１３の濃縮
が80％程度にすぎず、COの低温蒸留による従来
の濃縮法に及ばない。また、特願昭58−242898号
に記載された方法では、C2F5をBr2の存在のもと
で、適切な波長及びフルエンスの炭酸ガスレーザ
ーのパルス光を照射すると、以下の光分解ならび
に反応の結果、CF3Brが生成し、この中に炭素１
３が20〜30％にまで濃縮される。 Regarding the concentration method of carbon - 13 using a laser that has been carried out so far, CF 3 Infrared multiphoton decomposition of CF 3 This method only concentrates carbon-13 by about 80%, which is inferior to the conventional concentration method using low-temperature distillation of CO. In addition, in the method described in Japanese Patent Application No. 58-242898, when C 2 F 5 is irradiated with pulsed light from a carbon dioxide laser of an appropriate wavelength and fluence in the presence of Br 2 , the following photolysis occurs. As a result of the reaction, CF 3 Br is produced, in which carbon 1
3 is concentrated to 20-30%.
C2F6＋nhν→2CF3
CF3＋Br2→CF3Br＋Br
続いて生成物CF3Brを分解し、このCF3Brを再
び適切な条件下で炭酸ガスレーザーのパルス光を
照射し、赤外多光子分解を誘起させる。二段階目
の赤外多光子分解のく生成物はC2F6であるが、
この中に炭素１３が90％まで濃縮されている。 C 2 F 6 +nhν→2CF 3 CF 3 +Br 2 →CF 3 Br+Br Next, the product CF 3 Br is decomposed, and this CF 3 Br is again irradiated with pulsed light from a carbon dioxide gas laser under appropriate conditions and treated with infrared light. Induces multiphoton decomposition. The product of the second step of infrared multiphoton decomposition is C 2 F 6 ,
Carbon-13 is concentrated to 90%.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、この方法では一段階目の生成物
CF3Brを未反応のC2F6と十分に分離する必要が
ある。二段階目の生成物がC2F6であることから、
もし一段階目の未反応のC2F6の分離が不十分で
あると、二段階目の高濃度された炭素１３が希釈
されてしまう。(Problem to be solved by the invention) However, in this method, the product of the first step
It is necessary to sufficiently separate CF 3 Br from unreacted C 2 F 6 . Since the product of the second step is C 2 F 6 ,
If the separation of unreacted C 2 F 6 in the first step is insufficient, the highly concentrated carbon-13 in the second step will be diluted.
本発明は、上記特開昭記載の方法のように一段
階目の生成物を分離することなく、、連続した赤
外多光子分解で一挙に炭素１３を濃縮することを
目的とし、さらに、これまでのレーザー法では得
られない高濃度の炭素１３を得ようとするもので
ある。 The purpose of the present invention is to concentrate carbon-13 at once through continuous infrared multiphoton decomposition without separating the first-stage product as in the method described in JP-A-Sho; This is an attempt to obtain carbon-13 at a high concentration that cannot be obtained with the previous laser methods.
（問題点を解決するための手段）
上記の目的は、ハロゲン化メタンとハロゲン化
水素との混合気体を炭酸ガスレーザーで照射して
炭素１３を濃縮することにより達成される。(Means for solving the problem) The above object is achieved by concentrating carbon-13 by irradiating a gas mixture of halogenated methane and hydrogen halide with a carbon dioxide laser.
（作 用）
本発明において、ハロゲン化メタンとしては、
CF2Cl2、CF2ClBr、CF2Br2、CFCl3等が、また
ハロゲン化水素としてはHI、HBr等が摘要でき
るが、ここで、本発明の作用を、ハロゲン化メタ
ンとしてのCF2Cl2、、ハロゲン化水素としてHIを
用いたときの例で説明する。(Function) In the present invention, the halogenated methane is
CF 2 Cl 2 , CF 2 ClBr, CF 2 Br 2 , CFCl 3 and the like, and examples of hydrogen halides include HI, HBr, etc., but here, the effect of the present invention will be explained using CF 2 as a halogenated methane. This will be explained using an example of using Cl 2 , HI as the hydrogen halide.
天然のCF2Cl2は波数1100cm-1に12C−Ｆ結合の
伸縮振動に基づく吸収バンドを持つ。13C−Ｆ結合
の伸縮振動に基づく吸収バンドは1077cm-1にあ
る。数トルの天然CF2Cl2に、例えば1050cm-1付近
の炭酸ガスレーザーのパルス光の数Ｊcm-2程度の
フルエンスで照射すると、炭素１３を含む
CF2Cl2が選択性高く赤外多光子分解し、CF2Clラ
ジカルとCl原子を生成する。 Natural CF 2 Cl 2 has an absorption band at a wave number of 1100 cm -1 based on the stretching vibration of the 12 C--F bond. The absorption band based on the stretching vibration of the 13 C-F bond is located at 1077 cm -1 . When several torr of natural CF 2 Cl 2 is irradiated with a fluence of about a few J cm -2 of pulsed light from a carbon dioxide laser at around 1050 cm -1 , carbon-13 is detected.
CF 2 Cl 2 undergoes infrared multiphoton decomposition with high selectivity to generate CF 2 Cl radicals and Cl atoms.
CF2Cl2＋nhν→CF2Cl＋Cl
ここでCF2Cl2にあらかじめHlを添加しておく
と、以下の反応が進行する。 CF 2 Cl 2 +nhν→CF 2 Cl+Cl Here, if Hl is added to CF 2 Cl 2 in advance, the following reaction will proceed.
CF2Cl2＋HI→CF2HCI＋Ｉ
Cl＋HI→HCl＋Ｉ
ZI→I2
12CF2HClは1117cm-1に、13CF2HClは1080cm-1
にＣ−Ｆ結合の伸縮振動による吸収ピークを持
つ。CF2Cl2とHIの混合系に1050cm-1付近の炭酸
ガスレーザーのパルス光を照射すると、上述の反
応機構に基づいて初期の赤外多光子分解により炭
素１３が濃縮されたCH2HClが生成する。ここで
生成したCF2HClは、再び炭酸ガスレーザーパル
スを多光子吸収し、炭素１３を含む分子が選択的
に分解し、次のように反応する。最終生成物は
CF2H2である。 CF 2 Cl 2 +HI→CF 2 HCI+I Cl+HI→HCl+I ZI→I 2 12 CF 2 HCl becomes 1117cm -1 , 13 CF 2 HCl becomes 1080cm -1
It has an absorption peak due to the stretching vibration of the C-F bond. When a mixed system of CF 2 Cl 2 and HI is irradiated with pulsed light from a carbon dioxide laser at around 1050 cm -1 , CH 2 HCl enriched with carbon-13 is decomposed by the initial infrared multiphoton decomposition based on the reaction mechanism described above. generate. The CF 2 HCl generated here again absorbs multiple photons of the carbon dioxide laser pulse, and molecules containing carbon-13 are selectively decomposed and react as follows. The final product is
CF2H2 .
CF2HCl＋n′hν→CF2＋HCl
CF2 ＋HI→CF2H＋Ｉ
CF2H ＋HI→CF2H2＋Ｉ
すなわち、CF2Cl2とHIの混合系に適切な条件
で炭酸ガスレーザーパルスを照射すると、初期的
な赤外多光子分解で炭素１３が濃縮された
CF2HClが生成し、これを連続したCF2HClの赤
外多光子分解で高濃縮されたCF2H2が生成する。 CF 2 HCl + n′hν→CF 2 +HCl CF 2 +HI→CF 2 H+I CF 2 H +HI→CF 2 H 2 +I In other words, when a mixed system of CF 2 Cl 2 and HI is irradiated with a carbon dioxide laser pulse under appropriate conditions, Initial infrared multiphoton decomposition enriches carbon-13
CF 2 HCl is generated, and highly concentrated CF 2 H 2 is generated by continuous infrared multiphoton decomposition of CF 2 HCl.
このCF2Cl2−HI系の場合、同一の波数のレー
ザー光で照射したが、必ずしも同一の波数でなく
ともよく、初期的な赤外多光子分解で生成する生
成物（CF2Cl2−HI系ではCF2HCl）により適切な
パルス数に変えてもよい。 In the case of this CF 2 Cl 2 −HI system, irradiation was performed with laser light of the same wave number, but the wave number does not necessarily have to be the same, and the product (CF 2 Cl 2 − For HI system, the pulse number may be changed to an appropriate number using CF 2 HCl).
（発明の効果）
本発明は、ハロゲン化メタンとハロゲン化水素
との混合気体を炭酸ガスレーザーで照射すること
により、従来の方法のように一段階目の生成物を
分離することなく、連続した赤外多光子分解で一
挙に炭素１３を濃縮することができ、さらに、こ
れまでのレーザー法では得られない92〜95％とい
う高濃度の炭素１３が得られる。(Effects of the Invention) The present invention enables continuous irradiation of a gas mixture of halogenated methane and hydrogen halide without separating the first stage product as in conventional methods. Infrared multiphoton decomposition allows carbon-13 to be concentrated all at once, and furthermore, carbon-13 can be obtained at a high concentration of 92 to 95%, which cannot be obtained with conventional laser methods.
（実施例）
本発明に使用した実験装置の概略図を第１図に
示す。反応容器に混合ガスを採取し、レーザー光
を照射する。適切な焦点距離の赤外レンズを、焦
点が反応容器のほぼ中央に来るように設置する。
照射後サンプルは、ガスクロマトグラフ・マスス
ペクトルメーターで分析し、最終生成物およびそ
の中の炭素１３の濃度を決定する。(Example) A schematic diagram of the experimental apparatus used in the present invention is shown in FIG. Collect the mixed gas into a reaction vessel and irradiate it with laser light. Place an infrared lens of appropriate focal length so that the focal point is approximately in the center of the reaction vessel.
The post-irradiation sample is analyzed with a gas chromatograph/mass spectrometer to determine the final product and the carbon-13 concentration therein.
〔実施例１〕
５トルのCF2Cl2に、２トルのHIを加えた混合
気体に、CO2TEAレーザーの波数1045.02cm-1、
焦点でのフルエンス4Jcm-2に調整したパルス光を
5000回照射した。第２図に照射後の試料のガスク
ロマトグラフを示す。生成物としてCF2HClおよ
びCF2H2が認められる。またCF2HCl中の炭素１
３の濃度をフラグメントイオン12CF2H+（質量数
51）および13CF2H+（52）のイオン強度より、ま
たCF2H2中の炭素１３の濃度を、フラグメントイ
オン12CF+（31）、13CF+（32）、12CFH+（32）、13CFH+
（33）、12CFH2 +（33）、13CFH2 +（34）のそれぞれの
イオン強度をもとに決定した。CF2HCl中の炭素
１３の濃度は40％、一方CF2H2中の炭素１３の濃
度は95％に達する。この結果より、本発明により
炭素１３が高濃縮できることが明らかとなつた。[Example 1] A mixed gas of 5 torr of CF 2 Cl 2 and 2 torr of HI was mixed with a CO 2 TEA laser wave number of 1045.02 cm -1 ,
Pulsed light adjusted to a fluence of 4Jcm -2 at the focal point
Irradiated 5000 times. Figure 2 shows a gas chromatograph of the sample after irradiation. CF 2 HCl and CF 2 H 2 are observed as products. Also carbon 1 in CF 2 HCl
3 concentration as fragment ion 12 CF 2 H + (mass number
From the ionic strength of 13 CF 2 H + (51) and 13 CF 2 H + (52), and the concentration of carbon-13 in CF 2 H 2 , the fragment ions 12 CF + (31), 13 CF + (32), 12 CFH + (32) ), 13 CFH +
(33), 12 CFH 2 + (33), and 13 CFH 2 + (34). The concentration of carbon-13 in CF 2 HCl is 40%, while the concentration of carbon-13 in CF 2 H 2 reaches 95%. These results revealed that carbon-13 can be highly concentrated according to the present invention.
〔実施例２〕
10トルのCF2ClBrに、３トルのHIを加えた混
合気体に、CO2TEAレーザーの波数1039.37cm-1、
焦点でのフルエンス2Jcm-2に調整したパルス光を
2000回照射した。ガスクロマトグラフによる分析
で、生成物としてCF2HClおよびCF2H2が認めら
れた。各々の生成物の質量分析の結果、CF2HCl
中の炭素１３の濃度は35％、一方CF2H2中の炭素
１３の濃度は92％に達した。この結果より、本発
明により炭素１３が高濃縮できることが明らかと
なつた。[Example 2] A mixed gas of 10 torr of CF 2 ClBr and 3 torr of HI was mixed with a CO 2 TEA laser wave number of 1039.37 cm -1 ,
Pulsed light adjusted to a fluence of 2Jcm -2 at the focal point
Irradiated 2000 times. Analysis by gas chromatography revealed CF 2 HCl and CF 2 H 2 as products. As a result of mass spectrometry of each product, CF 2 HCl
The concentration of carbon-13 in it reached 35%, while the concentration of carbon-13 in CF 2 H 2 reached 92%. These results revealed that carbon-13 can be highly concentrated according to the present invention.
第１図は、本発明の実施例に使用した濃縮装置
の概略図、第２図は、本発明の実施例で得られた
CF2Cl2−HI系のレーザー照射後のガスクロマト
グラフである。
Figure 1 is a schematic diagram of the concentrator used in the example of the present invention, and Figure 2 is a schematic diagram of the concentrator used in the example of the present invention.
This is a gas chromatograph of a CF 2 Cl 2 -HI system after laser irradiation.
Claims (1)
気体を炭酸ガスレーザーで照射して炭素１３を濃
縮することを特徴とするレーザーを用いた炭素１
３の濃縮法。 ２ 前記ハロゲン化メタンが、CF2Cl2、
CF2ClBr、CF2Br2もしくはCFCl3であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザーを
用いた炭素１３の濃縮法。 ３ 前記ハロゲン化水素が、HIもしくはHBrで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のレーザーを用いた炭素１３の濃縮法。[Claims] 1 Carbon 13 using a laser characterized in that carbon 13 is concentrated by irradiating a mixed gas of halogenated methane and hydrogen halide with a carbon dioxide laser
3. Concentration method. 2 The halogenated methane is CF 2 Cl 2 ,
2. A method for concentrating carbon-13 using a laser according to claim 1, characterized in that CF 2 ClBr, CF 2 Br 2 or CFCl 3 is used. 3. The method for concentrating carbon-13 using a laser according to claim 1, wherein the hydrogen halide is HI or HBr.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24477186A JPS6397217A (en) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | Concentrating method for carbon 13 by using laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24477186A JPS6397217A (en) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | Concentrating method for carbon 13 by using laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6397217A JPS6397217A (en) | 1988-04-27 |
| JPH0331090B2 true JPH0331090B2 (en) | 1991-05-02 |
Family
ID=17123664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24477186A Granted JPS6397217A (en) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | Concentrating method for carbon 13 by using laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6397217A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2710662B2 (en) * | 1989-03-31 | 1998-02-10 | 新日鐵化学株式会社 | Concentration method of carbon 13 using laser |
-
1986
- 1986-10-15 JP JP24477186A patent/JPS6397217A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6397217A (en) | 1988-04-27 |
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