高性能水素吸蔵合金を用いた質量分析装置内の水素除去に関する研究

高性能储氢合金质谱仪除氢研究

• 批准号: 21K03700
• 负责人: 柴田 智郎
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Fukuoka University (2022)Kyoto University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03700/
• 关键词: マントル起源; 深部流体; 質量分析装置; ヘリウム同位体比; 水素吸蔵合金; 残留水素; 水素除去

地球内部の深部流体は、液体－岩石間の化学反応を通じて、多様な含水鉱物や変成岩、火成岩を産出するばかりでなく、岩石の強度低下をもたらすことから、火山噴火や地震発生のメカニズムに深く関係していると考えられている。そのため、深部流体の挙動を直接的および連続的に観測できる手法の開発が期待されている。なかでもヘリウム同位体比は、深部流体の挙動を直接的に提示する数少ないパラメータである。現在、火山ガスや地下水などの試料中のヘリウム同位体比の測定は、実験室の超高真空精製ラインと同位体質量分析計を組み合わせた装置を用いて行っている。試料中のヘリウムを真空中で抽出するが、地下水試料はもちろんのこと、火山ガス中に含まれている水分が真空ラインに混入し、真空ライン中の水素濃度が高くなり、分子量３の水素分子イオンが質量数３のヘリウムに影響を与え、ヘリウム同位体比の分析精度が悪くなる。四重極質量分析計においては、質量数４のヘリウムに分子量３の水素分子イオンのピークが重なり、シグナル/ノイズ比が低下する。そこで本研究の目的は、近年になり急速に水素吸着性能が高くなっている水素吸蔵合金を用いて、真空中に残留している水素を簡易かつ迅速に除去できる手法を確立し、質量分析装置内に残留している水素を減らすことである。令和３年度にはランタン－ニッケル系合金の吸蔵合金を用いて、真空中の水素除去を試みたが、残留水素の除去が十分でなかったため、令和４年度は新たに２種類のジルコニウム－バナジウム合金を用いて試験し、実際に採取した火山ガスや地下水試料を用いて、ヘリウム同位体比を繰り返し測定し、精度の向上を目指した。

地球内部深层流体不仅通过液体与岩石之间的化学反应产生多种水合矿物、变质岩、火成岩等，而且还会导致岩石强度下降，因此与火山喷发的机制有着密切的关系和地震。因此，希望开发一种能够直接、连续观测深层流体行为的方法。其中，氦同位素比是直接指示深层流体行为的少数参数之一。目前，火山气体和地下水等样品中氦同位素比的测量是在实验室中使用结合超高真空纯化线和同位素质谱仪的设备进行的。样品中的氦气在真空中被提取，但地下水样品中含有的水分以及火山气体混入真空管线中，增加了真空管线中的氢浓度，导致氢分子的分子量为3。离子影响由于氦的质量数为3，因此氦同位素比的分析精度降低。在四极杆质谱仪中，分子量为3的氢分子离子的峰与质量数为4的氦分子离子的峰重叠，导致信噪比下降。因此，本研究的目的是利用近年来吸氢性能迅速提高的储氢合金，建立一种能够方便、快速去除真空中残留氢气的方法，并开发一种能够方便、快速去除残留在真空中的氢气的方法。使用质谱仪的目的是减少罐中剩余的氢气量。 2021年，曾尝试使用镧镍存储合金在真空中除氢，但残留的氢没有被充分去除，因此在2021年，研究人员针对两种新型锆合金和钒合金进行测试，旨在提高精度。使用实际收集的火山气体和地下水样本重复测量氦同位素比率。

项目成果

Monitoring the magmatic activity and volatile fluxes of an actively degassing submarine caldera in southern Japan

监测日本南部活跃排气的海底破火山口的岩浆活动和挥发通量

• DOI: 10.1016/j.gca.2021.10.023
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 5
• 作者: Nakajima Ma. Teresa Escobar;Takahata Naoto;Shirai Kotaro;Kagoshima Takanori;Tanaka Kentaro;Obata Hajime;Sano Yuji
• 通讯作者: Sano Yuji

別府南部地域における不圧地下水位の周期変動について

关于别府南部地区无压地下水位的周期性波动

• 发表时间: 2021
• 作者: 梁 熙俊;柴田智郎
• 通讯作者: 柴田智郎

New experimental approaches enabling the continuous monitoring of gas species in hydrothermal fluids

新的实验方法能够连续监测热液中的气体种类

• DOI: 10.3389/frwa.2022.1032094
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 2.9
• 作者: S. Giroud; Y. Tomonaga; M.S. Brennwald; N. Takahata; T. Shibata; Y. Sano; R. Kipfer
• 通讯作者: R. Kipfer

Monitoring the magmatic activity and volatile fluxes of an actively degassing submarine caldera in southern Japan

监测日本南部活跃排气的海底破火山口的岩浆活动和挥发通量

• DOI: 10.1016/j.gca.2021.10.023
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 5
• 作者: Nakajima Ma. Teresa Escobar;Takahata Naoto;Shirai Kotaro;Kagoshima Takanori;Tanaka Kentaro;Obata Hajime;Sano Yuji
• 通讯作者: Sano Yuji

The roots of helium in surface sediments of submarine mud volcanoes off Tanegashima

种子岛海底泥火山表面沉积物中的氦根

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Mitsutome; T. Toki; T. Kagoshima; N. Takahata; Y. Sano; Y. Tomonaga; A. Ijiri
• 通讯作者: A. Ijiri