セリウムの化学種と安定同位体比の解析に基づく精密な酸化還元指標の確立と地球史研究

基于铈化学物种和稳定同位素比分析的精确氧化还原指示剂的建立和地球历史研究

• 批准号: 22244070
• 负责人: 高橋 嘉夫
• 金额: $ 17.06万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22244070/
• 关键词: 希土類元素; セリウム; 同位体; XAFS; 価数; マンガン酸化物

地球科学試料の希土類元素 (REE) パターンに現れるセリウム (Ce) 異常は、地球の過去の酸化還元状態 (paleoredox) を知り、地球大気の進化を議論する上で重要な地球化学的指標である。しかしこのCe異常が、どの程度の酸化還元状態に厳密に対応するかは不明で、続成作用の影響も受けると報告されており、現状ではCe異常を用いた地球の古環境の推定には、その定量的な意味づけという点で限界がある。本研究では、様々な酸化還元環境においてCe異常が生じる素過程を先端的なX線吸収微細構造 (XAFS) 法などにより明らかにし、Ce異常の生成過程と様々な酸化還元環境の対応を物理化学的に追及することを目的とする。またこのような素過程の研究から、Ce安定同位体比の変動が、Ce異常を生じるいくつかの化学反応を反映することが期待されるので、この点を室内実験から明らかにすることを目的とする。本年は、Ce同位体比の測定のために、希土類元素の混合溶液からCeを分離する方法を開発した。これまで、Ln resinというリン酸エステル系の分離カラムを用いて、塩酸系でCeを分離する手法を最適化した。さらに、バクテリア細胞表面に希土類元素が吸着した場合や、マンガン酸化物および水酸化鉄に希土類元素が吸着した場合に、Ce異常の程度がどうなるかやCe(IV)/Ce(III)比がどう変化するか、などを調べた。これらのことから、Ceがマンガン酸化物に吸着する際にCeの酸化が起きることや、水酸化鉄への吸着の際にもCe異常が現れる場合があることを明らかにした。しかし後者の場合、酸化剤は酸素である可能性もあり、今後の検討がさらに必要である。

地球科学样本中稀土元素（REE）模式中出现的铈（Ce）异常是了解地球过去氧化还原态（古氧化还原）和讨论地球大气演化的重要地球化学指标。但目前还不清楚这种Ce异常在多大程度上严格对应于氧化还原态，据报道它还受到成岩作用的影响，所以目前利用Ce异常来估计地球的古环境还存在一定的局限性。从数量意义上来说。在本研究中，我们将利用先进的X射线吸收精细结构（XAFS）技术来阐明Ce异常在各种氧化还原环境中发生的基本过程，并研究Ce异常的形成过程与各种氧化还原环境之间的对应关系目的是采用物理和化学方法。此外，从对此类基本过程的研究中，预计Ce稳定同位素比率的波动反映了导致Ce异常的几种化学反应，因此我们的目标是通过实验室实验来澄清这一点。今年，我们开发了一种从稀土元素混合溶液中分离 Ce 的方法，以测量 Ce 同位素比。到目前为止，我们已经优化了一种使用盐酸分离 Ce 的方法，该方法使用称为 Ln 树脂的磷酸酯分离柱。此外，我们研究了当稀土元素吸附在细菌细胞表面或当稀土元素吸附在氧化锰和氢氧化铁上时，Ce异常程度和Ce(IV)/Ce(III)比会发生什么变化？是否会改变。由这些结果可知，当Ce吸附于氧化锰时会发生Ce氧化，当吸附于氢氧化铁时也可能会出现Ce异常。然而，在后一种情况下，氧化剂可能是氧气，这需要进一步研究。

项目成果

分子地球化学:XAFSによる化学種解析に基づく地球化学・環境化学的研究

分子地球化学：基于使用 XAFS 进行化学物种分析的地球化学和环境化学研究

• 发表时间: 2010
• 作者: Y.Aoki;K.Liu;F.L.Gu;Y.Takahashi;T.Kato;高橋嘉夫;A. Imamura and Y. Aoki;R.Hatakeyama;Y. Aoki;高橋嘉夫
• 通讯作者: 高橋嘉夫

EXAFS study on the cause of enrichment of heavy REEs on bacterial cell surfaces

• DOI: 10.1016/j.gca.2010.07.001
• 发表时间: 2010-10-01
• 期刊: GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA
• 影响因子: 5
• 作者: Takahashi, Yoshio;Yamamoto, Mika;Tanaka, Kazuya
• 通讯作者: Tanaka, Kazuya