イオン-分子反応を利用した迅速同位体分析に基づく地下水流動解析

基于离子-分子反应快速同位素分析的地下水流分析

基本信息

批准号：
22K12349
负责人：
谷水雅治
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

地球化学的手法を用いた地下水の流動方向や混合解析の研究では、各種同位体トレーサの迅速分析法の確立が必要である。本研究では、各分析対象同位体イオンの質量分析において、質量分析装置内部の反応セルでのイオン-分子反応により、積極的に衝突させる反応ガス分子の種類や導入量、反応ガス分子への測定対象イオンの衝突速度(運動エネルギー)の各項目を変化させ、検出感度の向上および干渉イオンを最大限に除去できるよう、装置条件の最適化を試みている。本年度は、さまざまな元素のイオンに対して、反応セル内に酸素ガス分子を導入し、目的イオンと多原子分子イオン干渉との間の反応性の違いを検証した。従来の質量分析手法では高感度定量が困難であった、236Uや32S、31Pや87Srの各核種について、熱力学的に予想されるイオン-分子反応の発熱性/吸熱性との整合性を確認した。とくに、元素イオンと酸素ガスとの間の反応では、元素イオンの酸素原子との間の親和性によって反応性が大きく異なるため、周期表上で隣接および同族に分類される元素を含めて、反応割合と生成化学種に関するデータを取得した。また、陸水試料について、クロマトグラフィーを用いて元素の溶存化学種ごとに分離定量する手法に、本研究手法によるイオン-分子反応を組み合わせることで環境中に存在する元素化学種の高感度検出を試みた。その結果、87Srと同重体干渉する87Rbについて、酸素ガスとは両イオンとも吸熱的に反応するが、衝突速度をあげることにより、87Srの酸化物イオンへの変換が促進される一方、87Rbは衝突速度を上げても酸化物イオンへの変換は促進されないことを確認した。また、溶存化学種ごとの分析では、人為起源的に環境に付加した有機リン化合物の定量に関する、溶離液とpHの最適化を行い、各種有機リン化合物の相互分離定量を試みた。

在利用地球化学方法进行地下水流向和混合分析研究中，需要建立各种同位素示踪剂的快速分析方法。在本研究中，在对每种待分析同位素离子进行质谱分析时，我们将利用质谱仪内部反应池中的离子-分子反应，主动碰撞引入的反应气体分子的类型和数量，并测量反应气体分子我们正在尝试通过改变目标离子的碰撞速度（动能）的各项来优化装置条件，以提高检测灵敏度并最大程度地去除干扰离子。今年，我们将氧气分子引入各种元素离子的反应池中，验证了目标离子之间的反应性差异和多原子分子离子干扰。证实了 236U、32S、31P 和 87Sr 核素的热力学预测放热/吸热离子分子反应的一致性，而使用传统质谱技术很难对这些核素进行高灵敏度定量。特别是，在元素离子和氧气之间的反应中，反应性根据元素离子和氧原子之间的亲和力而变化很大，获得了有关所产生的比例和种类的数据。此外，对于陆地水样品，通过将利用色谱法分离和定量各元素的每种溶解化学物质的方法与该研究方法的离子-分子反应相结合，可以高灵敏度地检测环境中的元素化学物质。我试过。结果，对于与87Sr具有同量异位干扰的87Rb，两种离子都与氧气发生吸热反应，但通过提高碰撞速度，促进了87Sr向氧化物离子的转化，而87Rb已证实，提高速度并没有加速转化为氧离子。此外，在分析每种溶解的化学物质时，我们优化了测定因人为原因添加到环境中的有机磷化合物的洗脱液和pH值，并尝试了各种有机磷化合物的相互分离和定量。

项目成果

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专利数量（0）

Lithium isotope systematics of Arima hot spring waters and groundwaters in Kii Peninsula

纪伊半岛有马温泉水和地下水的锂同位素系统学

DOI：
10.2343/geochemj.gj22015
发表时间：
2022
期刊：
GEOCHEMICAL JOURNAL
影响因子：
0.8
作者：
Umam Rofiqul;Tanimizu Masaharu;Nakamura Hitomi;Nishio Yoshiro;Nakai Ryo;Sugimoto Naoto;Mori Yasunori;Kobayashi Yuuki;Ito Akane;Wakaki Shigeyuki;Nagaishi Kazuya;Ishikawa Tsuyoshi
通讯作者：
Ishikawa Tsuyoshi

イオン-分子反応を用いたオンライン同重体干渉除去による87Sr/86Sr分析手法の確立

利用离子分子反应在线消除同量异位干扰的 87Sr/86Sr 分析方法的建立