長期的に継続可能な安定炭素同位体比の絶対値を決定した標準ガス調製法の開発

开发可长期持续测定稳定碳同位素比绝对值的标准气体制备方法

• 批准号: 22K05165
• 负责人: 下坂 琢哉
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05165/
• 关键词: 同位体比; 標準ガス; SIトレーサブル; δ13C; メタン; 一次標準物質; 安定同位体比

本研究課題では、参照試料を用いずにメタンの13C/12C同位体比の絶対値を決定した標準ガスを開発することを目標としている。そのためには、純12CH4の純度を、化学的な純度のみならず同位体純度についても決定する必要がある。そこで、純12CH4ガスと13C/12Cは不明であるがある一定値を持つ工業用の純CH4とを正確な比率で混合した標準ガスを数本調製し、12CH4の同位体純度と調製した標準ガスの13C/12C同位体比を決定することを考えている。純12CH4と通常のCH4を正確に希釈して13C/12C同位体比を変えた複数の標準ガスを用いた時、必要とされる測定精度・13C/12Cの範囲について、シミュレーションを行った。標準ガスの測定結果から同位体比を決定する計算方法は、測定結果と計算から求められる測定結果の差が最小となるように同位体比を求める方法であり、原理的には他研究者の既報と同様である。最適解を求める計算において、準安定状態（極小）が多数あり、容易には最適解が求められないことが判明し、今後準安定状態を乗り越えて最適解を探索する手法を用いることが必要であると思われる。標準ガスの同位体比を測定するためには、測定装置に導入する標準ガス量を一定にする必要がある。そのためには、標準ガスの圧力を正確に測定する必要があり、圧力基準となる装置の開発に取り掛かった。圧力基準器の温度変動を抑えるために、専用の恒温槽を自作・開発した。これは、発泡スチロールを断熱材として用いた恒温ボックスに、ペルチェ素子と高精度なペルチェ素子用の温度制御器を用いることにより、室温付近で温度を一定にできることを確認した。

该研究项目的目标是开发一种标准气体，无需使用参考样品即可确定甲烷 13C/12C 同位素比的绝对值。为此，需要确定纯12CH4的纯度，不仅是化学纯度，还包括同位素纯度。因此，我们以精确的比例制备了纯12CH4气体和工业纯CH4的混合物（13C/12C未知但有一定值）的几种标准气体，并测定了12CH4和制备的标准气体的同位素纯度。我正在考虑确定 13C/12C 同位素比我们进行了模拟，通过精确稀释纯 12CH4 和常规 CH4，确定使用具有不同 13C/12C 同位素比的多种标准气体时所需的测量精度和 13C/12C 范围。根据标准气体的测定结果求出同位素比的计算方法是使测定结果与计算所得的测定结果之间的差异最小化的求出同位素比的方法，这与之前报道的相同。在寻找最优解的计算中，发现存在很多亚稳态（局部极小值），找到最优解并不容易。未来需要使用克服亚稳态的方法并寻找最优解。为了测量标准气体的同位素比，需要保持引入测量装置中的标准气体的量恒定。为此，需要精确测量标准气体的压力，因此他们开始开发一种用作压力标准的设备。为了抑制压力标准中的温度波动，我们创建并开发了一种特殊的恒温器。经证实，在使用聚苯乙烯泡沫塑料作为绝热体的恒温箱中使用珀耳帖元件和用于珀耳帖元件的高精度温度控制器，可以将温度保持恒定在室温附近。