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

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。