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。

地球科学样本中稀有地球元素（REE）模式出现的瓷器（CE）异常是学习地球过去的氧化还原状态（Paleodox）并讨论地球大气进化的重要地球化学指标。但是，目前尚不清楚该CE异常与氧化还原状态的对应方式，并且据报道它也受到成岩作用的影响，目前，使用CE异常估算地球的古环境在其定量含义方面受到限制。这项研究旨在阐明使用先进的X射线吸收良好结构（XAFS）方法在各种氧化还原环境中发生CE异常的基本过程，并在物理上和化学上追求CE的异常过程以及各种氧​​化还原环境之间的反应。此外，预计CE稳定同位素比的变化将反映出几种引起CE异常的化学反应，其目的是从实验室实验中阐明这一点。今年，我们开发了一种将CE与稀土元素混合溶液分离以测量CE同位素比的方法。到目前为止，我们已经使用称为LN树脂的磷酸酯分离柱使用盐酸系统优化了CE的方法。此外，我们研究了CE异常的程度以及CE（IV）/CE（III）比率在吸附在细菌细胞表面的稀土元素时，或者在稀土元素被吸附在锰氧化物和羟基羟基氢氧化铁上时如何变化。这些发现表明，当Ce吸附到锰氧化物时，CE氧化发生，并且当CE异常在吸附到氢氧化铁上时也可能发生异常。但是，在后一种情况下，氧化剂可能是氧气，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