様々な自然環境における温室効果ガス生成機構の解明を目的としたマイクロセンサの開発

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現在までの多数の研究により、温室効果ガス(GHG)の排出が地球温暖化を促進することは明らかであるが、自然界におけるGHG消長過程の詳細については明らかにされていない。そこで本研究ではGHGの一つであるメタンガス(CH_4)測定用マイクロセンサを開発すること、これを用いて嫌気性廃水処理リアクターで生成されているCH_4濃度を測定することを目的とした。H18年度にCH_4測定用マイクロセンサを開発した。H19年度はCH_4測定用マイクロセンサの検量線を作成した。作製した全てのCH_4測定用マイクロセンサは、検出電流値がCH_4濃度に比例して変化した。代表的なマイクロセンサのCH_4濃度と検出電流値の近似曲線はy=-205x+5194であり、R^2=0.9633と相関は高かった。応答時間は濃度変化が大きい場合は数分、嫌気性廃水処理リアクター内に形成された微生物集塊(グラニュール)内のCH_4濃度を測定する場合には約60秒であった。これらマイクロセンサを用いてグラニュール内の濃度プロファイルを測定した。その結果、H_2生成反応およびH_2消費反応はともにグラニュール表層(厚さ数100μm)で、CH_4生成反応は中層および深層で生じていることが明らかとなった。さらに、グラニュール汚泥の培養条件(酢酸、H_2および炭酸濃度)を変化させて内部のH_2およびCH_4濃度を測定した。酢酸濃度を変えた実験から、H_2資化性CH_4生成反応はグラニュール中層で、酢酸資化性CH_4生成反応はグラニュール深層で生じていることが明らかとなった。H_2濃度を増大させた結果、CH_4生成速度は増大した。炭酸濃度の増大に伴いH_2濃度は低下し、CH_4生成速度は増大した。H_2濃度は並行して開発したH_2測定用マイクロセンサにて測定した。グラニュール内にはCH_4酸化細菌が存在しなかったため、生成されたCH_4は全てグラニュール外に放出された。