アパタイト結晶の水素拡散と水素同位体組成から探る月の水の進化史

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本研究では二次イオン質量分析計(SIMS)を用いた月岩石中の含水リン酸塩鉱物であるアパタイトの高精度水素同位体比分析に取り組んでいたが、目標としていた分析精度を十分達成することができていなかった．この要因として、二次イオン質量分析法の空間分解能不足によるコンタミネーションの影響が考えられた．本研究の目的を達成するためには、高空間分解能で水素同位体分析を行うことが必要な課題となっていた．そこで本年度は高い空間分解能が期待できるAFM-IR(Atomic Force Microscope-Infrared Spectroscopy)という手法により分析を行った．AFM-IRは、原子間力顕微鏡と赤外分光分析計を組み合わせた装置で、ナノスケールの空間分解能で赤外分光分析を行うことができる．赤外分光分析は原理上、水酸基とその同位体置換体を検出できるため、本研究で目指している高空間分解能での水素同位体分析ができる可能性がある．天然のアパタイト結晶からデータを引き出す事前準備として、AFM-IRによる水素分析の基礎データの取得を行った．試料の重水素濃集領域において重水素と酸素の結合に由来すると考えられる赤外吸収を検知することができた．重水素の濃度は数百ppmであり、この程度の濃度の水素であれば検出することが可能であることが示された．一方で通常の水素と酸素の結合の赤外吸収は、試料表面の吸着水や大気中の水成分の影響により優位に検知することができなかった．水素量を正しく分析するには窒素雰囲気下や真空中での分析を行うなどの工夫が必要になる．空間分解能は24-56nmを達成しており、従来の水素分析手法よりも良い空間分解能で水素の分布を観察することができるようになる可能性が高い．