イオン-分子反応を利用した迅速同位体分析に基づく地下水流動解析

地球化学的手法を用いた地下水の流動方向や混合解析の研究では、各種同位体トレーサの迅速分析法の確立が必要である。本研究では、各分析対象同位体イオンの質量分析において、質量分析装置内部の反応セルでのイオン-分子反応により、積極的に衝突させる反応ガス分子の種類や導入量、反応ガス分子への測定対象イオンの衝突速度(運動エネルギー)の各項目を変化させ、検出感度の向上および干渉イオンを最大限に除去できるよう、装置条件の最適化を試みている。本年度は、さまざまな元素のイオンに対して、反応セル内に酸素ガス分子を導入し、目的イオンと多原子分子イオン干渉との間の反応性の違いを検証した。従来の質量分析手法では高感度定量が困難であった、236Uや32S、31Pや87Srの各核種について、熱力学的に予想されるイオン-分子反応の発熱性/吸熱性との整合性を確認した。とくに、元素イオンと酸素ガスとの間の反応では、元素イオンの酸素原子との間の親和性によって反応性が大きく異なるため、周期表上で隣接および同族に分類される元素を含めて、反応割合と生成化学種に関するデータを取得した。また、陸水試料について、クロマトグラフィーを用いて元素の溶存化学種ごとに分離定量する手法に、本研究手法によるイオン-分子反応を組み合わせることで環境中に存在する元素化学種の高感度検出を試みた。その結果、87Srと同重体干渉する87Rbについて、酸素ガスとは両イオンとも吸熱的に反応するが、衝突速度をあげることにより、87Srの酸化物イオンへの変換が促進される一方、87Rbは衝突速度を上げても酸化物イオンへの変換は促進されないことを確認した。また、溶存化学種ごとの分析では、人為起源的に環境に付加した有機リン化合物の定量に関する、溶離液とpHの最適化を行い、各種有機リン化合物の相互分離定量を試みた。

地球化学的手法を用いた地下水の流動方向や混合解析の研究では、各種同位体トレーサの迅速分析法の確立が必要である。本研究では、各分析対象同位体イオンの質量分析において、質量分析装置内部の反応セルでのイオン-分子反応により、積極的に衝突させる反応ガス分子の種類や導入量、反応ガス分子への測定対象イオンの衝突速度(運動エネルギー)の各項目を変化させ、検出感度の向上および干渉イオンを最大限に除去できるよう、装置条件の最適化を試みている。本年度は、さまざまな元素のイオンに対して、反応セル内に酸素ガス分子を導入し、目的イオンと多原子分子イオン干渉との間の反応性の違いを検証した。従来の質量分析手法では高感度定量が困難であった、236Uや32S、31Pや87Srの各核種について、熱力学的に予想されるイオン-分子反応の発熱性/吸熱性との整合性を確認した。とくに、元素イオンと酸素ガスとの間の反応では、元素イオンの酸素原子との間の親和性によって反応性が大きく異なるため、周期表上で隣接および同族に分類される元素を含めて、反応割合と生成化学種に関するデータを取得した。また、陸水試料について、クロマトグラフィーを用いて元素の溶存化学種ごとに分離定量する手法に、本研究手法によるイオン-分子反応を組み合わせることで環境中に存在する元素化学種の高感度検出を試みた。その結果、87Srと同重体干渉する87Rbについて、酸素ガスとは両イオンとも吸熱的に反応するが、衝突速度をあげることにより、87Srの酸化物イオンへの変換が促進される一方、87Rbは衝突速度を上げても酸化物イオンへの変換は促進されないことを確認した。また、溶存化学種ごとの分析では、人為起源的に環境に付加した有機リン化合物の定量に関する、溶離液とpHの最適化を行い、各種有機リン化合物の相互分離定量を試みた。