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Investigation and dynamic analysis of rare earth elements and other rare metals in urban river water

Research Project

Project/Area Number 19K12300
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
Research InstitutionAzabu University

Principal Investigator

Akihide Itoh  麻布大学, 生命・環境科学部, 教授 (60273265)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 朱 彦北  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90422790)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords環境水 / 重金属 / PPCPs / 潜在的人為汚染 / MRI造影剤 / レアメタル / 希土類元素 / 水生生物 / ICP-MS / キレート固相抽出 / 下水処理放流水 / 廃棄物 / 造影剤 / 河川水 / 潜在的汚染 / ガドリニウム / 化学形態別分析 / Gd / 水生昆虫
Outline of Research at the Start

都市域河川水中に、希土類元素の一種であるガドリニウム(Gd)の濃度異常が報告されており、その要因は病院で診断に利用されるMRIの造影剤(Gd錯体)の環境流出である。国内では2000年代初頭までは報告があったが、2010年以降はほとんど報告がない。しかし、国外では逆にGd濃度異常や関連する調査研究例が増加し、水生生物や飲料水への影響が危惧されているため、日本でもGdの環境影響を明らかにする必要がある。そこで本研究では、都市域河川水中の希土類元素の潜在的汚染の実態を把握し、その環境動態や水生生物への影響を明らかにする。さらに他のレアメタルの潜在的汚染の状況も明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

Comprehensive multielement analysis of least 53 elements, including 40 rare metals, in river water at all points from upstream to the estuary in urban rivers and sewage treatment effluent was established by using three analytical methods of ICP-MS, chelating SPE/ICP-MS, and reflux-type heating acid decomposition/chelating SPE/ICP-MS. Recoveries of some elements for sewage treatment effluent in chelating SPE were improved by being combined with reflux-type heating acid decomposition. In particular, the reflux-type heating acid decomposition/chelating SPE/ICP-MS method enabled the determination of Co, In, Eu, Pr, Sm, Tb, and Tm, which had been difficult to determine in chelating SPE/ICP-MS without this decomposition procedure. A potential anthropogenic pollution (PAPs) of rare metals was investigated by the established analytical methods. As a result, 25 elements from the inflow area of sewage treatment effluent were several to several dozen times higher than those in the clean area.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでの河川水中の金属元素の分析は、有害性がすでに知られている元素が中心であり、レアメタル全般に関する研究例は少ない。レアメタルの一種であるGdは、濃度異常が海外でも多数報告されているが、本研究のように、希土類元素だけでなく約50のレアメタルについて潜在的人為汚染の実態調査を行ない、さらに、潜在的人為汚染元素の水生生態系への環境影響評価を行った研究は世界的にも例がない。Gdについては、最近注目されているPPCPs汚染の生物影響評価にもつながる。さらに他のレアメタルについても、生態系や人への影響が認識された場合、水処理過程の改善、新規環境基準の策定など様々な波及効果が考えられる。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Investigation of potential anthropogenic pollution of rare metals in Tama River followed by establishment of a comprehensive multielement analysis of major-to-ultratrace elements in river water and sewage treatment effluent2023

    • Author(s)
      Yaida Akane、Otsuka Riko、Yamada Asaki、Nakano Kazuhiko、Itoh Akihide
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 6 Issue: 6 Pages: 867-882

    • DOI

      10.1007/s44211-023-00287-8

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Potential Anthropogenic Pollution of High-technology Metals with a Focus on Rare Earth Elements in Environmental Water2021

    • Author(s)
      ITOH Akihide、YAIDA Akane、ZHU Yanbei
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 37 Issue: 1 Pages: 131-143

    • DOI

      10.2116/analsci.20SAR16

    • NAID

      130007966693

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2021-01-10
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Pseudo isotope dilution (PID) as an approach for correcting barium-related spectral interferences on the measurement of europium by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)2021

    • Author(s)
      Zhu Yanbei、Itoh Akihide
    • Journal Title

      Analytica Chimica Acta

      Volume: 1180 Pages: 338854-338854

    • DOI

      10.1016/j.aca.2021.338854

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct determination of rare earth elements in natural water samples by inductively coupled plasma tandem quadrupole mass spectrometry with oxygen as the reaction gas for separating spectral interferences2021

    • Author(s)
      Zhu Yanbei、Nakano Kazumi、Shikamori Yasuyuki、Itoh Akihide
    • Journal Title

      Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy

      Volume: 179 Pages: 106100-106100

    • DOI

      10.1016/j.sab.2021.106100

    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of Potential Anthropogenic Pollution of Gd Based on Determination of Rave Earth Elements in Tama-River Water by ICP-MS with Chelate Resin Solid-phase Extraction2020

    • Author(s)
      YAIDA Akane、OTSUKA Riko、YAMADA Asaki、NAKANO Kazuhiko、MATSUI Kumi、SEKIMOTO Masashi、INABA Kazuho、ITOH Akihide
    • Journal Title

      BUNSEKI KAGAKU

      Volume: 69 Issue: 7.8 Pages: 341-350

    • DOI

      10.2116/bunsekikagaku.69.341

    • NAID

      130007937254

    • ISSN
      0525-1931
    • Year and Date
      2020-07-05
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of an Automatic pH Adjustment Instrument for the Preparation of Analytical Samples Prior to Solid Phase Extraction2020

    • Author(s)
      Yanbei Zhu, Sayaka Nishigori, Yoshiaki Shimura, Tomio Nara, Eiji Fujimor
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 36 Issue: 5 Pages: 621-626

    • DOI

      10.2116/analsci.19SBN03

    • NAID

      130007840915

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2020-05-10
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Elemental characteristics and biogeochemical cycles of trace metals in coastal seawater around coral reefs elucidated by multi-element profiling analyses2020

    • Author(s)
      Itoh Akihide、Ganaha Shoko、Nakano Yoshikatsu、Zhu Yanbei
    • Journal Title

      Estuarine, Coastal and Shelf Science

      Volume: 240 Pages: 106779-106779

    • DOI

      10.1016/j.ecss.2020.106779

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] キレート固相抽出を併用したICP-MS法による多摩川河川水中希土類元素の定量とGdの潜在的人為汚染の評価2020

    • Author(s)
      八井田 朱音,大塚 理子,山田 安咲紀,中野 和彦,松井 久美,関本 征史,稲葉 一穂, 伊藤 彰英
    • Journal Title

      分析化学

      Volume: 69

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 都市域河川水中の潜在的人為汚染元素の化学形態別法の開発2022

    • Author(s)
      天野 友揮、八井田 朱音、中野 和彦、伊藤 彰英
    • Organizer
      日本分析化学会第71年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 還流型加熱酸分解処理を併用したキレート固相抽出/ICP-MS法による 都市域河川水及び下水処理放流水中レアメタルの潜在的人為汚染調査2022

    • Author(s)
      八井田 朱音、天野 友揮、中野 和彦、伊藤 彰英
    • Organizer
      第82回分析化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 還流型加熱酸分解処理を併用したキレート固相抽出/ICP-MS法による 都市域河川水及び下水処理放流水中レアメタルの定量2021

    • Author(s)
      八井田朱音、天野友輝、中野和彦、伊藤彰英
    • Organizer
      第70回日本分析化学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 都市域河川水中レアメタルの広域濃度分布測定と潜在的人為汚染調査2021

    • Author(s)
      八井田 朱音 ・ 大塚 理子 ・ 近藤 紘昌 ・ 山田 安咲紀 ・ 中野 和彦 ・ 関本 征史 ・ 松井 久美 ・ 伊藤 彰英2
    • Organizer
      日本分析化学会第69年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 都市域河川水中レアメタルの多元素プロファイリングアナリシスと Gdの潜在的汚染の現状評価2020

    • Author(s)
      伊藤彰英
    • Organizer
      第54回日本水環境学会年会併設研究集会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 都市域河川水中希土類元素及びその他レアメタルの広域濃度分布測定と潜在的汚染の現状評価2019

    • Author(s)
      八井田 朱音・大塚 理子・近藤紘昌・中野 和彦・関本 征史・松井 久美・ 伊藤 彰英
    • Organizer
      第38回生体と金属・化学物質に関する研究会(チョークトーク2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 都市域河川水中希土類元素及びその他レアメタルの広域濃度分布測定と潜在的汚染の現状評価2019

    • Author(s)
      八井田 朱音・大塚 理子・近藤紘昌・中野 和彦・関本 征史・松井 久美・ 伊藤 彰英
    • Organizer
      日本分析化学会第68年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 固相抽出 / ICP-MS 法による河川水中人為起源 Gd の化学形態別分析2019

    • Author(s)
      大塚 理子・八井田 朱音・近藤紘昌・中野 和彦・関本 征史・松井 久美・ 伊藤 彰英
    • Organizer
      日本分析化学会第68年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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