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Continuous field observation of multiple soil gas fluxes for tracing soil ecosystem dynamics using a portable high-resolution mass spectrometer (MULTUM)

Research Project

Project/Area Number 20H04324
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Toyoda Michisato  大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (80283828)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 当真 要  北海道大学, 農学研究院, 教授 (10514359)
古谷 浩志  大阪大学, 科学機器リノベーション・工作支援センター, 准教授 (40536512)
中山 典子  大阪大学, 理学研究科, 助教 (60431772)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥15,730,000 (Direct Cost: ¥12,100,000、Indirect Cost: ¥3,630,000)
Keywords土壌ガス / 多成分同時連続モニタリング / マルチターン飛行時間型質量分析計 / オンサイトモニタリング / オンサイトマススペクトロメトリー
Outline of Research at the Start

7成分の無機・有機ガス(N2・O2・CO2・ N2O・NO・CH4・C2H4)をフィールドにおいて同時連続測定できるマルチターン飛行時間型質量分析計を用いた計測システムを構築する。このシステムを用いて、異なる土壌環境圏での土壌生物プロセスを、2分程度の高時間分解能での連続測定を通して追跡する。各ガス成分間の相互関係、土壌物理化学性や気象要素、作物生育状態等との関係について考察を行い、土壌環境における多成分ガスの変動に影響を与える要因を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

We have constructed a "Simultaneous Continuous Flux Measurement System for Soil Gas" using a multi-turn time-of-flight mass spectrometer called "MULTUM." This system allows for the simultaneous long-term continuous measurement of inorganic and organic gases (such as N2, O2, CO2, N2O, CH4, etc.). In addition to surface measurements, we have built a system capable of measuring gas concentrations at multiple points (depths) within the soil at 2-minute intervals. Using commercially available horticultural soil, we conducted simultaneous measurements of fertilized and unfertilized soils. As a result, we observed the emission of several ppm of nitrous oxide from the fertilized soil, and we were able to capture concentration increases associated with water additions. Thus, this system enables the monitoring of the dynamics of soil gases within the soil.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

マルチターン飛行時間型質量分析計「MULTUM」を用いた「土壌ガスの同時連続フラックス測定システム」 を構築した.特に,これまでの土壌表面のフラックスみの測定だけでなく,土壌中の複数の地点(深さ)のガス濃度を,2分間隔で同時に計測できるようになり,土壌の物理化学性との関係も含めた生物過程の指標として活用できるだけでなく,不均一な土壌中の平均場を評価する計測法として非常に有益な測定システムとなる.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] A Method for Expanding Mass Range on a Multi-Turn Time-of-Flight Mass Spectrometer by a Lap Superimposed Spectrum2021

    • Author(s)
      Toshinobu Hondo, Michisato Toyoda
    • Journal Title

      Mass Spectrometry

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: A0098-A0098

    • DOI

      10.5702/massspectrometry.A0098

    • NAID

      130008104047

    • ISSN
      2186-5116, 2187-137X
    • Year and Date
      2021-10-14
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evaluation of microchannel plate gain drops caused by high ion fluxes in time‐of‐flight mass spectrometry: A novel evaluation method using a multi‐turn time‐of‐flight mass spectrometer2021

    • Author(s)
      Hiroshi Kobayashi, Toshinobu Hondo, Michisato Toyoda
    • Journal Title

      Journal of Mass Spectrometry

      Volume: 56 Issue: 3

    • DOI

      10.1002/jms.4706

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Gas chromatography/miniaturized time-of-flight mass spectrometry technique for high-throughput quantitative on-site field analysis2021

    • Author(s)
      Toshinobu Hondo, Noriko Nakayama, Michisato Toyoda
    • Journal Title

      International Journal of Mass Spectrometry

      Volume: 463 Pages: 116555-116555

    • DOI

      10.1016/j.ijms.2021.116555

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] マルチターン飛行時間型質量分析計を用いた土壌中ガスの連続測定2022

    • Author(s)
      鈴木舜也・当真要・中山典子・本堂敏信・河井洋輔・大塚洋一・古谷浩志・豊田岐聡
    • Organizer
      第70回質量分析総合討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 質量分析装置の開発について-マルチターン飛行時間型質量分析計の開発を例に-2022

    • Author(s)
      豊田岐聡
    • Organizer
      日本プロテオーム学会2022年大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 質量分析技術の可能性と将来展望2022

    • Author(s)
      豊田岐聡
    • Organizer
      第131回分析マネージメント研修会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 可搬型高分解能質量分析計MULTUMによる土壌起源温室効果ガスの多成分同時連続フラックス観測:土壌内プロセスの追跡ツールとして2020

    • Author(s)
      中山 典子, 当真 要, 古谷 浩志, 波多野 隆介, 豊田 岐聡
    • Organizer
      日本土壌肥料学会 2020年度岡山大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 飛行時間型質量分析方法、飛行時間型質量分析装置、および飛行時間型質量分析プログラム2021

    • Inventor(s)
      本堂敏信,豊田岐聡
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人大阪大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-114594
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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