Development of a fast separation and purification method of helium from gas samples for helium isotope analyses

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H07408
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• Principal Investigator: 小林 真大 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部環境技術グループ, 研究員 (80806018)
• Project Period (FY): 2017-08-25 – 2019-03-31
• Keywords: ヘリウム / 希ガス / 質量分析 / 分子ふるい / 火山ガス / 地下水

Outline of Annual Research Achievements

火山ガスや地下水のヘリウム同位体比は、地下のマグマの活動や断層運動の活動度を評価するためのトレーサーとしての利用が期待されている。それらの活動度の評価には、可能な限り短い間隔でヘリウム同位体比の測定を行い、その変動を観測する必要がある。しかしながら、現在の分析法では、採取した試料を実験室に持ち帰り、大型の質量分析計を用いた長時間の測定を要することから、数ヶ月~数年間隔での観測が主である。分析時間の多くは、気体試料からのヘリウムの分離と精製に費やされており、大幅な簡略化が求められている。そこで、本研究では迅速なヘリウムの分離、精製のため、小さな気体分子を選択的に透過する多孔質セラミック膜を作製し、質量分析計への試料導入系に適用した手法を開発することを試みる。
今年度は、昨年度に引き続きゾル-ゲル法を用いて作製する多孔質セラミック膜の作製条件の検討および、質量分析を用いた分離性能の定量的な評価を行った。基材をゲル溶液に浸漬した後ゲル化させることによって作製した分離材は、試料ガスを30 sec透過させた時、対照実験と比べHe/Ar比が10倍に濃集されていた。しかし、Heの透過量は対照実験の2%程度であった。また、透過時間を60 secとした場合は、対照実験と比べ2倍程度しか濃集されなかった。これらの分離度合いは、既存研究から予想される分離度合いに比べて1~2桁ほど小さい。また、サイズ排除による分子ふるいが機能しているというよりは、単に系内の拡散速度の違いによりHe/Ar比が濃集しているようにみえた可能性も考えられる。しかし、10倍程度ではあるが、30 secで希ガス元素の分離ができたことから、多孔質膜を用いた簡便で迅速なヘリウムの分離・精製法が、リアルタイム・オンサイトでのヘリウム同位体比のモニタリングに適用できる可能性を示すことができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。