アモルファスシリカの溶解速度に及ぼすアミノ酸の影響の定量評価

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K05711
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 河野 元治 鹿児島大学, 理工学域理学系, 教授 (80224814)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: アミノ酸 / アモルファスシリカ / 溶解速度 / 吸着実験

Outline of Annual Research Achievements

アミノ酸を含む溶液中でのアモルファスシリカの溶解速度の増大に寄与するアミノ酸の反応機構を明らかにすることを目的として、アモルファスシリカに対するアミノ酸の吸着実験を行った。実験には、市販試薬のアモルファスシリカから調整した粒径5-100μmサイズの試料、アミノ酸は酸性アミノ酸（アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン）、中性アミノ酸（セリン、トリプトファン、アラニン）、塩基性アミノ酸（ヒスチジン、リシン、アルギニン）を使用した。吸着実験は100μmol/Lのアミノ酸溶液10ｍLに0.01ｇのアモルファスシリカを添加し、溶液pH3～10領域のpHの異なる７つのバッチ式反応系を準備した。これらの反応系を25℃で24h振とう後、上澄み液を遠心分離して溶液pHの測定とHPLCを用いたOPA法によるアミノ酸分析を行った。実験の結果、塩基性アミノ酸では溶液のpH上昇に伴う吸着量の著しい増大が確認され、pH8～9で2～20μmol/gの最大吸着量に達した。一方、中性アミノ酸については溶液pHの上昇に伴う僅かな吸着が認められ、pH6～8領域で1～2μmol/g程度の最大吸着量が確認された。酸性アミノ酸についてはアモルファスシリカへの吸着はほとんど検出されなかった。このような各アミノ酸のアモルファスシリカ対するに吸着量の違いは各アミノ酸による溶解速度の増大と良い相関を示すことが明らかとなり、アモルファスシリカに対する各アミノ酸の反応性の違いが溶解速度に大きくの寄与していることが明確となった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

地球表層で進行している微生物による珪酸塩鉱物の溶解に及ぼす影響評価とそのメカニズムを明らかにすることを目的として、アミノ酸を含む溶液中でのアモルファスシリカの溶解実験とアモルファスシリカへのアミノ酸の吸着実験を行った。これまでの実験から、無機反応系での溶解速度に及ぼす溶液pH及びNaCl濃度の影響の評価が終了した。またアミノ酸系では、pH4、5、6条件での酸性アミノ酸（アスパラギン酸、システイン、アスパラギン）、中性アミノ酸（セリン、トリプトファン、アラニン）、塩基性アミノ酸（ヒスチジン、リシン、アルギニン）によるアモルファスシリカの溶解速度への影響と各アミノ酸のアモルファスシリカへの吸着特性に関するデータ収集が終了した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、これまでの実験で得られたアモルファスシリカの溶解速度の増大因子を定量的に解明することを目的として、滴定実験から得られたアモルファスシリカ表面の官能基解離反応データ、各アミノ酸の解離定数を用いた表面吸着反応のモデリング計算による定量化を行って素反応レベルでの吸着メカニズムの解析を行う。