2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of a new method for trace element measurement within diatom frustules using cathodoluminescence
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18K19863
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
長島 佳菜 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境観測研究開発センター, 技術研究員 (90426289)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉江 恒二 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境観測研究開発センター, 技術研究員 (00555261)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | カソードルミネッセンス / 珪藻殻 / 鉄 / アルミニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) カソードルミネッセンス（CL）を用いた珪藻殻の微量元素測定法開発
北西太平洋，オホーツク海，ベーリング海のセジメントトラップ試料や海底堆積物に含まれる複数種の珪藻殻を用いたCLスペクトル測定を行った。その結果，珪藻殻も，先行研究で結晶質シリカ（石英）および非晶質シリカ（オパール）のCL分析から明らかになっているFe3+（1.7eV）やAl3+（3-3.5eV），さらに構造欠陥（2.7eV）に起因すると予想される発光中心を持つことがわかった。さらに，珪藻殻のCLスペクトルは海域毎の特徴を持ち，北太平洋中緯度・亜寒帯で採取された珪藻は，オホーツク海，ベーリング海の珪藻に比べ1.7eVの発光のピークがほとんどみられなかった。
(2) 培養した珪藻のCL分析に基づく海水中と珪藻殻中の微量元素濃度の比較
3段階の異なるAl濃度（1, 10, 1000 nmol L-1）に調整した海水で珪藻（Thalassiosira nordenskioeldii）の培養を行った。ベースとなる海水は，亜寒帯北太平洋（St. K2, 47°N, 160°E）で採取したものを用い，0.2 μmでろ過し，70°Cの乾燥機内で一晩殺菌処理した。Aquil培地を基本とし，硝酸塩，リン酸塩およびケイ酸の栄養塩を添加し，さらに，鉄やマンガン等の微量金属元素はEDTAと結合させた状態で添加した。培養した珪藻殻のCLスペクトル測定を行った結果，Al濃度が最も高い実験での珪藻殻のCLスペクトルは，他のAl濃度時の珪藻殻のCLスペクトルよりも2.7eVの発光が強く，石英やオパールの解析から言われているAlに起因する3-3.5eVの発光中心の増加は見られなかった。2.7eVの発光はその成因が十分に理解されてはおらず，今後AlやFeをドープしたシリコンガラスのCLスペクトルからAl濃度との関連性を検証する必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は(1) CLを用いた珪藻殻の微量元素測定法開発，(2) 培養した珪藻のCL分析に基づく海水中と珪藻殻中の微量元素濃度の比較，の2つのアプローチで研究を遂行している。
(1)について，今年度は北太平洋，オホーツク海，ベーリング海等から採取された様々な種類の珪藻殻を用いてCLスペクトルの測定を行い，珪藻殻のCLスペクトルが，これまでに非晶質シリカ（オパール）や結晶質シリカ（石英）等で報告されてきた様々な発光中心（AlやTiといった不純物由来の発光中心の他，様々な構造欠陥に由来する発光中心）の合成で解釈できることがわかった。一方，Al, Feの濃度とCLスペクトル強度との関係式を構築するには，AlおよびFeをそれぞれ異なる濃度でドープしたシリコンガラスを作成し，それぞれの元素の濃度ごとのCLスペクトル強度を測定し，両者の関係式を構築する必要がある。今年度は不純物をドープしたシリコンガラスの合成を行えなかったため，一部の内容が来年度以降に持ち越された。
(2)については，Alを3段階の異なる濃度に調整した海水中で珪藻を培養し，得られた珪藻の殻についてCL測定を行い，海水中のAlやFeの濃度によって，AlとFeに相当するCLスペクトルの強度の違いがあるか否かの検証を行った。ここまでの進捗状況は当初の計画通りである。残る2年で，より濃度の調整が難しいFeの濃度を変えた珪藻培養実験と，培養した珪藻殻のCL特性の検出を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでAlの濃度を3段階に変えた珪藻培養実験を行ったため，今後はFeの濃度を変えて培養した珪藻の殻のCL特性の検出を進める。一方，珪藻殻のCL発光強度から海水のAlやFe濃度を定量的に評価するために，既知の濃度のAl, Feをドープしたシリカガラスを合成し，CLスペクトル強度との関係式を作成する必要がある。しかしながら、国内のメーカーでは不純物をドープしたシリカガラス合成を現在取り扱っておらず，国外のメーカーによる作成を模索している。さらにシリカガラスの合成が難航した場合には，研究代表者らがこれまでの研究で用いてきた様々な起源の石英粒子を利用し，石英（結晶質シリカ）中のAlやFeの濃度（EPMA等を用いた濃度推定を予定）とCLスペクトル強度との関係の検証する。その場合，非晶質シリカ（珪藻殻、オパール）と結晶質シリカとではCL特性が異なる場合があるため，オパールを用いて石英の関係式が成り立つかどうかを併せて調べる。
こうした研究により，海水中のAlやFeの濃度が珪藻殻中のCLスペクトル強度として保存されていることが明らかになれば，古気候指標として様々な応用が可能になると期待できる。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた主な理由として，当該年度において当初予定していたシリカガラス合成が行えなかった事が挙げられる。そこで不純物をドープしたシリカガラス合成のための委託費を次年度に持ち越した。一方，不純物のドープが国内外のメーカーで困難であった場合，石英粒子のEDS, EPMA分析とCL分析とを比較することで，AlやFeの含有量に対するCL発光強度の関係式を求める予定にしている。この場合には分析効率を上げるために新たに実験補助員を雇用する。
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Research Products
(1 results)
