Quantitative estimation of anthropogenic input of metallic elements to the environment using non-traditional isotope ratios

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26550020
• Research Institution: Kwansei Gakuin University
• Principal Investigator: 谷水 雅治 関西学院大学, 理工学部, 教授 (20373459)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 嘉夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10304396) ; 坂口 綾 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00526254)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 同位体 / 物質循環 / 環境動態 / 重金属 / 質量分析

Outline of Annual Research Achievements

地球表層での金属元素の循環様式の詳細把握のために、さまざまな試料からの目的元素の単離法と、高精度同位体分析手法の確立を目的とした。これらの確立した技術を主要な地質学的試料に適用して、金属元素同位体比の地球表層での変動幅を把握し、人為的に放出された金属元素の環境への負荷量の定量的把握指標としての可能性を検討した。昨年度は、ニッケルの地質学的試料からの化学的単離法について、従来法の欠点を克服し、ジメチルグリオキシムを利用しない新たなニッケル単離法を確立したが、今年度は、イオン交換分離条件のさらなる最適化を行った。これにより、化学分離に必要な時間を約半分に、また化学分離操作中のニッケルの混入割合が従来法に比べて一桁以上低く抑えられており、微量なニッケルを含む環境試料の同位体分析への応用が期待される。
確立したニッケル単離手法と同位体分析手法を用いて、岩石圏・水圏・大気圏に由来する試料の同位体比を分析した。それぞれ複数の玄武岩、マンガン団塊、大気エアロゾル試料からのニッケルの化学分離と同位体比測定を行った。その結果、ニッケル同位体比には0.05%程度の変動が認められ、ニッケル同位体比の天然での変動幅は、報告されている銅や亜鉛のものと比べて小さいことがわかった。エアロゾル試料のニッケル同位体比は重い同位体に富んでおり、これは石油や石炭などの化石燃料の燃焼により人為起源的に大気に放出されたニッケルの同位体比を反映している可能性がある。これらの同位体変動を指標として、環境中へ排出された人為起源的ニッケルの割合の定量的評価を含めた、ニッケルの地球表層での循環様式の詳細把握への応用が期待される。

Research Products

• [Journal Article] A simple and rapid method for isotopic analysis of nickel, copper, and zinc in seawater using chelating extraction and anion exchange (2017)
  • Author(s): Takano, S., Tanimizu, M., Hirata, T., Shin, K.-C., Fukami, Y., Suzuki, K., and Sohrin, Y.
  • Journal Title: Analytical Chimica Acta Volume: 967 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.aca.2017.03.010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stable isotope fractionation of tungsten during adsorption on Fe and Mn (oxyhydr)oxides (2017)
  • Author(s): Kashiwabara, T., Kubo, S., Tanaka, M., Senda, R., Iizuka, T., Tanimizu, M., and Takahashi, Y.
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 204 Pages: 52-67
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.01.031
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cerium stable isotope ratios in ferromanganese deposits and their potential as a paleo-redox proxy (2016)
  • Author(s): Nakada, R.,Takahashi, Y., and Tanimizu, M.
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 181 Pages: 89-100
  • DOI: 10.1016/j.gca.2016.02.025
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Development of a rapid and quantitative nickel purification technique for accurate nickel isotopic analysis in geochemical reference materials (2017)
  • Author(s): Kobayashi, Y., Takano, S., and Tanimizu, M.
  • Organizer: 欧州冬季プラズマ分光化学会議2017
  • Place of Presentation: オーストリア共和国ザンクトアントン
  • Year and Date: 2017-02-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geochemical characteristics of hydrothermal fluids observed along Median Tectonic Line in Mie-Prefecture, Japan (2017)
  • Author(s): Tanimizu, M., Nakai, R., Sugimoto, N., and Mori, Y.
  • Organizer: 欧州冬季プラズマ分光化学会議2017
  • Place of Presentation: オーストリア共和国ザンクトアントン
  • Year and Date: 2017-02-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高分解能・高回収率の新たなNi単離法の確立と地球化学標準物質のNi高精度同位体分析（口頭発表） (2016)
  • Author(s): 小林裕基・高野祥太朗・谷水雅治
  • Organizer: 2016年度日本質量分析学会同位体比部会
  • Place of Presentation: 秋田温泉さとみ（秋田県秋田市）
  • Year and Date: 2016-11-17
• [Presentation] プラズマイオン源質量分析法を用いた 元素同位体分析の海洋分野への応用展開（基調講演） (2016)
  • Author(s): 谷水雅治
  • Organizer: 2016年度日本地球化学会年会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-09-16
  • Invited
• [Presentation] 2種類の固相抽出法を用いた地質学的試料からのNi単離法の確立及び同位体比の高精度測定 (2016)
  • Author(s): 小林裕基・高野祥太朗・谷水雅治
  • Organizer: 2016年度日本地球化学会年会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-09-15
• [Presentation] Distributions of Nickel, copper and zinc isotopes in the North Pacific Ocean (2016)
  • Author(s): Takano, S., Uehara, W., Shin, K.-C., Hirata, T., Tanimizu, M., and Sohrin, Y.
  • Organizer: Goldschmidt 2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3段階のイオン交換分離法による高分離能かつ高回収率の地質学的試料からの新たなNi単離法の確立 (2016)
  • Author(s): 小林裕基・高野祥太朗・谷水雅治
  • Organizer: 第64回質量分析総合討論会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2016-05-20