希土類資源評価及び鉱床探査のための地化学分析用固体標準試料の新規調製

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26820395
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 米津 幸太郎 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90552208)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 希土類元素 / 地化学標準試料 / ゾルゲル法 / LA-ICP-MS

Outline of Annual Research Achievements

本研究は地化学試料中の希土類元素をLA-ICP-MSで局所分析する際に最適な均質かつ目的にあった濃度範囲の固体標準試料を新規に調製することを目的としている。新規に調製を目指した固体標準試料は従来の標準試料とは異なり、分子レベルでの構造を制御した16種の希土類元素を均質にドープした石英標準試料及び炭酸カルシウム標準試料である。その中でもシリカガラス中に希土類元素（La, Ce, Ndのいずれかを含む）ドープしたものの調製について本年度は焦点を当てた。
まず石英標準試料に希土類元素とアルミニウムのダブルプロポキサイドを前駆体として合成した後に、ゾル－ゲル法を用いて石英ガラス化させた。標準試料の均質性は各種分光学手法を用いて評価した。27Al MASではアルミニウムの配位構造から、ガラスの構造を推定したが、含有希土類元素濃度の上昇に伴って、配位数の変化が見られた。EXAFS測定からは、直接、希土類元素の配位構造についての情報が得られたが、希土類元素の凝集は見られなかったこと、酸化物の構造とは異なっていたことなどから類推すると、比較的、分散性の良いものが得られたと言える。希土類元素の含有量は数千ppm～数万ppmとして、各種スペクトルが解析できるとわかったので、低濃度試料の調製の足がかりが得られた。予察的なLA-ICP-MSを用いた定性分析においても数mm～数cmの線分析において、カウント値のばらつきが従来のNIST標準試料よりも小さいものも確認できた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

含希土類元素石英質標準試料の調製をさまざまな調製手順、希土類元素濃度の変化、希土類元素の種類の変化などを通じて、追跡することができた。まだ、複数種類の希土類元素を含む試料の調製の段階に入れていないものの、各種分光法において間接的に構造をXRDやFT-IR、NMRによって評価したり、直接的にEXAFSスペクトルを得たり、LA-ICP-MSによるカウント値を得たりと試せる限りの構造評価方法を適用することで、その構造の類推に一定のめどがついたことが非常に大きく、次年度以降の実験にスムーズにより入れる環境が整ったため。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の方策としては、重希土類元素を含む試料や複数の希土類元素を含む試料、低濃度の希土類元素を含む試料を調製して、より最終目標の自然界の地化学試料の濃度範囲を定量できるのに適切な標準試料の調製を目指していくこととなる。その中でNMRやXRD、EXAFS、FT-IRなどの分光法はパワフルな分析ツールとなりうることがわかっているので、これらをメインに試料の調製と構造評価を並行して行っていきたい。また、LA-ICP-MSによる定量に加えて、バルクの分析を行い、局所の濃度と仕込みの濃度の比較を行い、どの程度の濃度範囲で試料が調製可能かを調べる必要がある。低濃度用には多少、ゾルゲル法の手順を改良する余地があるため、試行錯誤的にそれらにも挑戦していく予定としている。

Causes of Carryover

次年度使用額が少額ながらも生じた理由としては、消耗品の使用量が希土類元素の種類を限定したために限られたことや、予察的に行ったLA-ICP-MSのアルゴンガス代が機器使用先の厚意で免除されたことなどが挙げられる。

Expenditure Plan for Carryover Budget

翌年度は希土類元素の種類を増やすことが最大のテーマの1つでもあり、それに充当する予定でいる。また、学内の分析センター利用代なども構造評価に有益であることが分かったために、そちらに一部回して、総合的に使用する計画を立てている。