| 研究課題/領域番号 |
25287147
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
三村 耕一 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (80262848)
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| 研究分担者 |
鍵 裕之 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70233666)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 有機物 / 超高圧 / 化学進化 / 氷衛星 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、地球外生命探査のターゲットとなり得る氷衛星での有機物化学進化において低温超高圧反応が果たす役割を検討することである。この目的達成のため、1．ダイヤモンドアンビルセル (DAC) を用いていくつかの単純な有機物を加圧し、“その場観測”によって試料の物性と化学的性質の変化を知ること、2．大容量の試料を加圧可能なダブルトロイダルアンビルを用いた加圧実験の準備、の2点を平成25年度の研究計画とした。
DACを用いた加圧実験では、出発物質をベンゼンとして室温で21 GPaまで加圧した。21 GPaに到達した時、試料のラマンスペクトル分光分析、赤外分光分析を行った。その結果、赤外分光分析では出発物質のベンゼンには見られないピーク（3000cm-1）が現れることを確認した。また、ラマン分析ではバックグラウンドの上昇が検出された。これらの結果は、圧力によってベンゼン以外の新たな物質が生成していることを示している。
ダブルトロイダルアンビルを用いた加圧実験では、圧力見積りの方法を検討した。一般には、試料とともに圧力スケールとして封入したNaCl粉末にＸ線を照射し、散乱されるＸ線回折パターンから圧力を見積もる。しかし、Ｘ線によって出発有機物が光誘起化学反応する可能性もあるため、Ｘ線を使わずに圧力を見積もることを検討した。そして、ベンゼンと圧力スケールのNaClを出発物質とした放射光実験を行い、使用するダブルトロイダルアンビルについての荷重と発生圧力の関係式を確立した。これにより、X線を照射せずとも加重の値から試料の圧力を見積可能となった。
試料回収については、試料の封入されたガスケットを溶媒に浸した状態で、試料部分を打ち抜くことのできる開封装置を開発した。また、使用前にアンビルとガスケットを有機溶媒で超音波洗浄することによって、有機物汚染を非常に少なくすることが可能となった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
目的を達成できたのは以下の4点である。１．DACでベンゼンを加圧しながらラマン分光分析と赤外吸収スペクトル分析をおこない、物理的ならびに化学的変化を確認。さらに、ベンゼン以外の新たな物質が生成していることも確認。２．ダブルトロイダルアンビルで反応させた物質を損失なしに回収可能な装置の開発。３．ダブルトロイダルアンビルで出発物質が経験する圧力を加重の値のみから見積もることに成功。４．ダブルトロイダルアンビルで使用する器具からの有機物汚染を少なく抑えることに成功。
目的を達成できなかったのは以下の2点である。１．出発物質として予定していたグリシン、アラニン、ギ酸、アセトニトリル、メタノールのDAC加圧実験を行えなかった。２．これらを出発物質とした場合、考えられる生成物を分析するための手法を確立できなかった。
目的を達成できなかった理由は、ダブルトロイダルアンビルでの加重と圧力の関係式を確立することと、反応生成物の回収方法を確立するのに時間がかかってしまったためである。平成２６年度は、実験をもう少し効率良く行うよう心がける。
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| 今後の研究の推進方策 |
まずは、平成２５年度に達成できなかった実験を行う。特にアミノ酸を出発物質としたDAC実験を早急に行うべきものである。次に、加圧による生成物の分析法の確立も重要な課題である。これらを遂行するためには、研究分担者とより密接に連絡を取り合い、実験の更なる効率化を試みる必要がある。
また、DAC加圧実験で超高圧環境での挙動が明らかになった有機物を、ダブルトロイダルアンビルにて大容量(10 mg以上)加圧し、回収・分析する。回収・分析方法については、既に確立した手法を用いる。実験圧力はDAC加圧実験で出発物質の化学性質が大きく変わる圧力の前後とする。圧力と生成物収率の関係を整理し、さらに高圧条件の実験が必要と判断した場合は、追加実験を行う。ただし、ダブルトロイダルアンビルの破損を防ぐため、加圧実験の圧力上限値を20 GPaとする。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成２５年度に計画していた加圧実験（出発物質：グリシン、アラニン、ギ酸、アセトニトリル、メタノール）が時間の都合上遂行できなかった。そのため、それらの実験に必要な試薬、実験器具、分析装置の消耗品などに使うための費用を平成２６年度に持ち越した。
平成２６年度は、上記理由の欄に書き込んだ出発物質の分析手法を早急に開発し、DACおよびダブルトロイダルアンビルによる加圧実験を遂行する。その際、次年度使用学額に相当する助成金を、出発物質の購入と、それらの実験手法開発に必要な消耗品の購入にあてる。
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