流体包有物の流体のその場同位体分析法の開発

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25610161
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 圦本 尚義 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80191485)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 地球化学 / 宇宙科学 / 惑星起源・進化 / 岩石・鉱物・鉱床学 / 流体

研究概要

本研究の目的は，鉱物中の流体包有物の流体のその場同位体分析法を開発することである．流体包有物はその鉱物が晶出時の母液を取り込んだもので地下深部流体を直接分析できる貴重なサンプルである．流体には水素，酸素，炭素，窒素等の元素が含まれておりその同位体組成は流体の起源を探る鍵として使われている．本研究では，流体包有物を凍結して，研磨を行い，流体を表面に露出させた後，二次イオン質量分析法で流体構成元素の同位体分析を行う試料作成法を開発する．この試料作成法が完成すれば，μm サイズの流体包有物から水素，酸素，炭素，窒素の同位体比がその場分析可能になる．鉱物成長の化学システムを決定することは地球化学研究の基礎であるため，本研究は地球化学研究全分野に役立ち実用的にも応用可能な研究課題と考えられる．本年度は以下の研究成果が得られた．
1. 流体包有物の流体は塩濃度が高いので，試料温度は，食塩と水の共晶点温度(-21.3°C) 以下の温度で測定が終わるまでのすべての実験が行われる条件をクリアするため，試料研磨盤に液体窒素プールを作成し，-100°C 程度まで冷却可能な研磨機を設計製作した．この研磨盤の上にスライド式試料研磨機構を設計製作した．また，研磨盤への液体窒素自動補給装置を設計製作した．次に，窒素雰囲気コントロールできるグローブボックスを製作し，研磨装置全体をその中に設置した．この機構により，2. 結霜防止のため湿度0%雰囲気で研磨する条件をクリアした．3.冷凍ステージを装備した反射顕微鏡をグローブボックスに設置した．この顕微鏡による試料表面観察を行い，4. 流体凍結研磨により凍った流体包有物を試料表面に露出させた試料に対し，試料表面を速やかに観察できるようにし，研磨による露出程度を迅速に検定しSIMS 最適試料の製作をできる様にしつつある．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

実験実施計画に予定していた新規実験装置の設計製作が完了し，システム化にも成功した．現在その最適化のための改良を行っている段階であるため．

今後の研究の推進方策

今後は凍結流化包有物の表面に金薄膜コーティングする技術を開発し，２次イオン質量分析法により氷の水素と酸素の全同位体を安定して測定する分析法を開発する方策である．

研究成果

• [雑誌論文] Petrology, trace element abundances and oxygen isotopic compositions of a compound CAI-chondrule object from Allende. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakaki, S., Itoh, S., Tanaka, T. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 102 ページ: 261-279
  • DOI: 10.1016/j.gca.2012.10.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an ultra-high performance multi-turn TOF-SIMS/SNMS System “MULTUM-SIMS/SNMS”. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ebata, S., Ishihara, M., Kumondai, K., Mibuka, R., Uchino, K. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Journal of the American Society for Mass Spectrometry 巻: 24 ページ: 222-229
  • DOI: 10.1007/s13361-012-0528-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon isotope heterogeneity in metamorphic diamond from the Kokchetav UHP dolomite marble, northern Kazakhstan. (2013)
  • 著者名/発表者名: Imamura, K., Ogasawara, Y., Yurimoto, H. and Kusakabe, M.
  • 雑誌名: International Geology Review 巻: 55 ページ: 453-467
  • DOI: 10.1080/00206814.2012.723857
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfide-rich dunite within a thick Moho transition zone of the northern Oman ophiolite: implications for the origin of Cyprus-type sulfide deposits. (2013)
  • 著者名/発表者名: Negishi, H., Arai, S., Yurimoto, H., Ito, S., Ishimaru, S., Tamura, A. and Akizawa, N.
  • 雑誌名: Lithos 巻: 164-167 ページ: 23-35
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2012.11.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ observation of D-rich carbonaceous globules embedded in NWA 801 CR2 chondrite. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hashiguchi, M., Kobayashi, S. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 122 ページ: 306-323
  • DOI: 10.1016/j.gca.2013.08.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Petrography and mineralogy of the ungrouped type 3 carbonaceous chondrite Dar al Gani 978. (2013)
  • 著者名/発表者名: Zhang, A.-C. and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 48 ページ: 1651-1677
  • DOI: 10.1111/maps.12154
  • 査読あり
• [雑誌論文] XANES and Mg isotopic analyses of spinels in Ca-Al-rich inclusions: Evidence for formation under oxidizing conditions (2013)
  • 著者名/発表者名: Paque, J. M., Sutton, S. R., Simon, S. B., Beckett, J. R., Burnett, D. S., Grossman, L., Yurimoto, H., Itoh, S. and Connolly, H. C.
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 48 ページ: 2015-2043
  • DOI: 10.1111/maps.12216
  • 査読あり
• [学会発表] 同位体顕微鏡システムの開発と太陽系初期進化の研究. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 三宅賞受賞記念講演
  • 発表場所: 霞ヶ関ビル（東京都）
  • 年月日: 20131207-20131207
• [学会発表] Origin of the solar system shed light on by secondary ion mass spectrometry. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 9th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '13
  • 発表場所: シェラトンコナ（アメリカ）
  • 年月日: 20131202-20131206
  • 招待講演
• [学会発表] Development of an isotope nanoscope to examine solar wind helium distribution in extraterrestrial materials. (2013)
  • 著者名/発表者名: Bajo,K., Itose,S., Matsuya, M., Ishihara, M., Uchino, K., Kudo, M., Sakaguchi, I. and Yurimoto, H.
  • 学会等名: 9th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '13
  • 発表場所: シェラトンコナ（アメリカ）
  • 年月日: 20131202-20131206
• [学会発表] Development of lase ionization mass nanoscope and the applications to planetary sciences. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: Isotopes, Earth and the Universe
  • 発表場所: 中央研究院（台湾）
  • 年月日: 20131125-20131126
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽系の惑星の水の成因と水素、窒素、酸素同位体組成との関連性. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 東京工業大学地球惑星科学科地惑セミナー
  • 発表場所: 東京工業大学（目黒区）
  • 年月日: 20131112-20131112
• [学会発表] Report of O isotopic compositions of two itokawa particles from room B and measurement plan for in-situ 3D-distribution analysis of solar wind noble gases on surface of Itokawa particles. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: HAYABUSA 2013: Symposium of Solar System Materials
  • 発表場所: JAXA（神奈川県）
  • 年月日: 20131016-20131018
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Laser Ionization Mass Nanoscope and the Applications to Planetary Sciences. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yurimoto, H., Bajo, K., Ishihara, M., Uchino, K., Itose, S., Matsuno, M and Kudo, M.
  • 学会等名: The 19th International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS-19)
  • 発表場所: ICC JEJU（韓国）
  • 年月日: 20130929-20131004
  • 招待講演
• [学会発表] Development of high-speed data-streaming system for time-of-flight mass spectrometry. (2013)
  • 著者名/発表者名: Bajo, K, Fujioka, O. , Ishihara, M., Uchino, K, and Yurimoto, H.
  • 学会等名: The 19th International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS-19)
  • 発表場所: ICC JEJU（韓国）
  • 年月日: 20130929-20131004
• [学会発表] In-situ analysis of noble gases by using TOF-SNMS. (2013)
  • 著者名/発表者名: Bajo, K., Itose, S., Matsuya, M., Ishihara, M., Uchino, K., Kudo, M., Sakaguchi, I. and Yurimoto, H.
  • 学会等名: The 19th International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS-19)
  • 発表場所: ICC JEJU（韓国）
  • 年月日: 20130929-20131004
• [学会発表] High precision oxygen isotope imaging of refractory minerals with isotope microscope system. (2013)
  • 著者名/発表者名: Park, C., Sakamoto, N., Wakaki, S., Kobayashi, S. and Yurimoto, H.
  • 学会等名: The 19th International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS-19)
  • 発表場所: ICC JEJU（韓国）
  • 年月日: 20130929-20131004
• [学会発表] Prediction of isotopic systematics of H, N and O between planets. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: Science as Method and Methodology for Problems on the Earth and Life
  • 発表場所: 名古屋大学（名古屋市）
  • 年月日: 20130915-20130917
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙物質分析の未来予想図. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 2013年度日本地球化学会第60回年会
  • 発表場所: 筑波大学（つくば市）
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] LL4-6普通コンドライト隕石中リン酸塩鉱物の水含有量及び水素同位体組成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤正一，柳内佳穂里，サララッセル，ジムグリーンウッド，圦本尚義
  • 学会等名: 2013年度日本地球化学会第60回年会
  • 発表場所: 筑波大学（つくば市）
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] 高空間分解能TOF-SIMSを用いた太陽風ヘリウムと物質の相互作用． (2013)
  • 著者名/発表者名: 馬上謙一，坂口勲，鈴木拓，糸瀬悟，松谷幸，工藤政都，石原盛男，内野喜一郎，圦本尚義
  • 学会等名: 2013年度日本地球化学会第60回年会
  • 発表場所: 筑波大学（つくば市）
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] 同位体ナノスコープ. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義，馬上謙一，石原盛男，内野喜一郎，糸瀬悟，松谷幸，工藤政都
  • 学会等名: 第61回質量分析総合討論会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20130910-20130912
  • 招待講演
• [学会発表] TOF-SIMSのタイミング制御に関する実験. (2013)
  • 著者名/発表者名: 馬上謙一，圦本尚義
  • 学会等名: 第61回質量分析総合討論会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20130910-20130912
• [学会発表] 同位体顕微鏡による宇宙物質研究および材料分析の展開 ～はやぶさ小惑星物質からガラスまで～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 旭硝子・中央研究所講演会
  • 発表場所: 旭硝子中央研究所（神奈川県）
  • 年月日: 20130906-20130906
  • 招待講演
• [学会発表] イメージング質量分析シンポジウム～ 生命・地球・宇宙・材料科学における新展開 ～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: JASIS 2013
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130904-20130906
  • 招待講演
• [学会発表] Ordering of isotope composition for H, N and O between planets. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 2013 Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Firenze Fiera Congress and exhibition Centre（イタリア）
  • 年月日: 20130825-20130830
• [学会発表] Development of a Novel TOF-Snms to Analyze Sub-Micron Noble Gas Distribution. (2013)
  • 著者名/発表者名: Bajo, K-I, Itose, S, Matsuya, M, Ishihara, M, Uchino, K, Kudo, M, Sakaguchi, I and Yurimoto, H
  • 学会等名: 2013 Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Firenze Fiera Congress and exhibition Centre（イタリア）
  • 年月日: 20130825-20130830
• [学会発表] Chromium enrichment in sedimentary rocks deposited in shallow water in the 3.2 Ga Moodies Group, South Africa. (2013)
  • 著者名/発表者名: Otake, T, Sakamoto, Y, Itoh, S, Yurimoto, H and Kakegawa, T
  • 学会等名: 2013 Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Firenze Fiera Congress and exhibition Centre（イタリア）
  • 年月日: 20130825-20130830
• [学会発表] Early solar system cryovolcanics in the laboratory. (2013)
  • 著者名/発表者名: Zolensky M., Fries M., Bodnar R., Yurimoto H., Itoh S., Steele A., Mikouchi T., Hagiya K., Ohsumi K., Le L. and Rahman Z.
  • 学会等名: The 76th Annual Meeting of the Meteoritical Society
  • 発表場所: シャトーラコムホテルエドモントン（カナダ
  • 年月日: 20130729-20130802
• [学会発表] Isotope microscope and isotope nanoscope by SIMS and the applications. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: NIMS Conference 2013
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県）
  • 年月日: 20130701-20130703
  • 招待講演
• [学会発表] はやぶさとその先―宇宙物質分析の最先端― (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: AMO討論会
  • 発表場所: 電気通信大学（調布市）
  • 年月日: 20130614-20130615
  • 招待講演
• [学会発表] 隕石を作った初期太陽系プロセス (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 太陽系形成論勉強会
  • 発表場所: 東京工業大学（目黒区）
  • 年月日: 20130607-20130607
• [学会発表] アストロバイオロジー研究施設構想. (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉田 精司, 圦本 尚義, 橘 省吾, 関根 康人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] 炭素質コンドライトの大きな同位体異常をもつ隕石有機物の水素・窒素同位体組成と産状. (2013)
  • 著者名/発表者名: 橋口 未奈子, 小林 幸雄, 圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] 地球と小惑星の水素・窒素・酸素の同位体組成類似性の起源:水の起源. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] エフレモフカ隕石 Type A Ca-Al-rich inclusion のメリライトの酸素同位体と化学組成ゾーニング. (2013)
  • 著者名/発表者名: 川崎 教行, 坂本 直哉, 圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] 超高感度極微量質量分析装置を用いた太陽風起源希ガスの分析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 馬上 謙一, 糸瀬悟, 松谷幸, 石原盛男, 内野喜一郎, 工藤政都, 坂口勲, 圦本尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] 二次イオン質量分析法による流体包有物の同位体分析法の開発 I. (2013)
  • 著者名/発表者名: 石橋 充子, 坂本 直哉, 圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] LL5-6 普通コンドライト隕石中のリン酸塩鉱物の岩石学的研究,H2O 含有量及び水素同位体組成. (2013)
  • 著者名/発表者名: 柳井 佳穂里, 伊藤 正一, 圦本 尚義, ジェームズ グリーンウッド, サラ ラッセル
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] アエンデ隕石 CAI のメリライト結晶の高精度酸素同位体比イメージングによる太陽系星雲ガスの酸素同位体組成の推定. (2013)
  • 著者名/発表者名: 朴 昌根, 若木 重行, 坂本 直哉, 小林 幸雄, 圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] Fluffy type A CAI 中メリライト結晶の酸素同位体ゾーニングと結晶成長の関係. (2013)
  • 著者名/発表者名: 片山 樹里, 伊藤 正一, 圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] Acfer331 CM2 コンドライト隕石のコンドルールを覆う細粒リムの岩石学的記載 (2013)
  • 著者名/発表者名: 浅川 淳, 伊藤 正一 , 圦本 尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] 外惑星の H, N, O 同位体組成予測. (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] はやぶさとその先-分析化学の発展に期待すること-． (2013)
  • 著者名/発表者名: 圦本尚義
  • 学会等名: 第73回分析化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学函館キャンパス（函館市）
  • 年月日: 20130518-20130519
  • 招待講演
• [学会発表] Development of sputtered neutral mass spectrometer to analyze sub-micron noble gas distribution. (2013)
  • 著者名/発表者名: Bajo, K, Itose, S., Matsuya, M., Ishihara, M., Uchino, K., Kudo, M., Sakaguchi, I. and Yurimoto, H.
  • 学会等名: The 15th Scientific International Symposium on SIMS and Related Techniques Based on Ion-Solid Interactions (SISS-15)
  • 発表場所: 成蹊大学（武蔵野市）
  • 年月日: 20130425-20130426
• [備考] 北海道大学大学院理学研究院圦本研究室ホームページ
  • URL: http://vigarano.ep.sci.hokudai.ac.jp/