2016 Fiscal Year Annual Research Report
Speciation of trace elements for the prediction of isotope fractionation
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15H02149
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 嘉夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10304396)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 剛 学習院大学, 理学部, 准教授 (40452007)
小暮 敏博 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50282728)
飯塚 毅 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70614569)
遠藤 一佳 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80251411)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 同位体 / 化学種 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゲルマニウム（Ge）は、ケイ素と類似のイオン半径や化学的性質を持つため、ケイ素と似た地球化学的な挙動を示すことが知られており、Ge/Si比は大陸や海洋のケイ素循環のトレーサーとして利用されている。またGeの同位体比も地球化学的な過程を反映しており、地球化学的な標準物質でδ74/70Ge ~ -4‰‐4‰の同位体比をとることが報告されている。PokrovskyらはGeの鉄水酸化鉱物への吸着および共沈によって、固相側が水溶液に比べて1.7-4.4‰程度軽い同位体に富むことを報告している。我々は、これまでに6族元素の鉄およびマンガン(水)酸化鉱物への吸着に伴う四配位から六配位構造への変化によって大きな同位体分別を生じることを、X線吸収端微細構造(XAFS)法と量子化学計算により明らかにしてきた。平成28年度の研究では、Geの吸着に伴う構造変化をXAFS法により調べ、量子化学計算により同位体分別を見積もり、構造変化と同位体分別の関係を明らかにすることを目的として研究を進めた。その結果、Ge K吸収端 EXAFSスペクトルの解析から、吸着実験に用いた鉱物に対してGeは、内圏錯体を形成することが示唆された。またXANES解析からフェリハイドライトおよびδ-MnO2に対しては、溶存状態の４配位構造を保ったまま吸着することが分かった。酸化チタンについては、わずかに６配位構造が存在し、酸化セリウムについてはさらに多くの割合で６配位構造が存在することが示唆された。DFT計算の結果、６配位構造の吸着構造では、水溶液に比べて2.5‰程度軽い同位体分別が生じることが予測された。吸着による吸着種の分子構造の変化により同位体分別が生じ、結合距離の変化による同位体分別への寄与が大きいことが分かった。６配位への構造変化によって大きな同位体分別を生じるという、6族元素で見られた傾向と同様の結果が得られた。
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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
我々は、モリブデンやタングステンを対象にして、これまでに6族元素の鉄およびマンガン(水)酸化鉱物への吸着に伴う四配位から六配位構造への変化によって大きな同位体分別を生じることを、X線吸収端微細構造(XAFS)法と量子化学計算により明らかにしてきた。特に平成28年度の研究では、イオン半径への依存性から配位数として４配位と６配位の両方をとり得て、大きな同位体分別を示す可能性があるゲルマニウムについて研究を進め、実際にそのような変化が生じ得ることを示すことができた。これは新しい同位体分別系を地球惑星科学へ応用する上での重要な基礎的知見となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、我々の系統的な研究により大きな同位体分別が予測されたモリブデン、ゲルマニウム、タングステンについて、ほぼ予想通りの成果が得られているので、さらにこれらの系について同位体分別の分析とDFTによる同位体分別の定量的解釈を進める。また、新たな可能性として、バナジウムについても、同様の検討を進める。
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Research Products
(114 results)
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[Journal Article] Nanoscale spatial analysis of clay minerals containing cesium by synchrotron radiation photoemission electron microscopy2018
Author(s)
A. Yoshigoe, H. Shiwaku, T. Kobayashi, I. Shimoyama, D. Matsumura, T. Tsuji, Y. Nishihata, T. Kogure, T. Ohkochi, A. Yasui, and T. Yaita
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 112
Pages: 21603-21603
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Comparative analysis of microbial communities in iron-dominated flocculent mats in deep sea hydrothermal environments2016
Author(s)
H. Makita, S. Kikuchi, S. Mitsunobu, Y. Takaki, T. Yamanaka, T. Toki, T. Noguchi, K. Nakamura, M. Abe, M. Hirai, M. Yamamoto, K. Uematsu, J. Miyazaki, T. Nunoura, Y. Takahashi, and K. Takai
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Journal Title
Applied and Environmental Microbiology
Volume: 82
Pages: 5741-5755
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Direct detection of Fe(II) in extracellular polymeric substances (EPS) at the mineral-microbe nterface in bacterial pyrite leaching2016
Author(s)
S. Mitsunobu, M. Zhu, Y. Takeichi, T. Ohigashi, H. Suga, M. Jinno, H. Makita, M. Sakata, K. Ono, K. Mase, and Y. Takahashi
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Journal Title
Microbes and Environments
Volume: 31
Pages: 63-69
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Age and speciation of iodine in groundwater and mudstones of the Horonobe area, Hokkaido, Japan: Implications for the origin and migration of iodine during basin evolution2016
Author(s)
Y. S. Togo, Y. Takahashi, Y. Amano, H. Matsuzaki, Y. Suzuki, Y. Terada, Y. Muramatsu, K. Ito, and T. Iwatsuki
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Journal Title
Geochimica et Cosmochimica Acta
Volume: 191
Pages: 165-186
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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