2016 Fiscal Year Research-status Report
汎用的な海水中溶存有機物態放射性炭素分析システムの開発
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16K00527
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
乙坂 重嘉 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (40370374)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 浩史 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (50260518)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 溶存有機態放射性炭素 / 溶存有機炭素 / 海洋生物地球科学 / 海洋物質循環 / 加速器質量分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海水中の溶存有機物の主要構成成分である有機炭素（Dissolved Organic Carbon: DOC）の総量は、大気中の炭素量に匹敵することが知られている。このため、海洋におけるDOCの循環を正しく把握することは、地球表層での炭素循環に関する理解を深める上で不可欠である。海洋のDOCを構成する放射性炭素 (C-14)の同位体比を加速器質量分析装置（AMS）によって精度よく分析し、その年代を決定することで、海洋での溶存有機物の分布に時間軸、すなわち、溶存有機物の分解速度や、海域間での移動時間等の情報を与えることが可能となる。
研究代表者らはこれまでに、海水中のDOC-14分析を国内で初めて成功させていたものの、分析には比較的多く（4L程度）の海水試料を必要としたばかりでなく、大型の前処理装置を用いる必要があり、その分析を広く適用させるには至っていなかった。本研究では、より汎用性の高いDOC-14の分析・計測手法を開発し「標準法」として整備することにより、海洋における物質循環研究を加速化・複層化させることを目的とする。
平成28年度は、従前の方法に比べて簡便・高効率に有機物を分解可能な装置を試作するとともに、分解効率の向上、試料の汚染の低減のための改良を加えた。結果として、従前の方法に比べて、システムの大きさを約半分に、供試料量を最大で1/8にまで低減させた。
製作した装置の性能を検証するため、幅広いC-14同位体比を持つ3種類の溶存有機物試料について炭素を抽出・精製し、そのC-14同位体比を国内2か所のAMS施設で計測した。全ての標準試料について、本法で得た結果は理論値と有意な差がないことを確認した。加えて、2つのAMS施設間での計測結果にも有意差が見られないことから、本法の応用先が特定のAMS施設に限定されるものではないことを実証した。
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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
平成28年度は、下記1から3の項目を実施した。
1. 溶存有機物分解装置の試作と改良： 本課題におけるDOCのC-14同位体比測定には、原理的には既往の方法を踏襲し、試料水に紫外線（UV）を照射して生じた二酸化炭素を回収・精製し、C-14同位体比をAMSで計測する方法を採用した。ただし、UV光源にエネルギー効率の高い（有機物の分解に適した短波長のUVが照射可能な）低圧水銀ランプを導入することにより、有機物分解効率の向上と装置の小型化を試みた。さらに、短波長UVによる溶存有機物の分解特性を考慮しながら、反応容器の形状変更等の改良を加えた。後述する供試料量の低減化の効果も相まって、標準物質を用いた実験では、従前の方法で22時間を要した分解時間を4時間にまで短縮させるとともに、装置の大きさを約半分に小型化させた。
2. 供試料量の低減のための手法の検討： 有機物試料の酸化処理で生成させた二酸化炭素を、黒鉛に還元させる工程においては、当初、二酸化炭素を水素と反応させる小型容器の新規開発を計画したが、既存器材の小変更のみで供試料量を1/8にまで低減させた。少試料化に伴い、実験器材等からの炭素混入の影響が大きくなることが懸念されたため、実験で用いる一連の器材について、炭素混入の程度を再検討し、紫外線への耐性が高い新素材等を積極的に採用した。
3. 標準試料を用いた分析システムの性能検証： 上記で試作した装置を用いて、標準試料中のDOCを抽出・精製し、十分な回収率が得られることを確認するとともに、日本原子力研究開発機構及び東京大学大気海洋研究所がそれぞれ所有する2つのAMSによって、C-14同位体比を測定し、一連の分析システムの性能検証を行った。標準物質は国際原子力機関（IAEA）のものを用いた。本システムで得た標準物質中のC-14同位体比がIAEAの推奨値と一致することを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、下記の項目を推進する。項目1を先行し、次いで項目2及び3を平行して実施する。
1. 海水試料を用いた分析システムの性能検証: 有機物の分解装置においては、その分解効率の向上に伴い、海水処理時に従前の方法では生成されなかった低分子のガス成分が少量生じる可能性があることがわかってきた。改善の目途は立っているため、早い段階で改良を施し、分析システムを完成させる。その後、実海域で得た海水試料の分析を行い、得られる結果が既報値や理論値と相違ないことを確認し、性能検証とする。
2.「標準法」の提案と利用促進: 有機物分解装置の操作手順、メンテナンス、器具類の洗浄方法、等をまとめたプロトコルを作成する。試料の採取・保存やAMS計測を含めた一連のシステムを「標準法」としてまとめ、放射化学や海洋学の専門家によるレビューを経て公表する。同システムの汎用性を高めるため、上述の2つのAMS施設以外での利用を促すとともに、改良を加えながらプロトコルを適宜改訂する。
3. 海洋物質循環研究への適用： 溶存有機物をキャリアとして海洋を循環する様々な物質の動態解明において、「時間軸」の情報を得るための基盤技術として、本法の利用を促す。具体的には、学術研究船「白鳳丸」等による北太平洋、日本海、オホーツク海での調査航海で採取予定の海水試料について、本課題で提案する手法を試験的に適用する。本法によるDOC-14分析用海水試料の採取が、研究船による観測計画の中で無理なく実施できることもあわせて確認する。
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Research Products
(1 results)
