2014 Fiscal Year Annual Research Report
アイソトポマーの計測・解析技術開発による物質循環解析
| Project/Area Number |
23224013
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
吉田 尚弘 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (60174942)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南部 伸孝 上智大学, 理工学部, 教授 (00249955)
ダニエラチェ セバスチィアン 上智大学, 理工学部, 講師 (00595754)
豊田 栄 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (30313357)
吉川 知里 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 生物地球化学研究分野, 技術研究員 (40435839)
山田 桂太 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (70323780)
服部 祥平 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (70700152)
ジルベルト アレキシー 東京工業大学, 地球生命研究所, 助教 (20726955)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 地球環境物質 / アイソトポマー / 同位体分別理論計算 / 数値モデリング / 分子内同位体分布 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
13種類の試薬酢酸のアイソトポマー値を決定し、国際標準物質としての利用を提案した。C3化合物についてプロパンのアイソトポマー計測法を開発した。また、数種の試薬アセトンのアイソトポマーをオフライン法で計測し、オンライン法開発のために必要な標準物質の作成に成功した。
N2Oの三種酸素同位体組成分析については、前年度までに開発した方法を改良・自動化し、脱窒細菌を用いてN2Oに変換した100 nmolの硝酸塩試料を簡便かつ高精度で測定するシステムを構築した。本法の高感度化を行えば、低濃度の成層圏試料に応用できる。世界初となるOCSの硫黄同位体比測定については、Analytical Chemistryに方法論の論文が掲載された。新たに硫酸の三酸素同位体測定システムを立ち上げ、その自動化を実施し成功した。
SO2の32、33、34、36SO2の紫外線スペクトルを世界で初めて求めた。また、多自由度系からなる分子の紫外線領域における光吸収スペクトル（アインシュタインのB係数）を同位体の差異も含めて決定できる非断熱遷移を考慮した凍結ガウス波束発展法に基づくプログラムを開発した。硫化水素およびアンモニアとその同位体種について実施し、既存の厳密計算とのよい一致を得た。硫酸の光解離メカニズムを解明し、真空紫外領域波長領域で同位体異常が発現する可能性を理論的に予測した。H2SO4分子の光解離反応において新しい生成物を発見し、波長による期待される同位体効果の特徴を予測、新たな生成物を発生しうることを発見した。世界に先駆けて開発したOCSの測定法を微生物によるOCS消費過程の模擬実験試料に適用した。
0次元海洋N2Oアイソトポマーモデルを用いて、西部北太平洋の亜熱帯と亜寒帯の２つの定点で観測されたN2O濃度とアイソトポマー値を再現し、同海域におけるN2O放出量とN2O生成要因を解明した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「重要な生体分子のアイソトポマー計測法の開発および環境試料・微生物試料への適用」では酢酸の計測法の改良を行うとともに、多くの酢酸試料の計測を行った。C3化合物の計測法の開発を進めており、特にプロパンのアイソトポマー計測法については開発に成功し、現在論文投稿中である。また、アセトンのアイソトポマーに関してもオンライン法開発のために必要な標準物質の作成に成功し、整備が完了できた点も特筆できる。このように計測法の開発を推進する一方で、速やかにそれらを応用に移行できている。
「温暖化関連物質のアイソトポマー計測法の大気試料への適用」では硫化カルボニル、硝酸塩、硫酸塩などの重要物質の分析方法の確立、自動化、高精度化等に成功している。また、開発した手法を応用に速やかに移行できているため、おおむね順調に進展していると言える。また、測定法の開発だけでなく、標準試料の整備も進めることができ、環境試料計測に速やかに応用するための確度・精度の向上の準備が整っていることに直に結びついている。
「アイソトポマー分別の理論計算・模擬実験」についても、順調に進展しており、紫外線スペクトルについては高分解能かつ高精度で測定できるようになったため、計画が順調に進行しているといえる。また、世界に先駆けて本研究で開発した測定法を微生物による生成・消費過程の模擬実験試料に適用した。
「アイソトポマーモデルの構築と物質循環解析」では、モデルに関してもアイソトポマーを拘束条件として加えることで、N2O生成・消滅過程を陽に含んだ海洋N2Oモデルを、世界に先駆けて構築を完了した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
「重要な生体分子のアイソトポマー計測法の開発および環境試料・微生物試料への適用」では、完成したC2、C3分子の測定法を実際試料への適用を進める。国際標準として利用できるアイソトポマー標準物質の整備を推進する。
「温暖化関連物質のアイソトポマー計測法の大気試料への適用」では、N2Oの三種酸素同位体組成分析について、マイクロ波放電反応管の材質や条件の再検討を行い、高感度化を試みる。硝酸塩、硫酸塩のアイソトポマー分析法をアイスコア試料およびエアロゾル試料（南極大陸、能登半島）に応用する。OCSの硫黄同位体比測定については、前処理装置の改良、安定同位体比質量分析計の測定条件の再検討などを行い、種々の大気試料への適用を試みる。
「アイソトポマー分別の理論計算・模擬実験」では高エネルギー側への応用と光吸収スペクトルの決定を行い，同位体異常の定量的議論へ進む。紫外線32,33,34,36SO2スペクトルを温度と希釈ガス条件を変更し測定を行う。OCSの硫黄同位体比測定など、新開発の計測法については、計測法の再検討と最適化などを行い、種々の模擬実験への適用を行う。
「アイソトポマーモデルの構築と物質循環解析」では海洋N2Oアイソトポマーモデルについては、N2Oの前駆体であるNO2を新たに導入するとともに、同モデルの0次元から1次元への拡張を行う。重要な炭素・硫黄化学種についてもアイソトポマー値を指標として、モデルによる物質循環解析を行う。
|
-
[Journal Article] Hadal biosphere: insight into the microbial ecosystem in the deepest ocean on Earth2015
Author(s)
Takuro Nunoura, Yoshihiro Takaki, Miho Hirai, Shigeru Shimamura, Akiko Makabe, Osamu Koide, Tohru Kikuchi, Junichi Miyazaki, Keisuke Koba, Naohiro Yoshida, Michinari Sunamura, and Ken Takai
-
Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Volume: 112
Pages: E1230-E1236
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
-
-
[Journal Article] N2O production, a widespread trait in fungi2015
Author(s)
Koki Maeda, Ayme Spor, Veronique Edel-Hermann, Cecile Heraud, Marie-Christine Breuil, Florian Bizouard, Sakae Toyoda, Naohiro YoshidaChristian Steinberg & Laurent Philippot
-
Journal Title
Scientific Reports
Volume: 5
Pages: 9697
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Isotopic evidence for water-column denitrification and sulfate reduction at the end-Guadalupian (Middle Permian)2014
Author(s)
Masafumi Saitoh, Yuichiro Ueno, Yukio Isozaki, Manabu Nishizawa, Katsumi Shozugawa, Tetsuya Kawamura, Jianxin Yao, Zhansheng Ji, Ken Takai, Naohiro Yoshida, and Motoyuki Matsuo
-
Journal Title
Global and Planetary Change
Volume: 123
Pages: 110-120
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Origin of methane in serpentinite-hosted hydrothermal systems: The CH4-H2-H2O hydrogen isotope systematics of the Hakuba Happo hot spring2014
Author(s)
Konomi Suda, Yuichiro Ueno, Motoko Yoshizaki, Hitomi Nakamura, Ken Kurokawa, Eri Nishiyama, Koji Yoshino, Yuichi Hongoh, Kenichi Kawachi, Soichi Omori, Keita Yamada, Naohiro Yoshida, Shigenori Maruyama
-
Journal Title
Earth and Planetary Science Letters
Volume: 386
Pages: 112-125
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
-
[Journal Article] Isotopomer analysis of production, consumption and soil-to atmosphere emission processes of N2O at the beginning of paddy field irrigation2014
Author(s)
Yano, M., Toyoda, S., Tokida, T. Hayashi, K., Hasegawa, T., Makabe, A., Koba, K., & Yoshida, N.
-
Journal Title
Soil Biology & Biochemistry
Volume: 70
Pages: 66-78
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Distributions of methane, nitrous oxide, and their isotopomers in the Arctic Ocean2014
Author(s)
S. Toyoda, K. Kudo, F. Breider, K. Yamada, N. Yoshida, D. Sasano, N. Kosugi, M. Ishii, H. Yoshikawa-Inoue, S. Nishino, H. Uchida, and A. Murata
Organizer
第5回極域科学シンポジウム
Place of Presentation
国立極地研究所（立川市）
Year and Date
2014-12-05
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Radioactivity resuspension by dust emission using a size-resolved 1-D vertical model in Namie, Fukushima2014
Author(s)
Masahide Ishizuka, Masao Mikami, Taichu Tanaka, Yasuhito Igarashi, Kazuyuki Kita, Yutaka Yamada, Naohiro Yoshida, Sakae Toyoda, Yukihiko Satou, Yoshio Takahashi, Kazuhiko Ninomiya, Atsushi Shinohara
Organizer
Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
Place of Presentation
Royton Sapporo Hotel, Japan
Year and Date
2014-07-28 – 2014-08-01
-
[Presentation] Re-suspension of radioactive cesium in Fukushima2014
Author(s)
Kazuyuki Kita, Misako Tanaka, Takeshi Kinase, HImiko Kino, Yasuhito Igarashi, Masao Mikami, Kouji Adachi, Hiroshi Okochi, Naohiro Yoshida, Sakae Toyoda, Keita Yamada, Hiroto Kawashima, Masahide Ishizuka, Izumi Nnakai, Yoshinari, Kazuhiko Ninomiya, Atsushi Shinohara, Yuichi Onda
Organizer
Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
Place of Presentation
Royton Sapporo Hotel, Japan
Year and Date
2014-07-28 – 2014-08-01
-
-
-
-
-
[Presentation] Inter-laboratory assessment of nitrous oxide isotopomer analysis by isotope ratio mass spectrometry and laser spectroscopy: current status and perspectives2014
Author(s)
J. Mohn, B. Wolf, S. Toyoda, C.-T. Lin, M.-C. Liang, N. Nicolas Bruggemann, H. Wissel, A. E. Steiker, J. Dyckmans, L. Szwec, N. E. Ostrom, K. Casciotti, M. Forbes, A. Giesemann,
Organizer
The 7th International Symposium on Isotopomers
Place of Presentation
東京工業大学（東京）
Year and Date
2014-07-01 – 2014-07-04
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Temporal and hemispheric variations of atmospheric N2O isotopes deduced from model simulation2014
Author(s)
K. Ishijima, S. Toyoda, M. Takigawa, K. Sudo, T. Nakazawa, S. Aoki, S. Morimoto, S. Sugawara, T. Rockmann, J. Kaiser, N. Yoshida
Organizer
The 7th International Symposium on Isotopomers
Place of Presentation
東京工業大学（東京）
Year and Date
2014-07-01 – 2014-07-04
-
-
[Presentation] Horizontal and vertical distribution of methane concentration and stable isotope ratio of methane dissolved in the Arctic Ocean of MR12-E03 cruise2014
Author(s)
K. Kudo, S. Toyoda, K. Yamada, N. Yoshida, D. Sasano, N. Kosugi, M. Ishii, H. Yoshikawa, A. Murata, H. Uchida, S. Nishino
Organizer
The 7th International Symposium on Isotopomers
Place of Presentation
東京工業大学（東京）
Year and Date
2014-07-01 – 2014-07-04
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
