Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

炭素 / 同位体 / 流体包有物 / 沈み込み帯 / マントルウェッジ / 放射年代 / 炭素同位体比 / 二酸化炭素 / ラマン分光 / マントル捕獲岩 / 炭素同位体 / ラマン分光分析 / 分光分析

本研究では，革新的な分光学的手法を導入することにより，マントルウェッジに存在する炭素の起源の特定をめざした．マントルウェッジは沈み込んだ海洋プレートからもたらされる流体の通り道として常に議論の舞台となっている．物理的観測によって流体の存在が間接的に推察されつつあるが，その流体の実体や分布，起源などを論じるにはマントルウェッジを直接かつ精細に調べることが有用であろう．そこで本研究では，２ｍの焦点距離を持つ分光器を導入し，マントルウェッジ由来の捕獲岩に見られる二酸化炭素を含む流体包有物にも適用できる，高い空間分解能と波数分解能を持つ顕微分光炭素同位体分析法を確立した．

分光装置を用いた同位体分析法は吸光分析では既に実用化されているが，顕微ラマン分光分析を適用できれば，ナノメートルサイズの物質でも分子振動情報を得ることができる．この特性を利用し，サブミクロンサイズの領域に濃縮固化させた炭素や酸素，硫黄，窒素等の同位体分析にも波及する可能性が考えられる．本研究により，液体二酸化炭素の炭素同位体分析は実用段階に達したが，固体試料や炭素以外の元素への適用には何段階かの工夫が必要である．しかし，この手法の開発に成功すれば，レーザー掘削等で回収した局所物質の同位体分析が可能になるため，環境科学分野全体に浸透していくであろう．

炭素同位体分離 / 同位体効果 / 一酸化炭素 / 二酸化炭素 / カルバメート / 分子軌道法 / 四配位錯体 / カルボニル化合物 / 炭素 / MO計算

原子力施設から発生するC-14廃棄物の減容処理のため、C-14同位体を分離濃縮する方法の研究を行った。対象とする物質が原子炉中性子減速材グラファイトであるため、その処理法として最も簡単な燃焼によって発生するCO及びCO_2を作業物質として選んだ。本研究は次の3サブテーマから成る。
(1)分子軌道法を用いる炭素同位体効果の研究
軽元素の同位体分離法としては錯体化学交換法が適当である。そこで本研究ではCOとCO_2錯体について分子軌道法により最適な分子構造を決定し、その分子内振動数から同位体換算分配関数比を計算した。COについては銀Ag(I)非水溶媒系、CO_2系については種々のアミンとの錯体カルバメートについて計算を行い、常温領域でも分離係数α=1.01〜1.02を得た。
(2)CO錯体系の^<13>C/^<12>C分離係数測定の研究
COはCu(I)やAg(I)イオンと錯形成することが知られている。本研究では安定同位体の^<12>Cと^<13>Cについて、水溶液、及びアミン溶媒中のCu(I)Cl-CO錯体と気相CO間の平衡同位体分離係数を温度を変えて実測した。その結果-43℃、エタノールアミン/メタノール系で^<13>C/^<12>C同位体分離係数1.03を得た。これを^<14>C/^<12>Cに換算すると1.06となり、充分大きい値を得た。
(3)イオン交換多段濃縮の研究
CO_2アミン錯体系の多段濃縮は陰イオン交換樹脂を用いると達成できる。イオン交換樹脂を用いる多段同位体分離の基礎として、本研究では、Cu(I)及びFe(III)の塩素錯体イオンについて陰イオン交換樹脂酸化還元クロマトグラフィーを行い、Cu及びFeの同位体濃縮を観測した。これによってイオン交換多段同位体濃縮の有効性を確認した。

【研究分担者】
鍵裕之	東京大学	大学院理学系研究科(理学部)	教授	(Kakenデータベース)
石橋秀巳	静岡大学	理学部	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
鈴木達也	東京工業大学	原子炉工学研究所	助手	(Kakenデータベース)
野村雅夫	東京工業大学	原子炉工学研究所	助手	(Kakenデータベース)