【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24JI0004
利用課題名 / Title
土壌・地下水等から採取された天然有機物の高分解能質量分析
利用した実施機関 / Support Institute
北陸先端科学技術大学院大学 / JAIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）その他/Others（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
FT-ICR MS,質量分析/ Mass spectrometry
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
戸田 賀奈子
所属名 / Affiliation
国立大学法人東京大学工学系研究科原子力専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
佐藤颯人,斉藤拓巳
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
宮里朗夫
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
JI-019：フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本課題は、深部環境の地下水や岩石に含まれる天然有機物に対して、FT-ICR MS測定を実施し、分子化学組成的な特徴を理解することを目的としている。本報告書には、深部地下水試料に含まれる溶存有機物の微生物影響に着目して記載する。地下水中の有機物は、放射性核種と錯体を形成することでその電荷やサイズを変化させ、核種の移動性や岩石表面との相互作用を変化させうる。金属イオンとの結合に寄与する深部地下水中の有機物[1]の分子組成を解明することで、高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価の不確実性の減少が見込める。
実験 / Experimental
幌延深地層研究センターから採取された深部地下水を微生物培養を行い、時系列変化を見るために培養前後の試料に含まれていた溶存有機物を測定対象とした。対象の試料は脱塩と濃縮のため固相抽出を行った。固相抽出からの有機物の溶出にはメタノールを使用し、Milli-Q水を加えて水とメタノールの1:1混合水溶液にし、測定試料とした[2]。試料は、北陸先端科学技術大学院大学のフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計(FT-ICR MS、scimaX)にて測定した。測定条件はイオン源にESI を用いたネガティブモード、キャピラリー電圧を3000V、イオン溜め込み時間が0.1秒間、m/z 範囲を200～2000、エレクトロスプレー流速を毎時0.2 mL、ネブライザガス圧力を0.8 bar、乾燥ガスフロー速度を毎分4 L、4M word、積算回数を300回とした。フミン酸試料の濃度は0.001 mg/mLとし、測定条件はイオン源にESIを用いたネガティブモード、キャピラリー電圧を3000V、イオン溜め込み時間が1秒間、m/z範囲を200～2000、エレクトロスプレー流速を毎時0.4 mL、ネブライザガス圧力を1.2 bar、乾燥ガスフロー速度を毎分4 L、4Mword、積算回数を300回とした。データ解析は、DataAnalysis(Bruker社製)を用い天然有機物に一般的に含まれる脂肪酸等を内部標準として校正し、検出するピークのS/N は6以上とし、化学組成のアサイメントを行う解析にはTRFu[3]を用いた。また、化学組成に基づく有機物の分類手法にはMSCC(Multidimensional Stoichiometric Compound Classification)[4]を用いた。
結果と考察 / Results and Discussion
地下水試料の測定を行い、検出されたピークに対して有機物の組成の割り当てを行ったのちに、微生物影響による溶存有機物の時系列変化を見ると、培養前後で共通して検出された有機物は、成分数比では50〜60％程度、強度比では90%程度であり、残りは変化が見られた。 組成を割り当てた有機物をvan Krevelenプロットに0日試料のみで検出された有機物を赤・3ヶ月試料のみで検出された有機物を青・共通で検出された有機物を黄で図示する(図１)と、微生物影響によってO/CやH/Cの増加が確認された。 MSCCにより有機物を分類した結果を表１に示す。幌延地下水には、植物・菌類の二次代謝生成物であるフィトケミカルや脂質が多く含まれていることがわかった。また、微生物培養を行うことで有機物の様相も異なっており、時系列を経るとフィトケミカルの割合が減少し、脂質やアミノ糖・タンパク質の割合が増加している。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図 1 van Krevelenプロットの変化
表 1 MSCCによる有機物の分類の変化
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
引用文献 (References)[1] T.Saito, S.Nishi, Y.Amano, H.Beppu, K.Miyakawa, Origin of Dissolved Organic Matter in Deep Groundwater of Marine Deposits and Its Implication for Metal Binding, ACS EST Water 3 (2023) 4103−4112 https://doi.org/10.1021/acsestwater.3c00505[2] T.Dittmar, B.Koch, N.Hertkorn, G.Kattner, A simple and efficient method for the solid-phase extraction of dissolved organic matter (SPE-DOM) from seawater, Limnol. Oceanogr. Methods 6 (2008) 230–235 https://doi.org/10.4319/lom.2008.6.230[3] Q.L. Fu, M. Fujii, T. Riedel, Development and comparison of formula assignment algorithms for ultrahigh-resolution mass spectra of natural organic matter, Anal. Chim. Acta. 1125 (2020) 247–257. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.05.048.[4] A.Rivas-Ubach, Y.Liu, T.S.Bianchi, N.Tolic, C.Jansson, L.Pasǎ-Tolic , Moving beyond the van Krevelen Diagram: A New Stoichiometric Approach for Compound Classification in Organisms, Anal. Chem. 90 (2018) 6152−6160. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.8b00529
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件