【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

24JI0037

利用課題名 / Title

腐植物質構造のキャラクタリゼーション

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)

本多 真紀

所属名 / Affiliation

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

宮里朗夫,四十万谷智子

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)

将来の放射性廃棄物の安全審査に向けて、ある想定される地下・地表における放射性核種の移行挙動を評価する手法を開発する必要がある。放射性廃棄物処分の地下環境の特性に応じた、第17族元素 (核種) などの移行挙動の評価を可能にするために、水圏中の核種移行に関係する有機コロイド (特にフルボ酸やフミン酸に分画される腐植物質) に着目した。本課題はFT-ICR MSによる測定方法を検討するために、腐植物質等の測定及び基礎的なデータ解析を実施した。

実験 / Experimental

測定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、Bruker Daltonics) で実施した。研究対象であるハロゲン化有機物がネガティブモードで検出されることを確認する他、フラグメントイオンの検出を確認する為に、構造が単純なイオヘキソールの測定を実施した。イオヘキソールはアンモニア水に溶解することで1000 μg/mLの試料を調製して測定した。また、より複雑な分子構造で実際の分析試料に近いフルボ酸・フミン酸をアンモニア水に溶解し、各腐植物質が1000 μg/mLの試料を調製して測定した。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107～2000、エレクトロスプレー流速を200もしくは120 μL/時、ネブライザガス圧力を0.8もしくは1 bar、乾燥ガスフロー速度を4 L/分、乾燥温度を200℃、検出方式を2XR-ParaCell (2ω)、FID取り込み時を4M word、積算回数を1000回とした。データ解析については、Bruker社製の解析ソフト (MetaboScape2025) を使用し、内部標準による校正は天然有機物に一般的に含まれる脂肪酸等を使用し[1]、分子式の特定は同解析ソフト内に収録されているライブラリー (Tandem Mass Spectral Library 2020, NISTなど) を用いた。

結果と考察 / Results and Discussion

構造が単純なイオヘキソールでは、ハロゲン化有機物がネガティブモードで検出できること、同位体のシミュレーションパターンと調和的な測定結果を得られることが確認できた。更に、MS/MSモードでの測定結果から、衝突誘起解離によって分析対象元素のフラグメンテーションを確認できた。これにより、腐植物質と元素との相互作用に関する研究の実現可能性の見通しがたてられた。腐植物質については、設定した測定条件で質量スペクトルを取得できた (Fig.)。なお、分解能はm/z 457で約28万であった。分子式の特定及び組成解析から、O/C vs H/C図 (van Krevelen Plot) を作成した結果、フルボ酸およびフミン酸試料で特徴的な領域はCondensed hydrocarbonsおよびLigninsであることが分かった。Condensed hydrocarbonsはBlack carbonと呼ばれる物質で、主な排出起源は薪の燃焼などの人間活動であり、主に土壌に存在する。また、Ligninsは高等植物に含まれる無定形のポリフェノールであり、陸起源の有機物の指標となる[2]。従って、これらの領域に着目することで、腐植物質起源の推定に活用できることが示唆された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. FT-ICR MSによる腐植物質の質量スペクトル

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

参考文献[1] Sleighter, R. L., McKee, G. A., Liu, Z., & Hatcher, P. G. (2008). Naturally present fatty acids as internal calibrants for Fourier transform mass spectra of dissolved organic matter. Limnology and Oceanography: Methods, 6(6), 246-253.[2] 遠藤亮, 玉村修司, 大味泰, 金子勝比古, 五十嵐敏文. (2013). 北海道幌延町周辺の帯水層の堆積環境と地下水中のリグニン濃度・有機物の C/N 比. 地球化学, 47(1), 21-40.

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