樹木年輪中の金属元素の分布と抽出挙動

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(1)樹木年輪中の金属元素の分布と抽出挙動栄子 " 、・松本. 中村. 靖子 ",. .. 吉井. Dis 甘ibu 廿 on and eX廿ョ c 廿 on behavioro 町lnU 皿 hngS EikoN. ㎜咄 U. Ⅶ黙 UMOTO. Yasuko. Ⅰ. me. めかり接廿. ",. elementS. in. andYukah YOSHII. ， 1:自然環境講座、 "2 教育学部小学校教員養成課程化学専攻、 "3 ユ学院大学応用化学科. 1. 緒言樹木が水とともに取り込んだ金属元素の一部を年輪中に蓄積しているならば、年輪の金属元素の分析により、その過去の生育土壌環境に関する長期間にわたる情報を得ることが可能と考え. も. れる。一方、酸性雨の降下は土壌敵中の金属イオン濃度を変化させ、その変化は年輪中に金属元素の変動として記録される可能性がある。しかし、この場合、その金属元素が年輪間を移動しないことが条件となり、その金属元素の特定が重要である。本研究では、土壌環境の変化を年輪中に記録すると考えられる金属元素を特定するため、まず水や酸抽出に 26 年輪試料からの金属の溶出に及ぼす抽出条件及び年輪試料中の全金属量を測定するための灰北条件などを検討した。. 2. 実験 2, 1. 年輪試料及び年輪粉砕試料の調製. 厚さ 27mm. 、幅 55mm. の板状に切り出された樹齢約 200 年のスギ、半径 79.gmm 、樹齢約 40 年. のミズナラ、半径 74.5mm. 、樹齢約 30 年のヒノキ及び半径 156.6mrrL 、樹齢約 15 年のサクラの年. 輪試料を用いた。スギの場合は樹皮側から 20 年づつ、ミズナラの場合は樹皮側からヒノキの場合は最樹皮例 10 年、その後は. 5. 年づつ、サクラは 4 年づつに昇降九のこ盤で分割粉砕. し、孔径 63 が m のふるいに集め、年輪粉砕試料. 2. 2. 10 年づつ、. ( 以下、. 粉砕試料と記す. ). とした。. 水による粉砕試料からの金属の抽出. 粉砕試料 0 509 をビーカ一に採り、蒸留水 20 血を加えてマグネティックスターラ一で 1 時間か・. き混ぜた後、. メンブランフィルターを用いて吸引ろ過した。ろ過後のビーカーを蒸留水 5m1 で洗. 浄し、洗浄液も先の. ろ. 液に加え、水抽出試料液とした。フィルター上の粉砕試料は蒸留水 20 冊. でビーカ一に移し、同様に抽出・ろ過操作を繰り返した。得られた水抽出試料液中の金属をフレーム原子吸光光度法. ( 以下、. ICP と記す ) で定量した。. AAS. と記す ) あるいは高周波結合プラズマ発光分光法. ( 以下、.

(2) 52. 中村栄子. 2. 3. 松本靖子. 吉井めかり. 酸による粉砕試料からの金属の抽出. 水抽出. 5. 回終了後のフィルター上の粉砕試料を塩酸 (0.lmoI/1) 20 市Ⅰによりビーカ一に移し、. 2.2 と同様にⅠ時間かき混ぜた後、吸引ろ過した。ビーカーを蒸留水 5m1 で洗浄し、洗浄液も先のろ. 液に加え、酸抽出試料液とした。フィルター上の粉砕試料を蒸留水 20mI でビ一ヵ一に移し、. 時間かき混ぜた後、吸引ろ過した。同様に加えて酸抽出後の水抽出試料液. ビ一ヵ一な蒸留水. 1. 5m1 で洗浄し、洗浄液も先のろ液に. とした。酸抽出試料液及び酸抽出後の水抽出試料敵中の金属を. 2,2 と同様に定量した。 2. 4. 応化・酸分解. 酸抽出後のフィルター上の粉砕試料を nlo 「で 3 時間乾燥させた後、るつぼに移し 550C の電気畑中で. 3. 時間応化した。又、水抽出、酸抽出を行っていない粉砕試料 0 59 をるつぼに採り、同・. 様に灰化した。得られた灰を硝酸 (lmol/1) l0mI に溶解させ、灰化・酸分解試料液とした。れるの試料敵中の金属を 2.2 と同様に定量した。. 金属量. ( 以下、. 残量と記す. ). こ. 前者では、水、酸抽出後粉砕試料に残っている. が、後者では粉砕試料中の全含有量. ( 以下、. 含有量. と記す ). が測定. 可能と考えられる。 2. 5. AAS 及び lCP による金属の定且. 2.2 ∼ 2.4 で得られた試料敵中の金属を AAS 及び ICP で定量した。なお、対象金属としてはスギやモ 2 年輪中の主要金属との報告がみられるナトリウム、とした。 AAS. カリウム、マグネシウム、カルシウム. ではアセチレン -空気フレームを用い、ナトリウム 589.0nm 、カリウム 766.5nm 、マ. グネシウム 285.2nm 、カルシウム 422.7nm におけるそれぞれの原子吸光を測定した。 ICP では高周波出力 1.2kW 、. ト一チ観測高 15mITL 、クーラントガス、プラズマガス、キャリアガスの流量 14 、. 1.2、 1.01/m ㎞の条件で、ナトリウム 588.995nm 、カリウム 766.49血皿、マグネシウム 279.553nm 、カルシウム 393.366nm におけるそれぞれの発光強度を測定した。なお、スギの粉砕試料の場合は. AAS で、その他の粉砕試料の場合は ICP で定量を行った。. 3. 結果及び考察 3. 1 水抽出による粉砕試料からの金属の溶出各粉砕試料を用い、水による抽出を繰り返したところ、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムのいずれの金属でもとなった。水に. よ. 3. 、 4 回以上の抽出で、水抽出試料液中の各金属濃度はほぼ一定. る抽出を 4 回以上行. う. ことに 2. 0. 水溶性の金属の大部分が抽出されると考え、. 水による抽出を 5 回繰り返すこととした。 3. 2. 段抽出による粉砕試料からの金属の溶出. 水抽出後の粉砕試料に 2.3の操作を行って得た酸抽出試料液と酸抽出後の. 水抽出試料敵中との. 金属濃度を比較したところ、後者の濃度が前者に比べて十分に低かったことから酸による抽出は Ⅰ. 回とした。. 3. 3. 粉砕試料の灰北条件. スギの粉砕試料を用い、灰化の温度と時間を検討した。灰化は灰の色及び酸分解銭瘡価した。その結果を表. 1. によ. り. 評. に示す。 t.

(3) 53. 樹木年輪中の金属元素の分布と抽出挙動. 表1 1. 温度. 粉砕試料の灰化温度と時間. 時間灰化. 灰の色. 2 時間応化. 酸分解残漕. 灰の色. 多い. 3. 酸分解残査. 多い. 時間灰化. 灰の色. 酸分解残潜. 300 。C. 里、 @,,. 400 。C. 灰. やや多い. 灰. 少ない. 灰. 少ない. 500 。C. 白. 虹し，、、、. 白. 無，、、、し. 白. 無し，．．、. 600 。C. 白. 無し，、、. 白. 無，… し. 白. 無し，…. @ 里、 ,,. ・. 多い. 里、 @@@. 500@C 以上の灰化温度であれば十分に灰化が行われると考えられたので、 550 。C 、. 3. 時間を灰化. 条件とした。 3. 4. 水及び酸抽出により溶出する金属. スギの粉砕試料を用い、 2.2 ∼ 2.4 の操作に従って水及び酸抽出で溶出する金属星、水抽出、酸. 抽出後の残量を測定した。ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムのそれぞれでの結果を図. 1 ∼. 4 に示す。なお、図中の横軸は、粉砕試料を樹皮側から 20 年間ずっ分割したため、. そ. の中間竿で表示した。又、 2.2 一 2.4 の操作での含量を全量として図に示した。図 1 、 2 に示されるよう. に、粉砕試料中に含まれるナトリウム、. かゥムはその大部分が水に 2. がわかった。一方、マグネシウム、カルシウムは. Ⅰ. 図 3、 4. 0. 抽出されること. に示されるように全量と酸抽出で溶出. する量とがほぼ一致し、水では抽出されず、酸で抽出されることがわかった。水で抽出されやすい金属は年輪間を移動し、抽出されにくい金属は年輪内に固定されると仮定すると、過去の生育土壌環境を知るにはマバネシウムやカルシウムが. 適していると考えられた。. 60 「（. O. 式邨4 世. Ⅰ. ㏄㏄㏄. 功祐耳世奏簗坤も臣ピ. 50. 0. 50. 0. スギ年輪中のナトリウムの抽出挙動. 図工. 0. :. 全量、 ●. :. 水抽出での溶出量、. ハ : 酸抽出での溶出量、ロ : 水抽出、. 酸抽出後の残量. 灰化・酸分解 ). (水. 抽出、酸抽出後の. O. 100. 年m. 50. 50. 50. 0. Ⅰ. ㏄ 2. 200.

(4) 54. 中村栄子. 松本靖子. 吉井めかり. 2㏄. 4㏄. 耳な ]50. 硅 3㏄. 口弗. ヰ耳い. 零簗. 俺. 簗. 恩 2㏄ oo. 臣 Ⅰ. 50. 100. 0. 0 2㏄. 図. Ⅰ. 5O. 100. 50. 年m. O. 200. :. 全量、 ●. :. 灰化. ・. 図. (水. 100. 50. O. 4 スギ年輪中のカルシウムの抽出挙動. 水抽出での溶出量、. 酸抽出での溶出量、ロ酸抽出後の残量. 50. 年前. 3 スギ年輪中のマグネシウムの抽出挙動 0. Ⅰ. :. 全量、 ●. 水抽出、. :. 水抽出での溶出量、. 酸抽出での溶出量、ロ. 抽出、酸抽出後の. 酸抽出後の残量. 酸分解 ). 灰化. ・. (水. :. 水抽出、. 抽出、酸抽出後の. 酸分解 ). 3. 5 各粉砕試料における金属含有五の年変化. スギ、ミズナラ、ヒノキ、サクラの年輪中のナトリウム、カリウム、マグネシウム、力ルシウム含有量の年変化を考察するため、各粉砕試料を直接応化・酸分解してスギは AAS で、その他は ICP で測定した結果を図 5 ∼ 8 に示す。いずれの粉砕試料でもかⅠ. ゥム、カルシウムの含有量. がナトリウムやマバネシウムの含有量より多い傾向が見られた。又、ナトリウム、マグネシウムの含有量の年変化は大きくないのに. 対し、カリウム、カルシウム含有量では大きな年変化が. れた。年変化の大きいカリウム、カルシウムのいると考えられるカルシウムが. 内、. 見ら. 水で抽出されにくいため年輪内に固定されて. 過去の生育土壌環境をさぐる. 金属元素として適していると考え. も. れた。. 800. 16 ㏄. 眈 6㏄. 森Ⅰ 田. 甘珪治. 200. 時掛. Ⅰ. 下. Ⅰ. Ⅱ. 年 2㏄. ，穫. 0. 0 2㏄. Ⅰ. 50. 100. 50. 40. 年前. 図. 0. 5 スギ年輪中の金属含有量の年変化 :. ナトリウム、ム. 口 : マグネシウム、. :. カリウム、カルシウム. 図. 6 0. 30. 20. 10. 年前. 0. ミズナラ年輪中の金属含有量の年変化 :. ナトリウム、ム. 口 : マグネシウム、. :. カリウム、カルシウム.

(5) 樹木年輪中の金属元素の分布と抽出挙動. 8㏄. 55. ]2 ㏄. め珪. ま. %世お 8㏄. 零. Ⅰ ュ打. ミ. 抽 2㏄. 400. 埋. 佃 2㏄ O 30. 図. 7. 20. 年m. Ⅰ. 0. O Ⅰ. ヒノキ年輪中の金属含有量の年変化. 図. 5. 8. Ⅰ. 0. 年前. 5. 0. サクラ年輪中の金属含有量の年変化. 0 : ナトリウム、ム : カリウム、. 0 : ナトリウム、ム : カリウム、. 口 : マグネシウム、. 口 : マグネシウム、 ● : カルシウム. カルシウム. 4. 結言年輪粉砕試料中に含まれる主要な金属元素のうち、ナトリウムやカリウムは水によって抽出されやすく、年輪間を移動していると考えられた。一方、マグネシウムやカルシウムは水ではほとんど抽出されず、酸によって大部分が抽出されることから、年輪内に固定されていると考えられ、含有量の年変化が大きかったカルシウムを. 用いれば、過去の生育土壌環境環の情報が得られると. 考えられた。. 謝辞研究を進めるのに際し、スギの年輪試料及年輪に関する文献などを元神奈川県森林研究所の水. 漬研究員から提供していただいた。粉砕試料の調製は本学部技術教育講座矢田茂樹教授にお. 世話になった。ここに深くお礼を申し上げる。この研究は横浜国立大学平成. 9. 年度教育改善推進費によった。参考文献. 1) 百鳥別手、高島良正、小池正実、今泉幸男、原田達郎 2) 百鳥別手 : 環境と測定技術、 18 、 59-70 (1991). :. 分析化学、 43 、 891-895 (1994). 3) 環境庁大気保全局大気規制課監修、溝口次大編著「酸性雨の科学と対策」 (1994). 鈴.

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