小規模岩石化学実験室における Sr ・ Nd 同位体比分析試料の調整

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(1)Title. 小規模岩石化学実験室における Sr ・ Nd 同位体比分析試料の調整. Author(s). 池田, 保夫. Citation. 北海道教育大学紀要. 自然科学編, 57(1): 33-39. Issue Date. 2006-08. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/629. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) 北海道教育大学紀要（自然科学編）第57巻第1号 JournalofHokkaidoUniversityofEducation（NaturalSciences）Vol．57，No．1. 平成18年8月 August，2006. 小規模岩石化学実験室におけるSr・Nd同位体比分析試料の調整池田保夫. 北海道教育大学釧路校地学研究室. PreparationofrocksamplesforSrandNdisotopicanalysisatsmall SCalepetrochemicallaboratory IKEDA Yasuo. DepartmentofEarthSciences，KushiroCampus，HokkaidoUniversityofEducation，KushiroO85−8580. Abstract SeparationmethodsofRb，Sr，SmandNdfromrockandmineralsamplesaredescribedinthis paper．ResultsofblanktestduringthewholeseparationprocedureareO．2∼0．6nanograms（ng）forRb， 2∼4ngforSr，0．003∼0．03ngforSmandO．07∼0．2ngforNd．87sr／86srand143Nd／144Ndisotoperatios. forJB−1andJG−1aofGSJstandardrocksamplesandunknownsamples（AkanvoIcano）aretestedby theprocessunderpetrochemicallaboratory．ThevaluesofGSJsamplesareconsistentwiththoseof Otherlaboratoriesorcompilations．. 1 はじめに地球化学において，Sr，Nd同位体比は，火. さみ，また研究機開聞係者の指導・管理の労力も多大なものとなる．このようなことから，共同利. 用する研究者の中には，自分の大学等で元素の抽. 成岩の起源やその形成過程を探る上で重要な情報. 出作業をすませてくる人が多くなってきた（例え. を与えてくれる．このような同位体は，質量分析. ば川野ほか，1999）．. 計で測定されるが，教育系の大学では，こうした. 北海道教育大学では，札幌校で蛍光Ⅹ線分析装. 高価な研究設備が整備されることは皆無である．. 置によって岩石の主成分・微量元素の測定が可能. 近年，理学系の大学・大学院や共同利用機関の. であり（宮本・岡村，2003），旭川校では，. 研究施設において質量分析計が設置されるところ. EPMA分析装置によって鉱物の主成分化学組成. が多くなってきた．多くの研究機関では，分析計. の測定が可能である．釧路校では，2000年に新し. を部外者に利用を許可している場合が多い．この. い研究棟が建設されたのを機会に岩石化学実験室. ような場合，岩石試料からSrやNdなど目的の. を作り，そこで同位体抽出ラインを整備すること. 元素を抽糾する作業はかなりの労力と時間を要す. にした．釧路校において，北海道教育大学の他キヤ. るため，その研究機関に滞在する時間と費用がか. ’ノバスにみられないこのような実験室が整備され. 33.

(3) 池田保夫. たことは，今後，他キャンパスとの連携をはかっ. れるが，関東化学社製の電子工業用塩酸（EL）. ていくことで一つの研究試料をいろいろな角度か. が高純度のものとして知られているので，当実験. ら分析し検討することができるようになり，地球. 室では，この塩酸を超純水と適量に混ぜて使用す. 科学の研究面だけではなく，本学が進めている「北. ることにした．その他，試料を分解するためのフツ. 海道学」（北海道スタディーズ）のうち，「北海道. 化水素酸（メルク社製），過塩素酸（関東化学社製）. の地学」にも寄与でき，教育への還元が期待され. も高純度のものを使用した．. イオン交換樹脂は，Bio−Rad社製のAG. るだろう．. 本報告では，教育系大学などに設置される小規. 50W−Ⅹ8，200−400メッシュ規格のもので，使用. 模実験室において筆者が立ち上げた同位体抽出ラ. に先立って洗浄しておく．すなわち，ビーカーに. インの紹介とそのラインのブランクテスト結果，. イオン交換樹脂をとり，2．5N塩酸を加えて撹拝. さらに，標準試料と未知試料（阿寒火山）を分析. し，しばらく放置して上澄みの微粒子部を除去す. 試料として調整したSrとNdの同位体の測定結. る．この作業を数回繰り返して樹脂を洗浄した後，. 果について報告する．. 2．5N塩酸を入れたテフロンボトルに保存しておく．. 2 起純水装置・薬品 2−1 超純水装置・. 極微量元素の抽出作業において，最も多量に使. 3 抽出プロセス 3−1Rb，Srおよび希土類元素（REE）の抽出 Rb，Srおよび希土類元素（REE）の抽出方法. 用するものは超純水であるので，超純水製造装置. は，多くの研究室で独自の方法が考案されている. は，実験室の主要な装置となる．当実験室では，. が，当実験室の方法は，倉沢（1970），加々美ほ. 超純水は，水道水をミリポア社製Elix3で最大. か（1982），Kagamietal．（1987）に基づき，一. 比抵抗15Mn・Cmの高純水を作成し，これをさ. 部当実験室用に改変を加えたものである．. らに非沸騰式石英ガラス製蒸留装置（大健石英硝子株式会社製）で蒸留したものを使用している（図. 分解する試料は，粉末試料を容量7mlのスクリュウネジの蓋のついたテフロンジャーに0．1∼. 0．2g程度はかりとり，超純水で湿らした後，過. 引監＝. 塩素酸を0．5ml，フツ化水素酸を5ml程度加え蓋をしっかりしめて数日間放置する．その後，蓋をしたままテフロンジャーをホットプレート上. で，70∼90℃で一日から三日間温める．試料が分解したのを確認後，蓋をとり，ホットプレート上. で蒸発乾固させる．乾国後，2．5N塩酸を3∼ 5ml程度加え，蓋をして，超音波洗浄器に浸して試料を完全に分解させる．分解した試料液は，遠沈管に移し，遠心分離器. にかける．分離した上澄み液をピペットで第一コ図1 超純水製造システム. ラムに移す．第一コラムは，パイレックス製ガラ. スで加工された内径10mmの円筒形ガラスの底に 2−2 薬品一連の抽H作業で，最も多量に使用する薬品は塩酸である．従って塩酸も高純度のものが求めら. 34. 石英ウールを詰めた管にイオン交換樹脂を詰め，. 高さ9cmに調整したものを使用した（図2）．分解試華卜液がイオン交換樹脂に吸着されたのを.

(4) 小規模岩石化学実靡室におけるSr・Nd同位体比分析試料の調整. 確認後，2．5N塩酸を適量コラムに流しこんで. たビーカーの底は無色透明であるが，元素が抽出. RbとSrを，さらに6N塩酸を流しこんで希土. された部分は塩化物でビーカーの底が白くなるの. 類元素を分離・回収する．なお，定量測定は行わ. で，この白くなる程度から定性的に決めた．なお，. ず，Srの同位体比のみ測定する試料のRbは回. Srが完全に抽出された後は，コラムに流す塩酸. 収しない．当実験室での，Rb，Srおよび希土. を6Nに変え，希土類元素のうち，最初に抽出さ. 類元素の抽出位置を図3に示す．この抽出位置は，. れるLaの位置と希土類元素のすぐ後で抽出され. あらかじめ適当な濃度のSrC12，RbCl，BaC12，. るBaの位置を決めることで，この間を希土類元. LaC137H20試薬を2．5N塩酸で溶解した液を. 素の抽出位置とした．一般に，コラムの大きさが. 0．5mlほどとり，それをコラムに流しこみ樹脂に. 大きく樹脂の量が多くなると（体積が大きくなる）. 吸着させた後，1ccづつ2．5N塩酸を流し，その. とRb，Sr，希土類元素の分離がよくなるが，コ. 都度マイクロビーカーに回収していき，ビーカー. ラムに流す塩酸量も多くなり抽出に時間もかかる. をホットプレート上で乾固させることで決めた．. ようになる．. 抽出された各元素は，パイレックス製マイクロ. すなわち，元素が抽出されない部分では乾固させ. ・、・一、︸㌧，、コ＝. h. ■■■■■■L. 図2. 図4 アクリルボックス内での試料乾固. 第一コラムの形状. EL塩酸（関東化学）. 多人−∴叩学区−−Y少 20. 40. 60. 80. 100. 120. ml 2．5NHC1. 6N HCI. 図3 Rb，Srおよび希土類元素（REE）の抽出位置. 35.

(5) 池田保夫ビーカー. （7ml）に移し，ホットプレート上で. カーに0．1Nの硝酸50〃1を加え一昼夜放置し試料. 蒸発乾固させる．なお，当実験室での一連の蒸発. を溶解しておく．続いて，第ニコラムの準備をす. 乾固は，ドラフト内で行うが，ドラフト内に排気. る．当実験室の第ニコラムは，パイレックス製ガ. 口をもつアクリル板で作ったボックスを置き，こ. ラスで加工された内径3．5mmの円筒形ガラスの. の中で乾固させることで挨などの混入を防いでい. 底に石英ウールを詰めた管にイオン交換樹脂を入. る（図4）．. れたものを使用する（図5）．第ニコラム用のイオン交換樹脂は，第一コラム用と同じものであるが，pH4．5に調整した超純水に飽和させてテフ. 3−2 SmとNdの抽出. ロンボトルに保存しておいたものを使用する．こ. 希土類元素を抽出し，乾固させたマイクロピー. のように樹脂をつめた第ニコラムに，0．2mol， pH4．5に調整されたHIBA（HydroxyIso− ButyricAcid）を約20ml流して，樹脂を同液に飽和させる（Loading；Kagamietal．，1987）．最終的に樹脂の高さは10cmになるようにする．. 以上の準備を終えた第ニコラムに，先にマイクロビーカー内で溶解しておいた試料液をピペット. で入れる．試料が樹脂に吸着されたのを確認後，. HIBAを適量コラムに流しこんでSmとNdを分離・回収する．なお，定量測定は行わず，Ndの図5 第ニコラムによるNdの抽出作業. ︵UU︶. ■■一一一■ 一一一■ 一一′■t. 一−−た. ヽ一一■. 一■■一. 咽e＜些〓小異. 一′一一■ ・一■・一一一■■ ＿＿Nd の坤出範. 一■一■. 10. 15 日IBAの液温（℃）. 図6 SmとNdの抽出位置変化曲線. 36. 一一一■. 20. 25.

(6) 小規模岩石化学実厳室におけるSr・Nd同位体比分析試料の調整. 同位体比のみ測定する試料についてはSmは回収. ノグラム（ng），Srが2∼4ng，Smが0．003∼. しない．当実験室での，SmとNdの抽出位置を. 0．03ng，Ndが0．07∼0．2ngであった．Srを除. 図6に示す．この抽出位置は，あらかじめ適当な. いた他の元素のブランク量は，従来の報告にある. 濃度に調整したNd203とSm203液を100〃1ほど第. 他研究機関のブランク量（例えば，川野ほか，. ニコラムに入れ樹脂に吸着させた後，1mlづつ. 1999；fJamamotoetal．，2000）と比較した場合，. HIBAを流し，その都度マイクロ遠心チューブに. それらとほぼ同じか，SmとNdはさらに下回る. 回収していき，これらのチューブにエリオクロム. 場合がみられるなど良好な結果が得られた．しか. ブラックT（EBT）100mgをメチルアルコール. しながら，Srのブランク量は他研究機関では0．9. 50cc，アンモニア水50ccを加えて溶解して作っ. ∼0．5ng程度に抑えられているのに比べて当実験. たEBT指示液を2∼3滴落とした時の色の渡さ. 室のものは，著しく大きい結果となった．この原. から定性的に決めた．すなわち，何も元素が無い. 因は，本校が海からわずか2kmほどのところに. ときは，濃いブルー系の色を示すが，元素が多量. 建てられていること，実験室は完全なクリーン. にあるほど濃い赤紫色になる．なお，SmとNd. ルーム化はされておらずエアフィルターによって. の抽出位置は，Kagamietal．（1987）などで指. 外の空気を浄化させて室内に導いていないことか. 摘されているように，HIBAの液温によって動. らおきる海水からの汚染が考えられる．これにつ. くことが知られている．図6に示されているよう. いては，今後の実験室の改善・改良課題としたい．. に，液温が上がると，SmとNdの分離度は良く. 山元・丸山（1996）は，薬品のSr3．19ngが. なり各元素の抽出位匿がHIBAを流す量が大き. 0．2gの試料の同位体比に与える影響を検討して，. くなる方向に動く．また，SmとNdの分離度と. 試料のSr含有量が1ppm以下になると影響が現. 各元素の抽出位置は，第ニコラム中の樹脂が多く. れることを明らかにしている．この結果を考慮す. なる（体積が大きくなる）ほど，それぞれ良くな. れば，当実験室で扱う試料は，流紋岩質∼玄武岩. り，流すHIBAの量が多くなることも知られて. 質の岩石で，これらの岩石のSr含有量は，数十. いる．. ppm以上あるので，通常の岩石の同位体測定試料を抽出する場合であれば，特に支障はないと考 4 測定結果. 4−1 ブランクテスト. Rb，Sr，Sm，Ndのブランク定量および. えられる．. 4−2 標準試料のSr・Nd同位体比測定地質調査所（現在，独立行政法人産業技術総合. 87sr／86srと143Nd／144Nd同位体比の測定を新潟. 研究所，地質調査総合センター）が碇供している. 大学自然科学研究科のFinniganMAT262型質量. 標準試料のうち，JB−1とJG−1aのSr・Nd同位. 分析計を使用して行った．また，同位体希釈法に. 体比を一回測定した．87sr／86sr比は86sr／88sr＝. よる定量に使用したスパイクは新潟大学で作られ. 0．1194で，143Nd／144Nd比は1436Nd／144Nd＝. た混合スパイク（84srと87Rbを濃集させた混合. 0．7219で規格化した．それぞれの測定結果を表1. 液，濃度：Sr＝0．015944ppm，Rb＝0．113389ppm，. に示す．. および150Ndと149smを濃集させた混合液，濃度. ：Nd＝0．010909ppm，Sm＝0．001922ppm）を使用した．本実験室の抽出プロセスで得られた総ブランク. 当実験室で抽出されたJB−1のSr同位体比は，公表備に比べて0．000024∼0．000037低めである． JB−1の公表値が少ないので，JB−1と同じ場所，同じ岩石で再度調整されたJB−1aの公表値まで. 量は，2002年と2004年に測定が行われた．この結. 含めて比較すると，今回測定されたJB−1のSr同. 果，各元素の総ブランク量は，Rbが0．2∼0．6ナ. 位体比は，公表値の変動範囲内に入る．JG−1a. 37.

(7) 池田保夫. 表1標準試料，JB−1とJG−1aのSrおよびNd同. 表2 未知試料，阿寒火山外輪山溶岩（SLl）と阿寒火砕流堆積物（2AKl）のSrおよびNd同位. 位体比測定結果と公表借. 体比測定結果試料 87sr／86sr 誤差 JB−1 0．704113. 0．704126. 文献 ±0．000014 ±0．000017. 加々美ほか（1982）山本・丸山（1996）. 試科名. 87sr／86sr. 誤差. SLl. O．703442. ±0．000012. 2AKl O．703374. ±0．000013. 0．704089. ±0．000013. 本研究. JB−1a O．704083. ±0．000016. Kagamietal．，（1989）. 0．704106. ±0．000012. 山本・丸山（1996）. 0．704115. ±0．000017. Orihashietal．，（1998）. 0．704074. ±0．000013. 川野ほか（1999）. JG−1a O．710973. ±0．000014. Kagamietal．，（1989）. 0．710924. ±0．000021. 山本・丸山（1996）. 0．710981. ±0．000022. Orihashietal．，（1998）. 70．70％，Sr＝200ppm）である．両者のNd同. 0．711031. ±0．000014. 本研究. 位体比に大きな差異はみられないが，Sr同位体. 試料 143Nd／144Nd 誤差. 文献. JB−1 0．512786. ±0．000015. Kagamietal．，（1987）. 試料名 143Nd／144Nd 誤差 SLl. O．512955. 2AKl O．512986. ±0．000014 ±0．000014. 比は測定誤差を考慮しても阿寒火砕流堆積物の方がわずかに外輪山熔岩のものより有意の差で低い. ±0．000014. 本研究. 値を示している．このことは，これら玄武岩質マ. JB−1a O．512784. ±0．000011. Kagamietal．，（1989）. グマと流紋岩質マグマは，それぞれ異なる起源物. 0．512785. ±0．000034. 山本・丸山（1996）. 0．512780. ±0．000011. Orihashietal．，（1998）. 0．512783. ±0．000013. 川野ほか（1999）. JG−1a O．512377. ±0．000019. Kagamietal．，（1989）. から導いた結論を支持する．このことは，当実験. 0．532365. ±0．000010. Orihashietal．，（1998）. 室での元素抽出が精度良くなされていることを示. 0．512386. ±0．000017. 川野ほか（1999）. 0．512395. ±0．000014. 本研究. 0．512778. 質から導かれたことを示唆している．この結果は，. Ikeda（2002）が主成分元素・微量元素の含有量. し，さらなる研究の発展が期待される．. 謝辞. のSr同位体比は，公表値の中で最も高い同位体比（Orihashi，etal．，1998）と測定誤差の範囲でほぼ一致する．. 当実験室で抽出されたJB−1とJG−1aのNd同. 本研究をまとめるにあたり，新潟大学自然科学研究科の加々美寛雄教授には，同位体抽出についてご指導をいただき，質量分析計の使用に便宜を. 位体比は，公表値と比較して，それぞれわずかに. 図っていただいた．実際に質量分析計を使用する. 低め，高めになっているものの測定誤差の範囲内. にあたっては同大学自然科学研究科の石岡純博. で比較的よい一致を示す．. 士，佐藤誠氏，西奈保子氏には，ご指導並びにご援助をいただいた．以上の方々に厚くお礼申. 4−3 未知試料のSr・Nd同位体比測定. し上げます．. 未知試料として，阿寒火山地域の外輪山熔岩と阿寒火砕流堆積物中の軽石の同位体比を測定し引用文献. た．測定結果を表2に示す．これらの試料は， Ikeda（2002）によって主成分および微量元素が公表されているもので，SLlは，外輪山熔岩で，単斜輝石・カンラン石玄武岩（SiO2＝51．28％，. Hamamoto，T．，Yuhara，M．，Miyazaki，T．，Fukase，M．， Kondo，H．，Ikawa，T．，Ishioka，M．，Kagami，H．andShu− to，K．（2000）Rb，Sr，SmandNdseparationfrom rocks，mineralsandnaturalwaterusingion−eXChange. Sr＝358ppm），2AKlは，阿寒火砕流堆積物の軽. resin．Sci．Rep．NiigataUniv．Ser．E（Geology），No．5，. 石で，単斜輝石・斜方輝石流紋岩質岩石（SiO2＝. 4958．. 38.

(8) 小規模岩石化学実厳室におけるSr・Nd同位体比分析試料の調整. Ikeda，Y．（2002）Petrogeneticrelationshipbetween. maficmagmaofsomalavasandvoluminousfelsic magmawithcalderaformation：AcasestudyofAkan VOIcanicfield，eaSternHokkaido，Japan．Jour．Min． Petr．Sci．，97，39−46．. Kagami，H．，Iwata，M．，Sano，S．andHonma，H．（1987）Sr andNdisotopiccompositionsandRb，Sr，SmandNd COnCentrationsofstandardsamples．Tech．Rept．ISEI， OkayamaUniv．，Ser．B．，No．4，1−16．. 加々美寛雄・岡野修・須藤宏・本間弘次（1982） MAT260によるSr同位体比測定及びRb・Sr定量分析．岡山大学温泉研究報告，No．52，51−70． Kagami，H．，Yokose，H．andHonma，H．（1989）87sr／86sr and143Nd／144NdratiosofGSJrockreferencessam− ples；JB−1a，JA−1andJG−1a．Geochem．Jour．，23， 209−214．. 川野良信・西奈保子・石坂岳士（1999）岩石化学実験室におけるSr・Nd同位体比試料の調整．佐賀大学文化教育学部研究論文集，4，139−146．. 倉沢一（1970）同位体地質学．ラティス，275p．宮本任彦・岡村聡（2003）蛍光Ⅹ線分析法による地質試料の主成分及び微量成分元素の高精度分析．北海道教育大学紀要，自然科学編，54，49−59．. Orihashi，Y．，Maeda，J．，Tanaka，R．，Zeniya，R．andNiida， K．（1998）SrandNdisotopicdataforthesevenGSJ rock reference samples；JA−1，JB−1a，JB−2，JB−3， JG−1a，JGb−1andJR−1．Geochem．Jour．，32，205−211．. 山元正継・丸山孝彦（1996） MAT261によるSr，Nd 同位体比の測定とRb，Srの定量．秋田大学鉱山学部資源地学研究施設報告，No．61，17−30．. （池田保夫釧路校教授）. 39.

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