微小宇宙物質の高感度元素定量法の確立

微小宇宙物質の
高感度元素定量法の確立
福岡孝昭 (立正大学地球環境科学部)
野上謙一 (独協医科大学)
田澤雄二 (京都大学理学部)
鈴木善美 (山形大学理学部)
横田裕子 (青山学院大学理工学部)
平成15年度共同利用研究費査定額
校費
旅費
350,000円
50,000円
微小宇宙物質とは
重さ：数μｇ～ｍｇ
大きさ：数10～数100μｍ
Muses C (Hayabusa, Sample return)
隕石中鉱物
宇宙塵
（火山ガラス（テフラ））
（造岩鉱物）
（環境中“ダスト”）
微小宇宙物質の化学分析法の比較
INAA
>1g
非破壊，多元素分析 (Ir, Au に高感度)，
bulk 情報
RNAA
>1g
破壊，多元素分析，
bulk 情報
ICP-MS
>1g
(溶液)
破壊，多元素分析，
bulk 情報，汚染
LA/ICP-MS
>10m
破壊，多元素分析，
局所情報
SIMS
>5m
破壊，多元素分析，
局所情報
SXRF
>1m
非破壊，多元素分析，
局所/bulk 情報，定量性
微小宇宙物質の分析手順
試
料
実体顕微鏡観察 (形, 色等）
INAA (化学組成, Bulk）
SEM (表面構造）
XDP (鉱物学）
EPMA (主成分, Micro area）
SIMS, ICP-MS etc. (同位体, Micro area）
微小試料のINAAの手順
試
料
｜
重量測定 (Mettler UMT-2)
｜
3x3mmポリエチレン袋中に融封
（ポリシーラー、実体顕微鏡下、ピンセット）
｜
中性子照射 (1.9x1013n/cm2sec;
＞5 min, JRR-3M, PN-3)
｜
Al板の穴の中央にポリエチレン袋ごと
セロテープで鋏み留め（ピンセット）
｜
γ線測定（2回）(Al, Mg, Ca, Ti, V, Mn, Na, Dy)
｜
ポリエチレン袋の除去
｜
合成石英容器にセット（１粒ずつ、実体顕微鏡下、ピンセット）
｜
中性子照射 (1x1014n/cm2sec,＞50hr; JRR-3M, HR-1/2)
｜
3x3mmポリエチレン袋中に融封（ポリシーラー、実体顕微鏡下、ピンセット）
｜
ポリエチレン板の穴の中央にポリエチレン袋ごとセロテープで挟み留め（ピンセット）
｜
γ線測定（2～3回）(Fe, (Ni), Co, Au, Ir, Os, Cr, REE, Sc等）
微小宇宙物質のINAAの問題点
１．肉眼ではほとんど目視できない
迅速取り扱い
２．Geometryの近い固体標準物質
３．測定感度の向上
標準試料
親石元素（Fe, Mg, Ca, Na, K, Ti, REE, Sc, Co, Ta, etc.）
岩石標準試料から作製したガラス片
JB-1（GSJ岩石標準試料）
JR-2（GSJ岩石標準試料）
親鉄元素（Ni, Os, Ir, Au）
Allende（隕石）粉末：ジオメトリー，均一性
隕鉄のチップ（Canyon Diablo）：不均質
純金属線のチップ： Osの純金属線はない
IrやAuは照射後の放射能が強すぎ
真空蒸着したシリコンウエハのチップ：不均質，蒸着面積
と重量の対応
合金の破片（田中貴金属工業社作製）：均一性，元素濃度
高純度白金線（SRM 680a）： Au~1ppm, Ir~0.01ppm
Al/Au合金（IRMM-530）： Au 0.1%
シリコンウェファ上に蒸着
（Ni, Au, Ir etc)
井戸型γ線検出器を
利用することによる
高感度γ線測定の実現
Ge検出器
Ge検出器
K5100027
54 um
K5100031
54 um
K5100042
40 um
Table 1. INAA Results of Unmelted Antarctic Micrometeorites
Sample
weight
elements
Na
Mg
Al
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
La
Ce
Sm
Eu
Dy
Yb
Lu
Au
Ir
Os
F97AG008 F97AG013 K5100027 K5100030 K5100031 K5100033 K5100035 K5100040 K5100041 K5100042 K5100043 K5100044
µg
1.9
0.25
1.7
3.8
6.8
%
0.77
0.13
0.45
0.42
0.45
%
15.2
42.4
16.4
15.5
7.70
%
1.54
5.85
2.17
0.93
1.98
%
3.27
1.50
1.94
1.87
5.38
ppm 15.1
0.358
8.31
14.0
31.8
%
0.28
0.21
ppm 89.5
317
101
131
64.4
ppm 4370
835
4090
6480
3710
%
0.279
1.16
0.290
0.364
0.196
%
26.2
4.50
30.3
10.9
26.8
ppm
531
76.0
416
15.3
162
#
ppm (1.42)
1.03
0.860
0.591
ppm
4.9
5.3
3.0
9.1
4.2
ppm 0.320
0.231
0.689
ppm
0.195
0.248
#
ppm
(6.6)
(2.1)#
ppm 0.155
0.383
(0.143)#
ppm 0.048
0.018
0.045
0.032
0.113
ppm 0.080
0.166
0.060
0.106
+
ppb
5.21
9.08
21.3
29.8
*
ppb
3.19
5.86
8.74
11.5
Elements except Au, Ir, Os were determined by JB-1.
JB-1
4.8
2.1
1.2
1.2
1.5
3.7
2.4
55.3
1.22
15.6
1.18
4.71
8.64
0.58
10.9
1.60
1.90
10.7
0.50
9.47
2.08
0.77
11.3
2.07
0.01
20.2
0.047
0.23
9.42
1.17
10.9
16.4
0.69
14.8
2.09
2.11
14.6
2.40
3.82
75.0
3410
0.364
16.9
107
0.326
2.5
0.156
0.15
99.1
4260
0.206
27.8
293
0.428
3.9
0.227
0.198
104
4070
0.230
24.9
175
123
4060
0.106
42.4
336
2.19
5.3
0.386
101
5570
0.281
33.2
471
0.642
10.3
778
0.331
18.3
17.4
74.9
1750
0.166
9.57
147
1.06
1.8
0.067
[2.07]
[4.67]
[7.69]
[6.60]
[28.9]
[1.00]
[212]
[414]
[0.124]
[6.30]
[39.1]
[38.8]
[63]
[5.02]
[1.59]
[4.20]
[2.40]
[0.370]
0.130
0.030
0.049
2.37
(1.04)#
6.1
0.415
0.214
3.3
0.358
0.220
0.029
0.133
0.288
0.198
0.033
0.031
0.063
0.090
0.012
0.105
0.047
0.184
0.448
0.106
9.14
5.74
9.44
11.25
3.56
2.99
1.69
3.90
3.89
1.14
Au and Ir were determined by IRMM-530 and SRM-680a, respectively.
IRMM-530 SRM-680a
129.9
883.7
99.89
[1000]
+: Os were estimated by using ratios of neutron activation cross sections for Ir191(n,γ)Ir192 and Os190(n,γ)Os191, and isotopic abundances of the respective
elements for K5100030, firstly.
#: experimental errors larger than 50%.
[10]
Relative Abundance nomalized to C1
1000
JB-1
#01
#02
#04
#05
#06
#07
#08
#09
#10
#11
#12
#13
100
Sam ple / C 1
10
1
0.1
0.01
0.001
Na
Mn
Cr
Mg
V
Ca
Eu
Yb
Ce
Sm
La
Ti
Dy
Lu
Ele m e n t s (de c r e asin g Vo lat ilit y)
Sc
Al
Au
Co
Ir
Os
Fe
まとめ
１．微小宇宙物質試料の迅速取り扱い法は、
ほぼ完成した。 (既報)
２．標準物質について
親石元素用は準備ずみ。
親鉄元素も見通しがついた｡
３．井戸型Ｇｅ検出器の使用で測定感度（分析精度）を
あげることができた。測定時間も短くなった。
４．１μｇ以上の微小宇宙物質の
化学分析が放射化分析 (INAA)で
ほぼ行えるようになった。

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