波長スキャンキャビティリングダウン分光法を用いた水素酸素同位体比分析への適用を目的とした微量サンプルからの塩分・微粒子除去法の検討

Abstract

波長スキャンキャビティリングダウン分光法を用いた水素酸素同位体比分析への適用を 目的とした微量サンプルからの塩分・微粒子除去法の検討 中田弘太郎 ＊1 長谷川琢磨 ＊1 今後の処分事業に伴う調査においては，サンプル量が少なく，イオン濃度が高く，微粒子や有機物を多く含む地下水 あるいは間隙水のサンプルの特性を分析していく必要が生じる可能性が高い．水素酸素同位体比は地下水の移行挙動を 理解する上で重要な情報であり，現在波長スキャンキャビティリングダウン分光法(CRDS 法)で分析されることが多 い． CRDS 法における水素酸素同位体比の分析では塩分や微粒子・有機物により正確な定量が阻害される可能性がある． そこで本研究では，CRDS 法の前処理として塩分や微粒子等を除去する手法について検討した．微量のサンプルを蒸留 するための試験系を構築し，蒸留後のサンプルを回収するための最適な条件を設定した．蒸留前後のサンプルにおける 同位体比分析の結果から，蒸留法はサンプルの塩分，粘土鉱物や岩石片由来の微粒子を除去して同位体比を分析するの に適しているのが確認できた．一方，有機物を多量に含む泥水サンプルを蒸留すると，水素同位体比がずれることがわ かった．さらに，サンプル溶液から室温で水蒸気を発生させ，水蒸気を分析する手法(水蒸気直接測定法)についても 検討した．水蒸気直接測定法も，塩分濃度が高い・粘土微粒子を多く含むサンプルでは同位体比を正確に定量可能であ ることが確認された．有機物を多量に含む泥水サンプルについては，泥水の混入割合が 25 %までは水蒸気直接測定法に よりサンプルの水素酸素同位体比を分析できることがわかった． Keywords: 水素・酸素同位体比，波長スキャンキャビティリングダウン分光法，地下水，間隙水Future investigations associated with disposal projects will require analysis of groundwater or pore water samples with small volumes, high ion concentrations, and high particulate and organic matter content. Hydrogen-oxygen isotopes can provide important information for understanding the migration behavior of groundwater and are currently often analyzed by wavelength-scanned cavity ring-down spectroscopy (CRDS), where salinity, particulates, and organic matter can interfere with accurate quantification. In this study, we investigated a method to remove salt and particulates as a pretreatment for the CRDS measurements. An experimental system for distillation with small amount was constructed, and the optimum conditions for recovery of the samples after distillation were determined. From the results of the isotopic ratio analysis in the samples before and after distillation, it was confirmed that the distillation method was suitable for analyzing the isotope ratio of samples with high salt and inorganic particle content. On the other hand, distillation of muddy water samples containing a large amount of organic matter resulted in a shift in hydrogen isotope ratios. The method of generating water vapor from the sample solution at room temperature and analyzing the water vapor (direct water vapor measurement: DWVM) was also investigated. It was confirmed that the DWVM was also capable of accurately quantifying the hydrogen-oxygen isotopic ratio in samples with high salinity and high inorganic particle content. In the case of mud samples containing a large amount of organic matter, it was found that the hydrogen-oxygen isotopic ratio of the sample could be analyzed by DWVM when the percentage of mud contamination was up to 25 %.