Date: 16:00-18:00, Friday, October 10, 2025
発表者：丸山咲也
タイトル：マルチ同位体トレーサーを用いた球磨川流域の地下水流動系の解明
要旨：
日本では梅雨前線の停滞に伴う線状降水帯の発生により集中豪雨が頻発し、特に熊本県人吉盆地を含む球磨川流域では2020年7月に大規模な洪水被害が発生した。今後の防災対策として、地下水を含む水循環システムの監視が重要となり、そのために地下水の可視化が必要となる。本研究では、球磨川流域の地下水流動系を解明するため、人吉盆地にて湧水・井戸水・河川水の採水を行い、以下の三手法を用いた。第一に、酸素・水素の安定同位体比測定により、同位体比の標高依存性を利用して涵養域を推定した。第二に、3H-3He年代測定法により、トリチウムの壊変で生じる3Heの量から滞留時間を推定し、酸素同位体比から求めた滞留時間と比較した。第三に、主要溶存イオン分析を通じて、各水試料の流動系の類似性を確認した。滞留年代の結果として、一部の地下水試料については、5年前後や20~30年といった滞留時間が算出された。また深井戸の水試料では、トリチウム起源では説明できない高い3He/4He比と、河川水とは異なるイオン組成が認められ、マントル由来ヘリウムの混入が示唆される。
発表者：松岡伊織
Speaker: IORI MATSUOKA
タイトル：レーザーアブレーション誘電体バリア放電イオン化質量分析法（LA-DBDI-MS）によるポリマー中微量有機化合物の検出・同定の検討
Title: Detection and Identification of Trace Compounds in Polymer Matrices Using Laser Ablation Dielectric Barrier Discharge Ionization Mass Spectrometry (LA-DBDI-MS)
要旨：
【背景】
レーザーアブレーションは大気圧下で試料に非常に短いパルス幅のレーザーを照射することで試料エアロゾルを生じさせる手法であり、誘導結合プラズマ質量分析法（ICP-MS）と組み合わせることによって、非常に高い空間分解能と高感度による分析を達成している。LA-ICP-MSはイオン化の過程で分子を有機分子を破壊するため、原則的に無機元素の分析に限られてきた。DBDIはイオン源に誘電体バリア放電を用いる手法で、分子構造を保ったソフトなイオン化が可能である。そこで、LAから生じたエアロゾルを分割してICP-MSとDBDI-MSに導入することで、有機無機同時分析が可能となる。
このような空間分解能と感度を活かしたアプリケーション先として、ポリマーなどのマトリクス中に微量に含有される成分の検出・同定が考えられる。具体的には、法科学における塗膜片分析では、非常に薄い塗膜層中の有機・無機化合物を同定できれば非常に有効である。
平田研究室においてはLA-DBDI-MSを用いた化合物単体の分析やポリマーの分析、生物試料中の化合物のイメージングの研究が行われているが、マトリクス中の微量化合物を分析に関する知見が不足している。具体的にはマトリクスの違い、化合物の濃度や化合物種の違いが分析結果に与える影響の評価が不足している。
そこで本研究では、ポリスチレン中に多様な化合物を添加したフィルム試料を作成して、マトリクスや化合物種の影響を評価した。
【手法】
ポリマー中に混合する化合物としてn-Octadecane、Cholesterol、Dibenzothiophene、L-Serine、L-Histidine、Cu Phtalocyanineを選定した。ポリマーとして汎用プラスチックかつ容易に溶媒に溶解可能なポリスチレンを選定した。ポリスチレンと化合物をそれぞれ酢酸エチルで溶解したのち、三段階の濃度で混合したのち、乾燥してフィルム状とした。
LA-DBDI-MSを用いて、添加フィルムと化合標準品を分析した。
【結果と考察】
化合物標準品を分析したところ、化合物ごとにその信号強度が異なった。Cholesterolの信号強度は非常に高かった一方で、n-Octadecane、Dibenzothiophene、Cu Phtalocyanineの信号強度は相対的に低かった。そのうえ、L-Serine、L-Histidineはほとんど検出されなかった。また、フィルムに関しては最大濃度の試料においても化合物の信号がポリマー由来の信号に埋もれており同定ができなかった。
化合物による検出強度の差異の原因として、①LAにおける化合物の分解、②DBDIで発生するイオン化の選択性などが考えらえれる。フィルム中の化合物が同定できなかった原因としてはポリマー由来の化合物の信号強度が多かったことが考えられる。
将来的に化合物添加量の増加、ポリマー種の変更、LA条件の検討、DBDIの電気的条件の変化や化学イオン化の活用などを検討する。
【Background】
Laser ablation (LA) is a technique in which a sample is irradiated with extremely short laser pulses at atmospheric pressure to generate an aerosol. When combined with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), this approach achieves both high spatial resolution and high sensitivity. However, LA-ICP-MS primarily allows for the analysis of inorganic elements because molecular structures are destroyed during the ionization process. Dielectric barrier discharge ionization (DBDI) is an ionization method that uses a dielectric barrier discharge as the ion source, enabling soft ionization while preserving molecular structures. By splitting the aerosol generated from LA and introducing it into both ICP-MS and DBDI-MS, simultaneous analysis of organic and inorganic components becomes feasible.
An application that takes advantage of both spatial resolution and sensitivity is the detection and identification of trace compounds in polymer matrices. Specifically, in forensic paint analysis, the ability to identify organic and inorganic compounds in very thin paint layers would be highly valuable. While the Hirata Laboratory has conducted studies on single compounds, polymer samples, and imaging of compounds in biological tissues using LA-DBDI-MS, knowledge regarding the analysis of trace compounds within matrices remains limited. In particular, evaluations of the effects of matrix type, compound concentration, and compound species on analytical results are lacking. In this study, we prepared film samples by incorporating various compounds into polystyrene to evaluate the effects of matrix and compound type.
【Method】
As target compounds, n-Octadecane, Cholesterol, Dibenzothiophene, L-Serine, L-Histidine, and Cu Phthalocyanine were selected. Polystyrene was chosen as the polymer due to its general availability and solubility in common solvents. Polystyrene and each compound were separately dissolved in ethyl acetate, mixed at three different concentration levels, and then dried to form films. Both the additive films and compound standards were analyzed using LA-DBDI-MS.
【Results and Discussion】
Analysis of the compound standards revealed that signal intensities varied depending on the compound. Cholesterol exhibited very high signal intensity, whereas n-Octadecane, Dibenzothiophene, and Cu Phthalocyanine showed relatively low signals. L-Serine and L-Histidine were barely detectable. For the polymer films, even the highest concentration samples did not allow compound identification, as the signals were obscured by polymer-derived signals.
The differences in detection intensity among compounds may be attributed to: (i) compound decomposition during LA, and (ii) ionization selectivity in DBDI. The inability to identify compounds in the films likely results from the predominance of polymer-derived signals.
Future work will explore increasing compound concentrations, changing polymer types, optimizing LA conditions, modifying DBDI electrical parameters, and applying chemical ionization techniques.