Date: 16:00-18:00, Friday, November 14, 2025
講演者：平田岳史
Speaker : Hirata Takafumi
タイトル：質量分析計内での無機元素–有機分子反応と太陽系進化
要旨：
私の研究グループでは、同位体年代学、バイオイメージング、レーザーアニーリング、高速ナノ粒子計測、VOC（揮発性有機化合物）の検出、レーザー装置開発、プラズマ開発、ソフト開発など、様々な研究に取り組んでいる。これらの研究の多くは学術的な実践的応用展開、あるいは社会実装を見据えたものとなっており、それぞれが異なる研究コミュニティーと連携し研究展開を図っている。しかし、私達は「未来が見える研究」だけではなく、新たな問題提起を行うための「未来が見えない」研究にも挑戦している。こうした研究は結果が出るまでに時間がかかるうえ失敗のリスクも高く、時として任怨分謗を免れない。しかし私達が生み出すシーズは10年後には新しい研究分野（あるいは手法）として開花し、海外に輸出されるはずである。「失敗は成功のもと」と同時に「成功は失敗のもと」の考えに基づいて研究を進めたい。
質量分析計の中に太陽系をつくる。これが最近2年間の私の研究課題である。太陽系の主要成分であるメタンに活性イオン種（例えばAr+）を衝突させると、カネテーションが進み様々な有機化合物が合成される。これらの有機化合物は金属イオンと反応し、様々な金属有機化合物を形成する。私達はこうした無機元素–有機分子反応を利用して、無機質量分析計であるICP-MSを用いて有機化合物を高感度で検出する手法を実用化した（Hirata et al., RSC JAAS, 2024; ibid., RSC Analyst, 2024）。さらに今年に入って、木下、上園、藤田らの協力を得て、金属–有機化合物の反応性に規則性を見いだすとともに（投稿中）、反応の過程で金属元素の同位体組成が大きく変化することを明らかにした。この大きな同位体効果は、原始太陽系星雲内での同位体不均質の成因として金属–有機化合物反応が寄与した可能性を示唆するものである。これまでの実験から、元素の同位体組成変化は平衡論的同位体効果ではなく動的同位体効果に基づく可能性が高い。質量分析計を用いた同位体効果実験の利点は反応条件に関する高い自由度にある。様々な元素・化学種、エネルギー条件でのイオン反応を系統的に調べることで、太陽系形成初期の化学進化に関する新しい知見を引き出せると期待している。本発表ではこれまでの結果をレビューするとともに、構造異性体の分離検出を目的としたICP-MS装置の改造計画や、可搬型の次世代質量分析計の自作計画を紹介したい。
My research group engages in a wide range of studies, including isotope geochronology, bioimaging, laser annealing, high-speed nanoparticle measurement, VOC (volatile organic compound) detection, laser device development, plasma engineering, and software development. Many of these projects are directed toward academic applications and societal implementation, conducted in collaboration with diverse research communities.
However, our group is not only devoted to research with a clear future vision but also to research where the future remains uncertain—work that aims to raise new scientific questions. Such endeavors often require long-term commitment, carry a high risk of failure, and may even invite criticism or skepticism. Nevertheless, we believe that the seeds we plant today will blossom into new research fields or methodologies within the next decade and spread internationally. We strive to advance our research under the principle that “failure is the foundation of success,” while remaining aware that “success can also be the foundation of failure.”
For the past two years, my primary focus has been on creating a miniature solar system inside a mass spectrometer. When active ionic species (e.g., Ar⁺) collide with methane—a key component of the solar system—cationization reactions proceed, leading to the synthesis of various organic compounds. These organic species subsequently react with metal ions to form diverse organometallic compounds. We have harnessed these inorganic–organic reactions to develop a practical method for the highly sensitive detection of organic compounds using an inorganic mass spectrometer, ICP-MS (Hirata et al., RSC JAAS, 2024; RSC Analyst, 2024). Furthermore, in collaboration with Kinoshita, Uezono, Fujita, and others, we recently identified systematic regularities in the reactivity of metal–organic compounds (submitted) and discovered that the isotopic compositions of metallic elements change significantly during these reactions. This pronounced isotope effect suggests that metal–organic interactions may have contributed to the isotopic heterogeneity observed in the primordial solar nebula. Our previous experiments indicate that such isotopic shifts are likely governed by dynamic isotope effects rather than equilibrium processes. A major advantage of conducting isotope-effect experiments within a mass spectrometer lies in the high degree of control over reaction conditions. By systematically examining ion–molecule reactions across a range of elements, molecular species, and energy regimes, we aim to gain new insights into the chemical evolution processes that occurred during the early formation of the solar system. This presentation will summarize our recent findings and outline future plans, including modifications to an ICP-MS instrument for the separation and detection of structural isomers, as well as the development of a portable next-generation mass spectrometer.
発表者: 大西恵理
Speaker: Eri Onishi
タイトル: 溶媒の有無、試料の種類がレーザー照射に伴う粒子の破砕に与える影響の調査
Title: Exploration of the effect of the existence of solvent and the type of the sample on the breakage of the particles induced by the laser irradiation
要旨:
隕石中の粒子には太陽系形成以前の情報を保持したプレソーラー粒子が存在する。これらのプレソーラー粒子の抽出法として、様々な鉱物の粒子を抽出可能 (Kurihara et al., 2023) な液中レーザーアブレーション (LAL) 法 (Okabayashi et al., 2011) に着目した。粒子はレーザー照射によって破砕 (Takami et al., 1999) することがある。また、隕石からLAL法によって抽出した粒子の中には、複数粒子が凝集した粒子が存在 (Kurihara et al., 2023) する。粒子の破砕は、計数統計誤差の増大を招き、粒子の凝集は個々の粒子の情報を引き出せなくなるため、粒子の破砕、凝集を抑えたレーザー条件の探索が重要になる。LAL法に伴う粒子の破砕、凝集を評価するため、粒径既知のPtナノ粒子を含有した模擬隕石試料を作成した。模擬隕石試料からLAL法を用いて抽出した粒子は30 %以上破砕していた一方、ろ紙上のAu粒子に対しレーザーアブレーション法を適用した実験 (Yamashita et al., 2023) では、LAL法で使用したレーザーより高いフルエンスのレーザーを使用した場合でも粒子の破砕が起きていない。今回は、レーザー照射時の溶媒の有無や、模擬隕石やろ紙といった形態、粒子の材質、粒径のような試料の種類の違いがレーザー照射に伴う粒子の破砕にどのような影響を与えるかについて調査した。