２０２４年５⽉２８⽇

新潟⼤学

⻄部北太平洋亜寒帯域における海⽔中テルル化学種の分布の解明に成功− 分析法の確⽴に成功−
新潟⼤学⼤学院⾃然科学研究科博⼠後期課程の深澤徹さん、理学部の則末和宏准教授、松岡史郎教授、⾅井聡准教授、東京⼤学⼤気海洋研究所の⼩畑元教授の研究グループは、海⽔中に超微量で存在するレアメタル（注 1）であるテルル化学種（Te(IV)および Te(VI)）の分析法を確⽴し、⻄部北太平洋亜寒帯域における Te(IV)および Te(VI)濃度の鉛直分布（注 2）を世界で初めて解明しました。
確⽴した分析法は⽔酸化マグネシウム（以下、Mg(OH) 2 ）共沈法による前濃縮、陰イオン交換樹脂カラムによる化学分離、⼆重収束型の ICP 質量分析法による測定、125 Te 濃縮同位体（注3）を⽤いた補正法を組み合わせた⼿法です。本⼿法を様々な海域で得られた海⽔試料に適⽤することで、海洋における Te の物質循環過程の解明に寄与することが期待されます。

【本研究成果のポイント】
 海⽔中の濃度が 2pmol/kg 以下と極めて低く従来分析が困難であった海⽔中 Te 化学種を精確に定量できる分析法を確⽴した。
 確⽴した分析法を海⽔試料に適⽤し、世界初となる⻄部亜寒帯北太平洋における海⽔中 Te 化学種濃度の鉛直分布を解明した。
 Te は海底鉄マンガン酸化物（注 4）中に⾼濃縮するレアメタルであり、今後、確⽴した⼿法を様々な海域で得られた海⽔試料に適⽤することで、海⽔中から海底鉄マンガン酸化物中への Te の濃縮過程および Te が⾼濃縮する海域の地理的分布の解明に寄与すると考えられる。

Ⅰ．研究の背景
テルル（Te）は DVD やソーラーパネルなどに利⽤される希少元素です。海洋では、海底鉄マンガン酸化物中に地殻平均濃度に対して約 104 倍以上⾼濃縮されていることが報告されています。海⽔中では、Te(IV)および Te(VI)として 2pmol/kg 以下の極めて低濃度で存在しています。
Te が海⽔中からどのような過程を経て海底へと⾼濃縮しているのか、Te の⾼濃縮が広い海洋

のどこで起きているのか、これらの課題を解決するには、実際の濃縮場である海⽔中 Te の情報が⽋かせませんが、これまで海⽔中 Te 化学種を精確に分析できる⼿法は確⽴されていませんでした。
Ⅱ．研究の概要・成果
海⽔中の極めて低濃度の Te を検出するには濃縮が必要となります。従来、濃縮に⽤いられていた Mg(OH)2 共沈による濃縮法は、海⽔にアンモニア⽔を加えるだけで Te を濃縮できる簡便な⽅法ですが、操作が難しく Te の回収が完全でない点が問題でした。また、海⽔中に含まれる様々な元素が Te の測定を妨害するため、このような元素から Te を化学的に分離する必要があります。そこで本研究では、Mg(OH) 2 共沈による濃縮法、陰イオン交換樹脂カラムによる分離法、⼆重収束型 ICP 質量分析法、 125Te 濃縮同位体による補正法を組み合わせた分析⼿法を考案しました（図 1）。本⼿法の最⼤の利点は、 125Te 濃縮同位体を分析に適⽤することで、Te の回収が不完全でも精確な分析値が得られる点にあります。また、⼆重収束型
ICP 質量分析法は、感度が⾼く、低濃度な Te を精度よく検出することができます。

図 1.

確⽴した分析⼿法の分析フロー

まず、各分析ステップにおける基礎検討により、分析条件を最適化しました。最適化した分析法を海⽔試料に適⽤したところ、質量スペクトル⼲渉（注 5）、メモリー効果（注 6）を引き起こす物質の溶出によって、精確な分析が阻まれました。
質量スペクトル⼲渉の問題の解決には、計測装置の測定条件を検討し、Te のスペクトルのみを測定できる条件に設定するシンプルな⽅法を適⽤しました。また、質量スペクトル⼲渉を取り除くことができる新たな⼿法を開発し、その⽅法で得られた測定値と測定条件を変更して得た値を⽐較したところ、両者がよく⼀致することから、測定条件の変更によって質量スペクトル⼲渉を除去できていることを確認しました。メモリー効果の問題は、陰イオン交換樹脂カラム分離における Te(IV)の溶離条件を、先⾏研究で⽤いられている 1.0M 硝酸から 0.01M 塩酸に変更することで解決しました。様々な濃度の塩酸を溶離液として適⽤し、0.01M 塩酸を適⽤す
ると、メモリー効果を引き起こす物質は溶出せず、Te(IV)のみが溶出することがわかりました。
分析法の精度および確度は良好であり、確⽴した分析法を海⽔試料に適⽤し、⻄部亜寒帯北太平洋 BD 7（47˚00´N, 160˚08´E）における海⽔中 Te(IV)および Te(VI)濃度の鉛直分布を世界で初めて明らかにしました（図 2）。

図 2.

⻄部北太平洋亜寒帯域 BD 7（47˚00´N, 160˚08´E）における海⽔中溶存態（a）Te(IV)および（b）Te(VI)濃度の鉛直分布

III．今後の展開
様々な海域で得られた海⽔試料に本⼿法を適⽤することで、海洋における Te の物質循環過程の理解が深化すると考えられます。例えば、Te が海⽔中から海底鉄マンガン酸化物中にどのように濃縮するのか、広い海洋のどの海域で Te が⾼濃縮するのかを理解する上で海⽔中 Te 化
学種の情報は有⽤であると考えられます。また、本⼿法における Mg(OH) 2 共沈濃縮法や陰イオン交換樹脂カラム分離法は、Te 化学種別安定同位体⽐の分析にも適⽤可能であり、海洋における Te 化学種の物質循環過程の解明に寄与することが期待されます。
IV．研究成果の公表
本研究成果は、2024 年 3 ⽉ 6 ⽇、科学誌「Analytica Chimica Acta」に掲載されました。
論⽂タイトル：Determination of ultra-trace Te species in open ocean waters based onMg(OH) 2 coprecipitation, anion exchange resin column separation and inductively coupledplasma sector-field mass spectrometry using a 125 Te-enriched isotope spike
著者：Tohru Fukazawa*, Hajime Obata, Shiro Matsuoka, Satoshi Usui and Kazuhiro

Norisuye（*筆頭・責任著者）
doi: 10.1016/j.aca.2024.342430
Ⅵ．謝辞
本研究は、内⽥エネルギー科学振興財団（No. 23、2021; 42、2022）、筑波⼤学放射線・アイ
ソトープ地球システム研究センター（CRiES）Priority Joint Research（No. F-20-42、2020）、東京⼤学⼤気海洋研究所共同利⽤研究（No. 111、2020; 115、2021; 114、2022; 115、2023）、JSPS 科研費（22H03728）の⽀援を受けて⾏われました。
【⽤語解説】（注 1）レアメタル：産業界での流通量が少ない⾦属のことをいいます。テルルは半⾦属としての性質を持ちますが、天然における産出量が少ないため、⼀般にレアメタルに分類されています。
（注 2）鉛直分布：海洋表層から深層までの鉛直的な分布のことをいいます。元素濃度の鉛直分布には、海洋における元素の循環過程が反映されると考えられており、海洋研究における基礎となります。
（注 3） 125 Te 濃縮同位体：天然の同位体⽐組成を持つ Te の標準溶液とは異なり、 125 Te を同位体的に濃縮した標準溶液です。この標準溶液を海⽔試料に添加して分析することで、分析における Te の回収率が不完全でも精確な分析値を得ることができます。
（注 4）海底鉄マンガン酸化物：すべての海底に普遍的に存在する鉱物で、鉄（Fe）やマンガン（Mn）を主要成分としています。Te やコバルト（Co）など電⼦製品に必要なレアメタルが含まれており、海洋資源として注⽬されています。
（注 5）質量スペクトル⼲渉：測定において⽬的元素の質量スペクトルに他のスペクトルが重なって影響を与えることをいいます。質量分析法では、⽬的元素のスペクトルのみを得ることが重要です。
（注 6）メモリー効果：試料の測定後も、⽬的元素の信号が得られ続けることをいいます。メ
モリー効果が起こると試料導⼊部の⻑時間の洗浄が必要であるほか、⽬的元素の信号が精確に得られないという問題が起こります。