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Thermo Fisher Scientific (China) Co., Ltd
地球-同位体指紋の奥義を探る
日付：2025-12-19読み：0
アイソトープ技術
同位体技術は地球化学研究における「探偵の利器」であり、元素同位体の組成のわずかな違いを追跡することで、地球ひいては太陽系の進化の奥義を明らかにする。
サイマー飛は一連の完全な同位体質量分析系機器を持ち、元素周期表中のほぼすべての元素の同位体を測定することができる。
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上図に示した元素周期表のように、赤色点を表すこのような元素の同位体は、MC−ICPMS質量分析（Neoma）とTIMS質量分析（Tritonシリーズ）を用いて測定することができ、黄色点を標識するこれらの非金属元素の同位体は、G−IRMS質量分析（デルタQ、253 Plus）を用いて測定することができ、緑色点は不活性ガス元素を表し、不活性ガス質量分析計（Helix MC）を用いて同位体を測定することができる。
では、同位体がどのように地球を解読しているのか見てみましょう。
1.地球年齢の謎を解く：究極の時計
地球はいったいどれくらい古いのだろうか。
初期の推定方法（海水塩度、地球冷却速度による）は非常に正確ではなかった。
利用するアイソトープウラン鉛年法、特にジルコン鉱物は、地球の年齢を知ることができます。
ジルコンはマグマの中に形成され、極めて硬く耐久性があり、後期の地質作用の改造に抵抗できる。結晶化時にウラン元素を格子に閉じ込め、鉛を排除します。そのため、ジルコン石で測定された鉛はすべてウラン放射性減衰によって発生した。
ウランには2つの同位体（U-238とU-235）がそれぞれ2つの鉛同位体（Pb-2006とPb-2007）に減衰している。これは2つの独立した時計があるように、相互に検証することができて、結果はもっと信頼性があります。
科学者たちはオーストラリアのジャック山で地球最古のジルコン結晶を見つけ、ウラン-鉛で年を定め、44億年の年齢を測定した。これは、地球が形成されて間もなく（約1億6000万年後）、大陸の地殻が形成され始めていることを示している。現在測定されている地球上の隕石の年齢は約45.3-45.7億年で、地球自体の推定年齢（約45.5億年）に非常に近い。
機器紹介：
多受信誘導結合プラズマ質量分析計（MC−ICPMS）は、元素周期表中の40種類以上の元素（Sr、Nd、Pb、Hf、U、Li、B、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Ni、Cu、Znなど）を試験することができ、実行可能な同位体定年系にはU−Pb、Rb−Sr、Re−Os、Sm−Ndなどが含まれる。
サイマーフライは2020年11月に世界で第2世代Neoma MC-ICPMSを発売した。NeptuneシリーズMC-ICPMSの上述の優位性を踏襲した設計のほか、ICPイオン源の革新、検出器プラットフォームの拡張、品質スクリーニング機能付きの新しい衝突反応池、完全な新しい回路設計、先進的なQtegraソフトウェア操作プラットフォーム及び一連のハードウェア、ソフトウェアの改善を通じて、Neptuneに基づいて機器の性能をさらに向上させた。
ネオマ MC-ICPMS
2.生命の起源をたどる：大酸化事件の「指紋」
地球の初期の大気は酸素不足だったが、酸素はいつから大量に発生し始めたのだろうか。
酸素の出現時間を証明する重要な地質証拠がある：硫黄同位体。
通常、同位体の分留はそれらの質量差（質量分留）と関係がある。しかし、紫外線の作用下では、無酸素大気中でのみ発生する「非質量分留」効果が発生します。
科学者は、今から約24億年前の古い岩石の中で、この異常な硫黄同位体の信号が突然消えたことを発見し、これは「大酸化事件」の決定的な証拠となった：当時、藍藻細菌は光合成によって大量の酸素を産生し、大気化学を変え、非質量分留の発生を阻止したからだ。
古酸素の含有量を直接測定しようとすれば、これはほとんど不可能であり、それに関連して保存された「異常」同位体信号の消失を通じて、当時の大気成分を逆算することは、パズルを解く証拠となる。
機器紹介：
サイマー飛には2つの古典的なガス安定同位体質量分析計がある。1つはクラシックな253 Plusで、1つは最新のデルタQモデルです。2種類のガス質量分析計は主にC、N、H、O、Sの5種類の元素の安定同位体に対して分析試験を行った。
253 Plus IRMSは10 KV電圧を備え、磁場の偏向半径が大きく、地質、海洋、古気候研究に適している。デルタQ IRMSは3 KV加速電圧を備え、磁場偏向半径が小さく、食品、環境、生態などの分野の研究に適している。
また、2つの機器はそれぞれEA（元素分析計）、GC（ガスクロマトグラフィー）、LC（液体クロマトグラフィー）、GB（オンラインガス平衡装置）などの異なる周辺機器と併用でき、固体、ガス、揮発性有機物の単体同位体測定試験を含む異なるサンプルタイプに使用できる。
253 プラス IRMS
デルタ Q IRMS
3.古気候の再建：石に隠された温度計
大昔の海の温度を知る方法を考えたことがありますか。
地球化学には重要な方法があります：酸素同位体古温度計。
古代海洋生物（有孔虫など）の炭酸カルシウム貝殻が形成されると、海水の酸素同位体情報が記録される。16 Oは18 Oより軽く、蒸発時に水蒸気に入りやすい。気候が寒くなり、氷蓋が拡大し、大量の16 Oが氷蓋に閉じ込められ、海水中の18 Oが相対的に濃縮される。同時に、生物は冷たい水の中で貝殻を形成すると、18 Oをその炭酸カルシウム骨格により多く吸収する。深海掘削岩盤のコア中の有孔虫化石の18 O/16 O比を測定することで、科学者は過去数百万年の正確な氷期-間氷期気候の旋回を再建することができ、まるで地球の温度日記を読んでいるようだ。
機器紹介：
サイマー飛の253 Plus安定同位体質量分析計にKiel IVを配合した高精度炭酸塩分析装置は有孔虫のような貴重な化石サンプルを作る有力なツールである。約20µgの炭酸塩サンプルだけが必要で、δ13 Cとδ18 Oの分析精度は0.04‰と0.08‰に達することができる。Kiel IVには真空引き可能な制御可能な温度反応室があり、反応温度を正確に制御することができる。新しいマイクロスケーシングは、微量炭酸塩サンプルから発生するCO 2の粘性流を除去することができ、2つの酸定量弁を有する独立反応系を高フラックス試料分析に用い、高精度炭酸塩試料の正確な分析を確保した。
253 Plus IRMS+Kiel IV炭酸塩装置
おわりに
以上の地球科学の事例は、「自然時計」と「天然トレーサー」としての同位体技術の強力な能力を十分に示しており、岩石、化石、さらには星全体が残した秘密情報を復号し、地球の過去に関する素晴らしい物語を次々と語ることができるようにしている。
サイマー飛氏は世界トップの科学機器リーダーとして、世界中のすべての科学者や研究者に科学研究のツールを提供することに力を入れており、未来は人類により多くの地球の謎を解くことができることを期待している。
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