作成： 1997/11/22 中西 友子
データ番号 ：020030
植物試料の中性子放射化分析
目的 ：植物試料の元素分析
放射線の種別 ：中性子,ガンマ線
放射線源 ：原子炉(100KW,250KW)
フルエンス（率）：1.3x1012-7.5x1013/cm2・s
利用施設名 ：立教大学原子炉、エジプト原子炉(特定名称記述なし)
照射条件 ：大気中
応用分野 ：農学、植物栄養学、植物肥料学、環境化学
概要 ：
植物試料中のマクロ及びミクロ元素を中性子放射化分析により求めた。短寿命核種ならびに長寿命核種の分析を行い、各元素量をガンマ線スペクトルメトリーにより求めている。エジプト各地で採取されたサトウキビ及び、日本のヒジキとホタテ試料が分析された。前者では土壌中の元素濃度との関連性、後者では測定値の信頼性について考察している。大麦の元素分析では葉中の7元素の経時的な濃度変化が求められた。
詳細説明 ：
1.エジプト各地で採取したサトウキビ中の元素濃度の測定
エジプトのArmant、Kom Ombo、Edfu、Deshna、およびNaga Hammady地区より、絞りカス状のサトウキビを2-3試料採取し、中性子放射化分析により元素を定量した。250kWの原子炉において、長期、中期、短期、超短期に分けて放射化を行い、Al、As、Au、Br、Ca、Cl、Co、Cr、F、Fe、K、La、Lu、Mg、Mn、Na、Sc、V およびWを定量した。
表1 Trace element concentration in sugar cane refuse samples from Armant, Kom Ombo, Edfu, Deshna and Naga Hammady districts.（原論文1より引用）
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Factries Armant Kom Ombo Edfu Naga Hammady
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Sample 1 2 3 1 2 3 1 2 1 2
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Al/ppm/ 518.815 243.241 181.587 345.998 318.852 318.391 434.951 194.470 322.992 328.514
As/ppb/ 12.110 11.179 9.286 4.897 4.013 4.013 4.210 3.196 6.051 8.205
Au/ppb/ 0.002 0.004 0.001 0.010 0.021 0.017 − − 0.040 0.029
Br/ppm/ 1.452 2.101 1.634 1.534 0.980 0.892 1.196 2.507 1.760 2.590
Ca/ppm/ 767.210 810.521 807.371 739.119 679.201 707.665 516.781 622.435 618.445 692.115
Cl/ppm/ 410.552 384.545 370.932 212.727 243.190 292.521 410.121 390.712 310.564 294.545
Co/ppb/ 42.430 38.290 32.918 8.415 7.954 7.184 6.008 6.119 23.150 26.210
Cr/ppb/ 50.001 54.003 59.811 62.112 64.320 57.181 32.313 42.116 51.140 48.621
F /ppm/ − 1.123 1.813 − − 1.225 − 22.887 1.416 1.787
Fe/ppm/ 212.921 209.224 196.712 134.211 125.150 112.912 190.185 192.813 280.300 272.120
K % 0.870 0.710 0.796 0.912 0.770 0.901 0.815 0.763 0.616 0.692
La/ppb/ 22.910 27.521 23.183 14.920 17.211 15.345 120.246 101.987 18.920 16.115
Lu/ppb/ 1.876 0.926 1.073 1.100 1.090 1.410 3.201 3.198 1.179 2.181
Mg/ppm/ 790 870 560 793.618 692.210 787.110 710.321 696.822 910.212 876.248
Mn/ppm/ 2.392 1.731 1.677 3.163 2.121 2.406 3.166 3.153 1.918 1.895
Na/ppm/ 123.812 132.201 111.151 198.516 154.218 178.156 170.912 173.511 160.400 175.200
Sc/ppb/ 2.350 2.006 3.219 1.109 1.710 2.011 1.620 1.921 4.212 3.190
V /ppb/ 104.169 92.715 86.416 112.770 102.735 − 45.219 44.250 62.791 59.766
W /ppb/ 4.920 6.217 8.916 6.212 5.196 7.219 1.712 2.823 7.191 8.781
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ArmantとNaga Hammady地区内で得られた試料のみ、試料間の元素濃度に大きなばらつきが見られた。これらの差は、サトウキビが育成していた土壌中の元素濃度の差を反映しているためと予想される。分析された各々の元素について、一般的に、植物体においてどのような役割を担っているかについてのコメントも述べている。
2.ヒジキおよびホタテ中の元素濃度の測定
茨城県平磯海岸で採取したヒジキおよびオホーツク海で採取したホタテ試料中の元素を中性子放射化法により分析した。照射は、立教大学原子力研究所で行った。ヒジキでは38元素が定量可能であり、19元素について定量下限値を求めた。定量できた元素の内、27元素(Na、Mg、Al、Cl、K、Ca、Sc、Cr、Fe、Co、Zn、As、Br、Rb、Ag、Sb、Te、I、Cs、Ba、Ce、Sm、Eu、Tb、Yb、AuおよびU)について、NIESの標準試料であるホンダワラと比較した。
図1 ヒジキ及びホンダワラ元素濃度（原論文2より引用）
ヒジキとホンダワラにおいて、殆どの元素濃度分布は類似の傾向を示したが、AgとTbはホンダワラの方が低かった。ホタテの場合には24元素が定量可能であった。そのうち、22元素(Na、Mg、Al、S、Cl、K、Sc、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、As、Se、Br、Rb、Cd、Sb、Cs、La、SmおよびAu)の分析結果をNIESの標準試料であるムラサキガイと比較したところ、ムラサキガイでは、Sc、Fe、Co、CdおよびSm濃度が高く、Cr濃度は低いことが示された。ヒジキおよびホタテ試料の分析は10回行っても再現性よく分析されたことから、本試料の均一性が示され、標準試料として十分使用可能であることが判った。これらの実験結果は環境標準試料としてのヒジキ、ホタテ試料のデータとして有効利用されることが期待される。
3.大麦の生育過程における元素濃度の測定
大麦の生育過程におけるNa、Mg、P、Cl、K、CaおよびMnの元素濃度分布を放射化分析法により求めた。発根から2、4、12、19、23日目の試料では、根および種子中の元素について、12、19、23、31および46日目の試料については、全ての葉中の根元、葉の中心および葉の先端部における元素濃度を調べた。
図2 Changes of Na, Mg, P, Cl, K, Ca and Mn concentration in barley leaf. △, ○ and □ denote the element concentration at the tip, middle and bottom parts of the leaf, respectively. Numbers 1 to 7 refer to the leaf number, therefore, leaf number 1 is the eldest leaf of the barley grown for 46 days.（原論文3より引用）
各生育過程の全ての試料において、Mn、P、MgおよびCaは、葉の先端部に、Clと K は葉の基部に蓄積していた。葉中のNa分布は一様であった。植物が生育するに従い、葉中のこれらの元素濃度は増加する傾向を示した。K、Mg、MnおよびPの場合には、葉が古くなるに従って最大値を示すようになり、最も古い葉における元素濃度は最小値となった。全ての元素の分布形態は測定を継続した46日目まで不変であった。葉中の光合成能を調べるため、RuBisCO(ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase)のmRNA量を測定したところ、若い葉の先端部に多量に存在することが判った。
コメント ：
植物試料中の元素量を放射化分析により求める研究は他の分析手法、特にICP-MSの発展に伴い、数が減少してきている。しかし、化学的な処理を必要とする分析法では、化学収率の問題およびコンタミの問題は避けることができないため、相対値の比較となる。その点、放射化分析は非破壊分析が可能であるため、試料中の元素の絶対量を求めることができる唯一の手法であり、この特徴が十分考慮される必要がある。
放射化分析では、数多くの元素の分析が可能であるため、一般に、個々の元素についての考察はそれほど深く行われない傾向が欠点として挙げられる。しかし、環境中の微量元素が問題となってき始めていること、また、元素によっては、放射化分析が最も感度が高い分析法であるため、データの蓄積という点から、これらの分析結果の重要性は増加していくことと予想される。
原論文１ Data source 1：
Determination of Trace Elements in Sugar Cane Refuse by Instrumental Neutron Activation Analysis
A.E.Mohamed
Chemistry department, Faculty of Science, Aswan, Egypt
J.Radioanl.Nucl.Chem.,Letters, p121(1986)
原論文２ Data source 2：
Study of Determination of Multielements in Environmental Reference Material & quotCystophyllum fusiforme and Scallop" by Instrumental Neutron Activation Analysis
C.Imahashi
武蔵工業大学原子力研究所研究所報 No.21, p.205 (1995)
原論文３ Data source 3：
Element Distribution of Na, Mg, P, Cl, K, Ca and Mn in Barley Leaves
T.M.Nakanishi and S.Matsumoto
Graduate School of Agricultural and Life Sciences, Univ. of Tokyo
Radioisotopes, Vol.40, No.3, p.107 (1991)
原論文４ Data source 4：
Element Distribution in Barley during the Developmental Stage
T.M.Nakanishi and S.Matsumoto
Graduate School of Agricultural and Life Sciences, Univ. of Tokyo
Radioisotopes, Vol.41, No.2, p.64 (1992)
参考資料１ Reference 1：
Application of Activation Analysis in Agriculture Research
T.M.Nakanishi
Graduate School of Agricultural and Life Sciences, Univ. of Tokyo
Radioisotopes, Vol.43, No.2, p.110 (1994)
キーワード：中性子放射化分析、元素分析、植物試料
neutron activation analysis, element analysis, plant sample,
分類コード：020303,020501,040404