お宝研究vol.11

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12*Research Center for Coastal Lagoon Environments研究代表者：グループ紹介概　　　要特　　　色研究成果今後の展望社会実装への展望Leader : 清家　泰（総合理工学研究科・教授／汽水域研究センター長）加藤　季晋（総合理工学研究科・博士課程）管原　庄吾（総合理工学研究科・助教）江川　美千子（総合理工学研究科・助手）神谷　宏（汽水域研究センター・客員教授）小俣　光司（総合理工学研究科・教授）Yasushi Seike (Professor, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering, Director of ReCCLE*)Toshikuni Kato (Doctoral Course Student, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering)Shogo Sugahara (Assistant Professor, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering)Michiko Egawa (Assistant, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering)Hiroshi Kamiya (Invited Professor, ReCCLE*)Kohji Omata (Professor, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering) 　アナモックス反応の中間体であるヒドラジン（N2H4）とヒドロキシルアミン（NH2OH）の環境水に適用可能な定量法を新規に開発しました。N2H4については，固相抽出による濃縮定量法で，N2H4とパラ-ジメチルアミノベンズアルデヒドを反応させて生成するアルダジンを現場でSep-Pak C18カートリッジに通水・吸着し，実験室に持ち帰った後，塩酸－エタノール（1：10）溶液で溶離し457 nmで吸光度測定する方法（定量下限0.2 µgN L-1）を確立しました。NH2OHについては，次亜塩素酸塩と反応させて生成する亜酸化窒素をECD-GCで測定する方法で，海水に含まれる臭化物イオンがその定量を複雑に妨害しましたが，フェノール溶液の添加により妨害を排除できることを見出し，この方法の確立に成功しました。何れの定量法も中海のような汽水試料に適用可能でした。　We newly developed a simple in situ method for the determination of trace hydrazine (N2H4) and hydroxylamine (NH2OH), intermediate products in the ANAMMOX reaction, applicable to environmental water. The determination of the trace hydrazine is based on the concentration of aldazine compound formed by the reaction of hydrazine with p-dimethylaminobenzaldehyde. To sample water, p-dimethylaminobenzaldehyde solution was added to form aldazine by the reaction with hydrazine. The solution was passed through a Sep-Pak C18 cartridge for the adsorption of aldazine. In the laboratory, the aldazine adsorbed on the Sep-Pak C18 cartridge was eluted by passing a hydrochloric acid–ethanol (1:10) solution through the cartridge, and the color intensity of the solution was measured by absorption of light with 457 nm wavelength. The lower limit of detection for the new method was 0.2 µgN L-1 of hydrazine. We next developed a method for quantifying trace NH2OH in brackish-and sea-water samples. We used a method of ECD-GC measurement of the nitrous oxide produced by the reaction with sodium hypochlorite. We found that the interference of the bromide ion in seawater can be prevented by addition of phenol. In our procedure, phenol and hypochlorite solutions were added to a sample solution to oxidize NH2OH to N2O. The N2O in the sample was then quantifi ed by headspace analysis using ECD-GC. The method is not aff ected by the content of salt, ammonia, nitrate, or nitrite at concentration of 300 µgN L-1 or less. It has a lower limit of detection at 0.2µgN L-1, and can quantify NH2OH in natural water samples with a wide range of salinity. Those new methods were applied successfully to the samples from Lake Nakaumi, a brackish lake located in the eastern part of Shimane Prefecture, Japan. 【特色と研究成果】　近年，新たな窒素循環プロセスであるアナモックス反応が発見され注目を集めています。アナモックス反応とは，NH2OHとNH4＋ が反応してN2H4を形成した後，最終的に分子状窒素（N2）に変換され系外に放出するというもので，これまでの硝化-脱窒による窒素浄化とは異なる，新たな窒素浄化プロセスです。本研究では，NH2OHとN2H4が，中間体という性質上不安定なため，環境水に適用可能な優れた定量方法がなかったことから，それらの定量法について検討し，その開発に成功しました１），２）。開発した両定量法を用いて，汽水湖中海を対象に調査研究を進め，NH2OHとN2H4が同時に観測されたことにより，これまで一般的な脱窒による窒素除去のみしか考えられていなかった中海で，アナモックス反応が起こっていることを初めて証明しました。また，中海では，夏季に海水の流入に伴う酸素供給と光阻害によるNO2－の蓄積を起点にアナモックス反応が生じていることを明らかにしました。【今後の展望】　我々は，さらに，アセチレン阻害法を併用した培養実験によりアナモックス反応による窒素除去量を算出できることを見出し，その約6割がアナモックス反応によるという結果を得ています。世界に先駆けてさらに調査研究を進めていきたいと考えています。1) Kato T., S. Sugahara, T. Kajitani, Y. Senga, M. Egawa, H. Kamiya, and Y. Seike (2017): Determination of trace hydrazine in environmental water samples by in situ solid phase extraction, Analytical sciences, in press.2) Kato T., S. Sgahara, M. Murakami, Y. Senga, M. Egawa, H. Kamiya, K. Omata, and Y. Seike (2017): Sensitive method for the oxidation-determination of trace hydroxylamine in environmental water using hypochlorite followed by gas chromatography, Analytical Sciences, in press.　本手法は，今後，世界の多くの研究者に利用されることが予想され，アナモックス反応に関する研究の進展が期待されます。Research on nitrogen removal by ANAMMOX reaction in brackish Lake Nakaumi世界が注目するアナモックス反応が発見された汽水湖中海特別研究部門汽水湖中海のアナモックス反応による窒素浄化に関する研究斐伊川水系宍道湖・中海をモデルフィールドとする汽水域学際研究プロジェクトInterdisciplinary research project on estuary, by taking advantage of Lakes Shinji and Nakaumi in the Hii River water system as a model-fi eld