Mass-dependent isotopic fractionation in electroplating investigated by SIMS

電気鍍金による質量依存同位体分別

大澤 崇人  ; 江坂 文孝  

Osawa, Takahito; Esaka, Fumitaka

レドックス反応に伴う同位体の分別に関して、過去にクロムに関する報告がわずかながら存在するが、体系的にこの種の研究が行われたことはなく、機構に関しても詳細はわかっていない。われわれは電気鍍金という強制的に進行するレドックス反応について同位体の分別が起こりうるのか、またあったとした場合どのような分別であるのかを二次イオン質量分析計を用いた分析をニッケルと銅に対して行った。その結果、いずれの元素も軽い同位体が濃縮されていることが判明し、ニッケルの同位体比組成からこの分別過程が単純に質量依存であることがわかった。また極めて大きな温度依存性を見いだした。しかしながら、Kavner et al. (2005)が鉄同位体に関して報告しているような電圧依存性は全く見られず、執拗なまでの追試を行ったが電圧と質量分別との間には何の関連性もなかった。この結果は元素差による可能性も否定できないが、彼らの実験結果と分別機構の理論に重大な欠陥がある可能性を示唆している。

Stable-isotope fractionation was observed in redox reaction of chromium in laboratory experiments. Electroplating process of transition elements is active redox reaction between liquid and solid phase and some degree of mass-dependent or independent isotopic fractionation is expected. In order to clarify the isotopic fractionation in electroplating, we analysed Ni and Cu isotopes on the surface of electroplates using Cameca ims-6f ion microprobe and determined fractionation factors. Electrodes and solution were completely homogenised in isotopes and thin coating on an electrode were done under various current and temperatures. 58Ni, 60Ni, and 62Ni were measured in Ni analysis, and 63Cu and 65Cu were measured in Cu analysis. We did not use any kind of spikes in this work. In contrast with a previous report by Kavner et al. (2005), we found no voltage-dependent fractionation.