炭化水素ガスや大気のδ13Cを対象とした分子レベル同位体分析（CSIA）は、ガスの微生物起源、熱起源、あるいは地質起源を詳細に解明するために用いられ、濃度データのみを用いる場合と比較して、炭素の起源についてより多くの知見をもたらします。この同位体分析を利用した応用例には以下のようなものがあります:
- 熱起源、微生物起源、および非生物起源を区別するための環境試験
- 微生物によるメタン生成の追跡
- 熱分解、水圧破砕、および天然ガスの特徴を特定する
- 土壌ガス、バイオガス、および埋立ガスをモニターするエネルギーガスプロジェクト
- バイオガスまたは消化槽の効率向上を目的とした研究プロジェクト
SGS Betaによる炭化水素ガスのδ13C分析
SGS Beta は、以下のガスの専門的な分析を提供します。
燃焼前のクロマトグラフィー分離に選択できるガスには次のものがあります。
- メタン (CH4)
- エタン (C2H6)
- プロパン (C3H8)
SGS Betaでは、炭化水素ガスの分子レベルδ13Cを測定するために、国際的な二次標準物質を使用しています。標準物質は米国地質調査所（USGS）が供給している炭化水素標準ガス(HCG-1、HCG-2、HCG-3）で、NISTが供給する標準物質 SRM 4990C（シュウ酸）と併せて使用します。
以下は、δ13C分析が実際の環境モニタリングにおいてどのように活用されているかの例です。
図1：SGS Beta（研究開発部門）にて測定された6つのパラメータに関するクラスIIIフレア1埋立地の分析
土壌ガスおよび埋立地におけるメタン CH4 および二酸化炭素 CO2 のδ13C分析
土壌ガスや埋立地におけるメタン CH4 および二酸化炭素 CO2 のδ13C分析は、生物起源と地質起源の炭素源を区別するための不可欠な手法となっています。土壌中のメタンは、微生物によるメタン生成、化石燃料の熱起源による漏出、あるいは非生物学的反応に起因する場合があります。これらの各プロセスでは、 13/12C同位体分別が起こり、それぞれのプロセスで異なるδのシグネチャを与えます。例えば、文献によれば、微生物由来のメタンはδ13Cが–50～–110‰と低い値、熱起源のガスはそれに比べ–30～–50‰と若干低い値であるのに対し、非生物起源またはマントル由来のメタンは–5～–30‰と比較的高い値を示します。深度プロファイルとともにδ13Cを測定することで、嫌気条件下でその場において(in situ)生成されたメタン、あるいは浅い土壌層に混入した化石ガスといった、メタンの起源を推定することができます。CO2分画のδ13C値は、CH4分画と比較することで、炭素循環や潜在的な汚染について補足的な知見をもたらします。土壌呼吸による植物由来のCO2は、一般的にC3生態系ではより軽い値（–22～–37‰）を示し、C4生態系ではそれほど軽い値を示しません（-9～-15‰）。これらの範囲から外れる場合、例えば0‰への濃縮は、根や微生物の呼吸ではなく、炭酸塩の溶解や熱起源の脱ガスを示唆している可能性があります。また、埋立地ガス由来のCO2分画において、δ13C値が–10～+15‰の範囲に濃縮されるケースも確認されています。
エタンおよびプロパンにおけるδ13C分析
エタン(C2H6) およびプロパン (C3H8) の δ13C分析は、メタンと併せてガスの起源を解釈する上で重要な手がかりとなります。これらの長鎖炭化水素は微生物による経路ではほとんど生成されないため、その存在と同位体組成は、熱成因的あるいは非生物学的プロセスの重要な指標となります。環境・エネルギー分野において、エタンおよびプロパン中のδ13C値の上昇は、化石燃料の漏出や水圧破砕（フラッキング）の影響と、純粋な微生物によるメタン生成とを区別するのに役立ちます。一方、CH4, C2H6, C3H8間の相対的な変化は、ガスの混合、移動、および汚染経路を明らかにします。一般的な熱生成エタンおよびプロパンの値は平均で約-30‰（範囲は約-60‰～-16‰）であるのに対し、非生物起源のものは比較的濃縮されている場合があり（時には-5‰に近づくこともあります）、微生物系ではこれらのガスが存在しないか、あるいは微量しか含まれないのが特徴です。SGS Betaは、メタン、エタン、プロパンを同時に分析することで、分子レベルの同位体フィンガープリントを特定し、発生源の特定、環境モニタリング、および石油システムの研究のための有用な情報を提供します。
14Cおよびδ13C、二種類の同位体分析
δ13Cは生成経路を示す手がかりとなり、14Cと組み合わせることで、生成過程と年代の両方の情報が得られ、強力な二重同位体指標の構築が可能です。δ13Cと放射性炭素 14C を組み合わせることで、炭化水素および関連する大気ガス（COおよび CO2) の14Cアクティビティ（または年代）、起源、および将来を予測をすることが可能となります。試験は、ASTM D6866に基づくバイオジェニック炭化水素ガスの14C測定 による報告、あるいは 放射性炭素分析による、Measured pMC（MpMC）、Conventional pMC（CpMC）、見かけ放射性炭素年代(BP)、およびδ13Cの報告が可能です。
試験用のサンプルを提出する準備はできましたか？
担当のアカウントマネージャー、または US.Info.Beta@sgs.com までご連絡ください。「分子レベル同位体分析」の質問票をお送りいたします。サンプルをご提出いただく前に、この質問票に必要事項を記入の上、ご提出いただき、当試験所のチームによる承認を受ける必要があります。当社のメタン、エタン、プロパン、および全炭素（バルクガス）試料の同位体分析サービスと併せて、ASTM D7833に基づくガスクロマトグラフィー分析もご依頼いただけます。
サンプルの容量および容器に関する要件： 0.6 Lの多層アルミ箔製ガスバッグまたは加圧IsoTubeに、2%（v/v）充填。
ガス試料の提出に関するガイドラインの全文はこちらをご覧ください。
ご質問や詳細については、 US.Info.Beta@sgs.com までお問い合わせください。
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最終更新：2026年4月
