大気中の人為起源二次有機エアロゾル濃度評価に利用可能な新規トレーサの提案（令和 6年度）
Evaluation of molecular tracers for the quantification of anthropogenic secondary organic aerosol

研究概要

大気中に放出された揮発性有機化合物（VOC）の光化学反応により生成され、健康や気候に影響を及ぼす二次有機エアロゾル（SOA）のうち、人為起源SOAの発生量を大気観測から評価するために利用できるトレーサの数は不足している。本研究では、人間活動から排出される芳香族化合物およびアルカンを前駆VOCとしてチャンバ内およびフロー反応器内でSOAを発生させ、芳香族化合物由来の多官能基性分子（highly oxygenated molecule; HOM）を新規SOAトレーサの候補としてその化学構造とトレーサ／SOAの濃度比（ fSOA）を決定するとともに、未知のアルカン由来SOAトレーサを探索する。さらに名古屋、長崎および福江島で大気PM2.5試料の捕集を行い、大気中でのSOAトレーサの挙動を調べ、新規SOAトレーサを用いた発生源解析の結果に基づいて大気モデルの検証を行う。一連の研究から実用的な新規人為起源SOAトレーサを提案することによって、人為起源SOA発生量の評価やVOC排出削減の監視を大気観測に基づいて精度よく実施できるようにする。

研究の性格

• 主たるもの：基礎科学研究
• 従たるもの：応用科学研究

全体計画

本研究では、特定の前駆VOCからのSOAの発生量を推定するためのfSOA比を室内実験から決定し、トレーサの化学構造を解析する。また、SOAトレーサの発生源や化学的安定性を大気観測から評価する。さらに、室内実験と大気観測により推定されるSOA濃度を用いて大気モデルを検証することにより、新規人為起源SOAトレーサを提案しようとしている。

今年度の研究概要

揮発性有機化合物のチャンバー実験およびフロー反応実験を行い、実験で生成されるSOAをフィルターに捕集してSOA試料を提供する。チャンバー実験では、人為起源のVOCを前駆物質とするNOx光酸化実験および硝酸ラジカル反応実験を行う。フロー反応実験ではVOCを前駆物質とする高濃度光酸化実験を行い、生成するSOAの光化学エイジングを調べる。チャンバー実験およびフロー反応実験で生成されたSOAはフィルターに捕集され、SOA試料フィルターは分割されて分析担当者に分配される。
　名古屋市、長崎市、長崎県福江島においてPM2.5のフィルター捕集観測を行い、大気PM2.5試料とする。観測にはPM2.5インパクタ付のハイボリウムエアサンプラを用いてPM2.5をフィルター上に採取する。PM2.5試料フィルターは分割されて分析担当者に分配される。
　提供されたエアロゾル試料（SOA試料および大気PM2.5試料）について、誘導体化GCMS分析、LCMS分析、イオン移動度質量分析を実施する。フィルター試料に適宜内部標準物質が添加される。フィルター試料中の有機化合物は、有機溶媒中に抽出され適宜、ろ過、濃縮、誘導体化、転溶等の前処理を行って分析可能な液体試料とする。誘導体化GCMS分析によってヒドロキシ基を有する有機物トレーサを分析し、LCMS分析によってカルボキシル基およびフェノールOH基を有する有機トレーサを分析する。イオン移動度質量分析計によって、未知トレーサの構造解析を行う。

外部との連携

飯沼賢輝（沖縄科学技術大学院大学）、中山智喜（長崎大学）、池盛文数（金沢大学）