Chemical dynamics of atmospheric peroxyl radicals

• Project/Area Number: 21H04926
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 梶井 克純 京都大学, 地球環境学堂, 教授 (40211156)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 圭 国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境保全領域, 室長 (10282815) ; 河野 七瀬 近畿大学, 理工学部, 講師 (40736766) ; 坂本 陽介 国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境保全領域, 主任研究員 (50747342) ; 定永 靖宗 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70391109)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥42,120,000 (Direct Cost: ¥32,400,000、Indirect Cost: ¥9,720,000); Fiscal Year 2023: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000); Fiscal Year 2022: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000); Fiscal Year 2021: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
• Keywords: 過酸化ラジカル / オキシダント / エアロゾル / 取込み / オゾン / 取り込み / 光化学オキシダント / RO2ラジカル / 問い込み反応速度 / HOxサイクル / オゾン生成速度 / 不均一反応 / 有機硝酸 / 取り込み係数 / チャンバー

Outline of Research at the Start

光化学オゾン生成機構の完全理解を目指し、重要な中間体である過酸化ラジカルの動態に関 する研究を進める。独自開発した過酸化ラジカル反応性測定装置を駆使し、過酸化ラジカル のNOxとの反応速度解析やエアロゾルへの取込み係数を測定できるシステムを確立し実大気 において計測する。スモッグチャンバーによる光化学実験を通し、過酸化ラジカルから生成 する有機硝酸類や過酸化物の評価を行いエアロゾルへの取り込み過程の検討をする。代表的 なオキシダントの種々のエアロゾルへの取込み係数を実測する。化学モデルの向上を図り過酸化ラジカルの後続反応が与える光化学オゾン生 成量への影響を推定する。

Outline of Annual Research Achievements

過酸化ラジカルとNO2の反応速度定数の測定を実施した。VOCとOHの反応により人工的に生成させたRO2とNO2の反応について重点的に調べた。また、NO2の代わりにゼロガスを使用することで、RO2ラジカルの拡散速度も測定した。RO2ラジカルの検出は大気圧条件下で生成したRO2ラジカルを低圧のセルに導入し、NOと反応させることで最終的にOHラジカルに変換して測定した。ここで検討するRO2としては、CH4、C2H6に加えてC5までの飽和炭化水素から生成するもの、代表性のある２重結合を有するVOCとして、C2、C3および植物起源のイソプレン、テルペンなどから生成する過酸化ラジカルとした。これらのVOCは大気中で重要なことから対象として選定した。これらのRO2ラジカルとNO2の大気圧条件下での反応速度定数測定は世界で初めての成果となった。RO2の拡散は質量の平方根に反比例していることから、大気中の挙動は閉殻分子のものとあまり変わらないことが明らかとなった。過酸化ラジカルのエアロゾルへの取込みについてはHO2ラジカルでは、我々の研究を含めていくつかの先行研究があるが、RO2の取り込みは初めての試みとなった。RO2ラジカルの減衰を直接測定し、エアロゾルによる取り込み速度はエアロゾル試料と清浄空気のそれぞれの測定で得られる反応速度定数の差分と走査式モビリティパーティクルサイザーSMPSで測定される表面積濃度を用いて取り込み係数へと変換した。 測定したエアロゾルは塩化ナトリウム粒子（銅イオン添加、鉄イオン添加）、硫酸アンモニウム粒子（銅イオン添加、鉄イオン添加）、硫酸ナトリウム粒子（銅イオン添加、鉄イオン添加）、海塩エアロゾル（海水より生成）、トルエン由来SOA（硫酸アンモニウム上にトルエン＋OH反応生成物を被膜させ生成した）である。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Frontiers of Atmospheric Chemistry: No. 1. Overview of Chemical Reactions Occurring in the Atmosphere (2024)
  • Author(s): 佐藤 圭
  • Journal Title: Journal of Japan Society for Atmospheric Environment / Taiki Kankyo Gakkaishi Volume: 59 Issue: 2 Pages: A87-A96
  • DOI: 10.11298/taiki.59.A87
  • ISSN: 1341-4178, 2185-4335
  • Year and Date: 2024-03-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved continuous measurement system for atmospheric total peroxy and total organic nitrate under the high NO<i>x</i> condition (2024)
  • Author(s): Ohara Nagomi、Shioji Takahiro、Matsumoto Jun、Inomata Satoshi、Sakamoto Yosuke、Kajii Yoshizumi、Shiigi Hiroshi、Sadanaga Yasuhiro
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 95 Issue: 4
  • DOI: 10.1063/5.0172219
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 過酸化ラジカル反応性測定が示すオゾン生成メカニズムの不確実性 (2024)
  • Author(s): 坂本陽介、黎珈汝、河野七瀬、佐藤圭、森野悠、梶井克純
  • Journal Title: 大気環境学会誌 Volume: 59
• [Journal Article] Investigation of HO2 uptake mechanisms onto multiple-component ambient aerosols collected in summer and winter time in Yokohama, Japan (2024)
  • Author(s): Zhou Jun、Fukusaki Yukiko、Murano Kentaro、Gautam Tania、Bai Yu、Inomata Yoshimi、Komatsu Hiroaki、Takeda Mayuko、Yuan Bin、Shao Min、Sakamoto Yosuke、Kajii Yoshizumi
  • Journal Title: Journal of Environmental Sciences Volume: 137 Pages: 18-29
  • DOI: 10.1016/j.jes.2023.02.030
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Determination of Uptake Coefficient of Isoprene-Derived Organic Peroxy Radical onto Ambient Particles Using Laser Spectroscopic Techniques (2023)
  • Author(s): 坂本 陽介、Li Jiaru、河野 七瀬、中山 智喜、佐藤 圭、梶井 克純
  • Journal Title: Journal of Japan Society for Atmospheric Environment / Taiki Kankyo Gakkaishi Volume: 58 Issue: 1 Pages: 1-9
  • DOI: 10.11298/taiki.58.1
  • ISSN: 1341-4178, 2185-4335
  • Year and Date: 2023-01-10
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Study of Verification of Suppression Effect on Tropospheric Ozone Formation by Aerosol Particles and Source Identification of Unidentified and Difficult to Measure OH-reactive Substances (2023)
  • Author(s): 坂本 陽介
  • Journal Title: Journal of Japan Society for Atmospheric Environment / Taiki Kankyo Gakkaishi Volume: 58 Issue: 1 Pages: 35-45
  • DOI: 10.11298/taiki.58.35
  • ISSN: 1341-4178, 2185-4335
  • Year and Date: 2023-01-06
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Investigation of HO₂uptake onto Cu(<scp>ii</scp>)- and Fe(<scp>ii</scp>)-doped aqueous inorganic aerosols and seawater aerosols using laser spectroscopic techniques (2023)
  • Author(s): Li Jiaru、Sakamoto Yosuke、Sato Kei、Morino Yu、Kajii Yoshizumi
  • Journal Title: Environmental Science: Atmospheres Volume: 3 Issue: 10 Pages: 1384-1395
  • DOI: 10.1039/d3ea00093a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of Hydrogen Mixture on Fuel Consumption and Exhaust Gas Emissions in a Truck with Direct-Injection Diesel Engine (2023)
  • Author(s): Wang Muxi、Matsugi Akira、Kondo Yoshinori、Sakamoto Yosuke、Kajii Yoshizumi
  • Journal Title: Energies Volume: 16 Issue: 11 Pages: 4466-4466
  • DOI: 10.3390/en16114466
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanism of Fenton Oxidation of Levoglucosan in Water (2023)
  • Author(s): Enami Shinichi、Morino Yu、Sato Kei
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry A Volume: 127 Issue: 13 Pages: 2975-2985
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.3c00512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of Uptake Coefficient of Peroxy Radical Loss by Aerosols Using HO_x Reactivity Measurement Technique (2022)
  • Author(s): 坂本 陽介
  • Journal Title: Earozoru Kenkyu Volume: 37 Issue: 1 Pages: 5-11
  • DOI: 10.11203/jar.37.5
  • ISSN: 0912-2834, 1881-543X
  • Year and Date: 2022-03-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Decomposition of multifunctionalized α-alkoxyalkyl-hydroperoxides derived from the reactions of Criegee intermediates with diols in liquid phases (2022)
  • Author(s): Endo Yasuyuki、Sakamoto Yosuke、Kajii Yoshizumi、Enami Shinichi
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 24 Issue: 19 Pages: 11562-11572
  • DOI: 10.1039/d2cp00915c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical Characterization and Health Risk Assessment of Particulate Matter from Household Activities in Bamako, Mali, Western Sub-Saharan Africa (2022)
  • Author(s): Sidibe Alimata、Sakamoto Yosuke、Murano Kentaro、Sato Keiichi、Yuba Akie、Futami Mari、Koita Ousmane A.、Traore Ibrahim、Kajii Yoshizumi
  • Journal Title: Atmosphere Volume: 13 Issue: 8 Pages: 1290-1290
  • DOI: 10.3390/atmos13081290
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impacts of missing OH reactivity and aerosol uptake of HO2 radicals on tropospheric O3 production during the AQUAS-Kyoto summer campaign in 2018 (2022)
  • Author(s): N. Kohno, J. Zhou, J. Li, M. Takemura, N. Ono, Y. Sadanaga, Y. Nakashima, K. Sato, S. Kato, Y. Sakamoto, Y. Kajii
  • Journal Title: Atmospheric Environment Volume: 281 Pages: 119130-119130
  • DOI: 10.1016/j.atmosenv.2022.119130
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Potential Factors Contributing to Ozone Production in AQUAS?Kyoto Campaign in Summer 2020: Natural Source-Related Missing OH Reactivity and Heterogeneous HO₂/RO₂ Loss (2022)
  • Author(s): Li Jiaru、Kohno Nanase、Sakamoto Yosuke、Pham Huy Gia、Murano Kentaro、Sato Kei、Nakayama Tomoki、Kajii Yoshizumi
  • Journal Title: Environmental Science &amp; Technology Volume: 56 Issue: 18 Pages: 12926-12936
  • DOI: 10.1021/acs.est.2c03628
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of OH-reactivity budget in the isoprene, α-pinene and m-xylene oxidation with OH under high NOx conditions (2022)
  • Author(s): Sakamoto Yosuke、Kohno Nanase、Ramasamy Sathiyamurthi、Sato Kei、Morino Yu、Kajii Yoshizumi
  • Journal Title: Atmospheric Environment Volume: 271 Pages: 118916-118916
  • DOI: 10.1016/j.atmosenv.2021.118916
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Strategy to control photochemical ozone formation, what could we do? (2024)
  • Author(s): Yoshizumi Kajii
  • Organizer: ENVIRONMENTAL SUSTAINABILITY THROUGH WASTE AND RECYCLING 2024
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Modeling studies of the effect of HO2 uptake by atmospheric aerosol on surface ozone. (2023)
  • Author(s): Morino, Y., Sato, K., Sakamoto, Y., Li, J., Chatani, S., Shimadera, H., Kajii, Y.
  • Organizer: The 22nd Annual CMAS Conference, Chapel Hill, NC, USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental determination of uptake coefficient of isoprene-derived peroxy radical onto deliquesced NaCl particles. (2023)
  • Author(s): Sakamoto, Y., Mikami, R., Kohno, N., Sato, K., Kajii, Y.
  • Organizer: Goldschmidt 2023 Conference, Lyon, France
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] HO2 uptake onto deliquesced inorganic aerosols and doping impacts of transition metal ions. (2023)
  • Author(s): Li, J., Sakamoto, Y., Sato, K., Kajii, Y.
  • Organizer: Goldschmidt 2023 Conference, Lyon, France
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of copper-doped aerosol upon the ozone formation during VOC/NOx photooxidation. (2023)
  • Author(s): Sato, K., Fardilah, R.D., Li, J., Morino, Y., Sakamoto, Y., Kajii, Y.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2023, Chiba, Japan
• [Presentation] Uptake coefficient of HO2 onto deliquesced inorganic aerosols with and without transition metal ions. (2023)
  • Author(s): Li, J., Sakamoto, Y., Sato, K., Murano, K., Kajii, Y.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2023, Chiba, Japan
• [Presentation] The effect of dissolved ions on uptake coefficient of propene-derived RO2 onto NaCl particles. (2023)
  • Author(s): Mikami, R., Sakamoto, Y., Sato, K., Li, J., Kajii, Y.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2023, Chiba, Japan
• [Presentation] チャンバー実験によるOx生成機構の解明について. 令和４年度 関東地方大気環境対策推進連絡会 (2023)
  • Author(s): 佐藤圭
  • Organizer: 微小粒子状物質・光化学オキシダント調査会議 講演会, オンライン
  • Invited
• [Presentation] チャンバーを用いたBVOC等から生成する二次粒子の生成過程に関する研究 (2022)
  • Author(s): 佐藤圭
  • Organizer: 大気環境学会近畿支部講演会, オンライン/大阪
  • Invited
• [Presentation] 数値モデルによるオゾン生成速度・生成レジームの再現性検証. 第63回大気環境学会年会 特別集会, 大阪 (2022)
  • Author(s): 森野悠、佐藤圭、定永靖宗、坂本陽介、梶井克純
  • Organizer: 第63回大気環境学会年会 特別集会, 大阪
  • Invited
• [Presentation] 都市域における有機硝酸の観測および有機硝酸生成がオゾン生成に与える影響 (2022)
  • Author(s): 定永靖宗、河野七瀬、黎珈汝、坂本陽介、中嶋吉弘、加藤俊吾、佐藤圭、中山智喜、梶井克純
  • Organizer: 第63回大気環境学会年会 特別集会, 大阪
  • Invited
• [Presentation] 大気エアロゾルサンプルにおけるイオンモビリティースペクトロメトリーの応用と可能性 (2022)
  • Author(s): 飯沼賢輝、猪俣敏、佐藤圭
  • Organizer: 第63回大気環境学会年会 特別集会, 大阪
  • Invited
• [Presentation] エアロゾルへの有機過酸化ラジカル取込による対流圏オゾン生成抑制効果のHOx反応性測定に基づく定量的評価 (2022)
  • Author(s): 坂本陽介、Li, J.、河野七瀬、中山智喜、佐藤圭、梶井克純
  • Organizer: 第63回大気環境学会年会 特別集会, 大阪
  • Invited
• [Presentation] 模擬大気を用いたスモッグチャンバー実験でのNOxおよびVOCに対するオゾン生成感度 (2022)
  • Author(s): 佐藤圭、宮武宏輔、森野悠、坂本陽介、今村隆史、梶井克純
  • Organizer: 第63回大気環境学会年会, 大阪
• [Presentation] 2020 年夏季京都市内におけるオゾン生成レジームの実測による評価 (2022)
  • Author(s): 村岡達也、定永靖宗、野尻亮太、大原和、河野七瀬、黎珈汝、坂本陽介、中嶋吉弘、佐藤圭、加藤俊吾、中山智喜、松岡雅也、椎木弘、梶井克純
  • Organizer: 第63回大気環境学会年会, 大阪
• [Presentation] オゾン生成に対する自然エミッションとエアロゾルによるHO2/RO2取り込みの影響----2020年京都における夏季観測を例として (2022)
  • Author(s): Li, J., Kohno, N., Sakamoto, Y., Murano, K., Sato, K., Nakayama, T., Kajii, Y.
  • Organizer: 第63回大気環境学会年会, 大阪
• [Presentation] OH/HO2 uptake coefficient onto various polydisperse aerosols detected by combining laser-pump and laser-induced fluorescence. (2022)
  • Author(s): Li, J., Sakamoto, Y., Sato, K., Kajii, Y.
  • Organizer: iCACGP-IGAC Joint Conference 2022, Manchester, UK
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Uptake coefficients of OH and HO2 radicals onto polydisperse aerosols determined by combining laser-pump and laser-induced fluorescence. (2022)
  • Author(s): Li, J., Sakamoto, Y., Sato, K., Murano, K., Kajii, Y.
  • Organizer: 第27回大気化学討論会, 茨城
• [Presentation] チャンバーを用いたO3生成感度計測とレジーム判定装置の検証 (2022)
  • Author(s): 佐藤圭, 森野悠, 定永靖宗, 宮武宏輔, 坂本陽介, 今村隆史, 梶井克純
  • Organizer: 第27回大気化学討論会, 茨城
• [Presentation] 湿潤条件における無機エアロゾルへのイソプレン由来過酸化ラジカルの取り込み係数決定因子の考察 (2022)
  • Author(s): 坂本陽介, Li, J., 河野七瀬, 佐藤圭, 梶井克純
  • Organizer: 第27回大気化学討論会, 茨城
• [Presentation] Observe unknown OH-reactants and HO2/RO2 uptake by ambient aerosols in a field study as ozone production potential factors. (2022)
  • Author(s): Li, J., Kohno, N., Sakamoto, Y., Pham, H.G., Murano, K., Sato, K., Nakayama, T., Kajii, Y.
  • Organizer: nstitute of Nature and Environmental Technology International Symposium
  • Int'l Joint Research