Study on particle formation mechanisms of biogenic polyamines in a subtropical zone of Japan

Research Project

Project/Area Number	22K21330
Research Category	Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	1101:Environmental analyses and evaluation, environmental conservation measure and related fields
Research Institution	University of the Ryukyus
Principal Investigator	佐伯健太郎琉球大学, 理学部, 助教 (70962801)
Project Period (FY)	2022-08-31 – 2024-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	植物由来VOC / 亜熱帯域大気粒子形成 / ポリアミン / 誘導体化分析 / タンデム型質量分析計
Outline of Research at the Start	大気中の植物由来揮発性有機化合物の存在は，非都市域におけるエアロゾル形成への寄与の大きさから重要視されており，その中でもアミン類の役割が注目されている。中でもポリアミンが起源となる粒子形成は，近年日本でも頻度が増加している集中豪雨の発生の一端を担っている可能性がある。しかし，豪雨を発生させる雲の核となる粒子がどのように生成し，粒子内でポリアミン類がどう変性しているのかは未知の部分が多い。本研究は亜熱帯地域に属する沖縄県北部の山原（やんばる）の原生林に分布する植物由来のポリアミン類を計測する手法を確立し，ポリアミン類が関わるエアロゾル粒子の形成メカニズムや粒子内での化学反応を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	本年度は亜熱帯林由来の大気中ポリアミン類の濃度とその粒子形成を把握するために沖縄県やんばるの観測タワーにて捕集測定を行った。ポリアミン類の捕集には昨年度作成した全天候型の捕集装置を用い，粒子数の計測には走査型移動度粒径測定装置を用いた。大気中からは昨年度の試験結果と同様に1,3-ジアミノプロパン，プトレシン，カダベリンの３種類の代表的なジアミン類が観測され，ブナ科の花が開花する月の気温・日射量が高い日に高濃度となった。その濃度は以前報告したものと比較して3-5倍であり亜熱帯の植生や気象を反映した結果を得ることができたと考えられる。また，日中から夕方にかけジアミン濃度が高くなるとともに，20 nm未満の粒子が発生し，次いで50 nm付近の粒子に推移する典型的な新粒子発生イベントが確認された。一方で，ジアミンよりも粒子形成能が高いとされる二次生成物のアミノアミドは観測されなかったため，亜熱帯におけるジアミンのふるまいは他の地域と異なる可能性が考えられる。さらに，昨年度の試験では検出されたスペルミンが本年度は検出されなった。環境に起因するのか，植物の成長周期によるものなのかはいまだ不明であり，検討を続ける必要がある。全期間を通じての問いであった亜熱帯林由来の大気中ポリアミン類量および粒子形成への役割について，その一端を明らかにすることができた。一方でアミン類の自動分析装置の確立は大気濃度レベルのポリアミン類分析が可能な水準まで最適化できず，期間内に達成することはできなかった。最適な誘導体化分析用の試薬は選出できたため，今後，試料導入量や分離カラムや温度の最適化や分析機器の選定を行うことで目的の達成を目指す。