大気境界層における超微粒子生成機構:弱電離気体中の核生成

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12480151
• Research Institution: Kochi National College of Technology
• Principal Investigator: 長門 研吉 高知工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (80237536)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 足立 元明 大阪府立大学, 先端科学研究所, 教授 (40100177)
• Keywords: 超微粒子 / イオン核生成

Research Abstract

ドリフトチューブ型イオン移動度/質量分析装置とクラスターDMA粒径測定装置を用いて、SO_2/H_2O/Air混合ガスを放射線で電離して発生する負イオンの化学組成分析と生成微粒子の粒径分布測定を行った。SO_2濃度4.5ppm、H_2O濃度5141ppmの場合の粒径分布測定では1.2nmを中心とするイオンのピークが観測されると同時に、5nmを中心として2.5-10nmの領域にイオン核生成で生成した負帯電微粒子が観測された。負イオンの質量スペクトルにはSO_2-、SO_4^-(H_2O)_n、HSO_4^-(H_2O)_nおよびが主要なイオンとして観測された。このことから、負帯電微粒子はSO_2による負イオンを核として生成したものであることが確認された。またSO_2/H_2O/Air混合ガスNH_3を加えると、2.5-10nmの領域の微粒子が増加することが観測された。NH_3の添加はH_2SO_4/H_2Oの均質核生成に対して影響を与えることが知られているが、イオン核生成においても微粒子の生成に寄与することが確認できた。
電離法としてこれまで用いてきた放射線だけでなくコロナ放電の検討も進めた。コロナ放電による空気の電離では負イオンとしてNO_3^-およびNO_3^-HNO_3が主要なイオンとして検出され、多量の硝酸が生成していることが示唆された。また水蒸気量が多い空気では質量数124amuのイオンも強く現れ、これはNO_3^-NO_3ではないかと推定された。最終的に、本研究で構築したドリフトチューブ型イオン移動度/質量分析装置とクラスターDMA粒径測定装置を組み合わせた実験システムが、イオンの質量スペクトル測定およびイオンと生成直後のナノサイズ粒子の同時粒径測定などイオン核生成の物理・化学的解析に極めて有効な手段であることを示すことができた。