Quantification of OH radical formation in solar UV photolysis of nonanoic acid

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18019
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: University of Tsukuba (2023); The University of Tokyo (2022)
• Principal Investigator: Numadate Naoki 筑波大学, 数理物質系, 助教 (20850100)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 大気化学 / 液体ノナン酸 / 界面 / 光分解 / レーザー誘起蛍光 / 吸収断面積 / 不純物

Outline of Final Research Achievements

We developed a new laser apparatus for UV laser photolysis of liquid organic surface and succeeded in direct observation and quantitative measurement of gaseous OH radical formation in the 213 nm photolysis of neat nonanoic acid (NA) using laser-induced fluorescence. Using vibrational sum-frequency generation spectroscopy, we revealed the cyclic dimer structure of the NA molecules at the liquid surface which can inhibit the OH radical formation. We also developed a device for recrystallization at low temperatures and under anaerobic conditions and measured UV absorption cross section of the extremely purified NA. The obtained cross sections at the wavelengths longer than 260 nm are much smaller than that before purification by recrystallization. This result indicates that the previously reported absorption data of wavelengths longer than 260 nm by liquid NA originates from trace impurities such as ketones and keto acids intrinsically contained in NA reagent.

Free Research Field

大気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題によって、液体有機物界面の光化学反応性の絶対値を定量する実験手法が開発された。これにより現在の大気モデルにおいて最大の不確定性とされている気液界面の光化学反応研究に一定の道筋がつけられた。加えて、近年の大気化学分野において注目されているノナン酸の光分解反応によるOHラジカル生成過程が従来の定説とは異なりほぼ無視できることが明らかにされ、液体試薬を扱った光化学研究における微量不純物の影響力を強く認識させることとなった。これらの研究成果は大気化学分野の室内実験研究において極めて重要な技術と知見であり、今後の気候変動予測の精度向上に貢献することが期待される。