2021 Fiscal Year Annual Research Report
光ピンセットを駆使したエアロゾルのエイジングと雲凝結核活性の解明
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21H01964
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
石坂 昌司 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (80311520)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 界面・微粒子分析 / レーザー分光 / 光ピンセット / エアロゾル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エアロゾルは、大気中を輸送される間に様々な物理・化学変化を生じるため、化学組成や形態は極めて複雑である。そのため、従来の多種多様なエアロゾルの集合系を対象とした計測では、エアロゾルが雲の発生に与える影響を正確に評価することが難しい。したがって、エアロゾルと雲の相互作用は、気候変動予測における最大の不確定要素と見なされている。大気中に放出されたエアロゾルは、オゾンやヒドロキシルラジカルとの不均一酸化反応や、紫外線による光化学反応のため、その化学組成が変化する。このエアロゾルの変質は「エイジング」と呼ばれる。エアロゾルの物理的・化学的な性質は常に変化しているため、微粒子集合系の平均値解析では、エアロゾルの気候変動への影響を見積もる際に、大きな不確かさが生じてしまう。本研究では、単一エアロゾル粒子を空気中の一点に非接触で浮遊させ、エアロゾル粒子ごとに“化学組成”と“吸湿性”を同時に計測する。光学顕微鏡下でエアロゾルの「エイジング」と「雲粒の発生」を再現し、大気中で起こるエアロゾルの複雑な化学反応過程を理解することを目的とする。
研究初年度であったR3（2021）年度は、倒立型光学顕微鏡および光ピンセット用の光源であるCWレーザーを設備として導入し、新たにレーザー捕捉実験装置を構築した。また、固体のエアロゾル微粒子を気相中においてレーザー捕捉するための顕微鏡用の反応容器の開発に着手した。また、反応容器内の相対湿度を可逆に制御して、エアロゾル粒子の潮解・風解挙動を計測する予備実験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍と世界的な半導体の供給不足により、光ピンセット用の光源であるCWレーザーの納入が大幅に遅れたため（2022年3月納入）。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度も引き続き、光ピンセット実験装置の改良に取り組む。相対湿度を制御し、エアロゾル微粒子の相転移の計測を行い実験装置の動作確認を実施する。また、大気中で進行するエアロゾルのオゾン酸化反応や光化学反応を誘起するためのチャンバーを作成する。この光ピンセット実験装置を用いて、エアロゾルのエイジングと吸湿性（潮解と風解が起こる相対湿度）の関係を明らかにする実験を行う。エアロゾルの中でも特に気候への影響が大きい“黒色炭素微粒子”と“海塩粒子”に関する研究を実施する。オゾンによる黒色炭素粒子の不均一酸化反応を誘起し、黒色炭素粒子（疎水性）の不均一酸化反応がどこまで進行すれば、雲凝結核として振舞うのかを実験データとして示す。具体的には、グラファイト骨格由来のラマンピーク強度に対するC=O伸縮振動のピーク強度比を酸化反応の進行度の指標として用いる。相対湿度を制御し、黒色炭素粒子一粒を気相中に浮遊させたまま吸湿性（水で濡れる相対湿度）を計測する。また、海塩粒子（塩化ナトリウムと硝酸ナトリウムの混合物）の光化学反応を誘起し、化学組成の変化と吸湿性の関係を明らかにする。また、光ピンセット実験装置を用いて、マイクロ飛沫の蒸発過程を再現し、ウイルスの感染能力を判断するうえで大変重要な、唾液中に含まれる“脂質分子”や“タンパク質”の混合物の吸湿性の評価も検討する。
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