2014 Fiscal Year Research-status Report
地球温暖化精密予測に向けた高分解能X線顕微鏡によるエアロゾル中の吸湿性化学種同定
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25550013
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 嘉夫 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10304396)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仁谷 浩明 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (20554603)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | エアロゾル / STXM / スペシエーション / 地球冷却効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エアロゾル中の個別粒子中のカルシウムや硫黄の化学種を明らかにするために、走査型透過X線顕微鏡（STXM）の開発を進め、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所Photon FactoryのBL-13Aでの運用を行っている。その結果、日本では唯一炭素の官能基マッピングなどが可能な装置を実現すると共に、カルシウムのL吸収端などを利用したエアロゾルの個別粒子中の元素の化学種解明を行った。特に鉱物エアロゾル中の炭酸カルシウムが起源と思われる粒子のカルシウムや炭素の局所的な化学種をXANES法より調べ、炭酸カルシウムに加えてシュウ酸カルシウムの存在を確認した。シュウ酸が遊離のシュウ酸として存在する場合には、その吸湿性により雲を形成し、間接的に地球を冷却すると考えられている。しかし、カルシウムと錯体を作った場合には吸湿性がなくなるため、この結果はシュウ酸エアロゾルの冷却効果がこれまで考えられていたよりも小さくなることを示唆する。
さらに同様の機能を持つ2～5 keVの領域のマイクロXRF-XAFS法をエアロゾル粒子に適用した。特に硫酸エアロゾルのカウンターイオンをXANES法により決定することに成功し、東広島で2012年～2013年にかけて１年間採取されたエアロゾル中の硫酸エアロゾルの化学種の季節変化を得た。その結果、硫酸イオンに対するアンモニウムイオンの比が2以上である場合でも、硫酸エアロゾルの全てが(NH4)2SO4となっている訳ではないことが分かり、それ以外の化学種として石膏（CaSO4・2H2O）が重要であることが分かった。この石膏の割合は、エアロゾル中のカルシウム濃度、つまりは黄砂の供給量に依存することが分かり、黄砂が多い場合に硫酸エアロゾルは吸湿性の低い石膏となるため、間接的冷却効果が低下することが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り走査型透過X線顕微鏡（STXM）の導入および立上げが進み、応用段階まで持ってくることができ、実際のエアロゾルにも適用しているため、順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後STXMは、主に炭素K吸収端への応用を進めている１号機の利用をさらに展開すると共に、より高エネルギー領域に利用範囲を広げるため、カルシウムK吸収端や硫黄K吸収端を調べられるビームラインへの設置に向けた２号機の製作を進める。これは当初の計画通りで、装置の製作も進んでいるが、STXM装置を設置する予定のPhoton Factory BL15Aの新ビームラインの立ち上げが必ずしも順調ではないため、充分な応用研究まで進まない可能性もある。その場合には、分子科学研究所にある同様の装置の利用も考える。なお１号機が対応している炭素K吸収端の分析は、分子科学研究所のSTXMで行うことはできないため、特にPhoton Factoryにおいては、STXM１号機の方がオリジナリティが高い研究が展開できる。
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| Causes of Carryover |
平成27年度にSTXMに必要なゾーンプレート（70万円）を購入する必要が予想されるため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
消耗品：ゾーンプレート（70万円）
消耗品：エアロゾルフィルター（20万円）
旅費：国内旅費（20万円）
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[Journal Article] Nanoscale Identification of Extracellular Organic Substances at the Microbe Mineral Interface by Scanning Transmission X-ray Microscopy2015
Author(s)
Mitsunobu, S ; Zhu, M; Takeichi, Y; Ohigashi, T; Suga, H; Makita, H; Sakata, M; Ono, K; Mase, K; Takahashi, Y
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Journal Title
CHEMISTRY LETTERS
Volume: 44
Pages: 91-93
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Characterization of Particulate Matters in the Pripyat River in Chernobyl Related to Their Adsorption of Radiocesium with Inhibition Effect by Natural Organic Matter2014
Author(s)
Suga, H; Fan, QH; Takeichi, Y; Tanaka, K; Kondo, H; Kanivets, VV; Sakaguchi, A; Kato, K; Inami, N; Mase, K; Ono, K; Takahashi, Y
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Journal Title
CHEMISTRY LETTERS
Volume: 43
Pages: 1128-1130
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Molecular mixing in donor and acceptor domains as investigated by scanning transmission X-ray microscopy2014
Author(s)
Moritomo, Y; Sakurai, T; Yasuda, T; Takeichi, Y; Yonezawa, K ; Kamioka, H ; Suga, H; Takahashi, Y; Yoshida, Y; Inami, N; Mase, K; Ono, K
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Journal Title
APPLIED PHYSICS EXPRESS
Volume: 7
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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