Development of a high-sensitive fast-response instrument for measuring atmospheric NO_3/N_2O_5 using a technique of cavity ring-down spectroscopy

• Project/Area Number: 19710010
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Environmental dynamic analysis
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: TAKAHASHI Kenshi Kyoto University, 次世代開拓研究ユニット, 特定助教 (10303596)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,760,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2008: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2007: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: キャビティーリングダウン分光法 / 超高感度分析 / 迅速分析 / レーザー / 窒素酸化物 / 大気化学 / 超高感度計測 / NO3ラジカル / キャビティーリングダウン / NO_3ラジカル

Research Abstract

本研究では、夜間大気における重要な微量成分であるN_2O_5とNO_3を直接検出できる新奇な超高感度計測法の確立とプロトタイプ装置の開発を目指した。計測にはレーザーキャビティーリングダウン(CRDS)法を用いた。パルス発振の色素レーザーを用いて、100秒積算で2.2pptvの検出下限を達成することに成功した。これにより、CRDS法のN_2O_5/NO_3の大気計測への応用が有用であることが確認された。次に、半導体レーザーを使った実験でもS/N比の高い信号が得られるようになり、安価に入手できる光源を用いた次世代超高感度センサーの開発に道が拓かれた。

Research Products

• [Journal Article] In-situ measurements of ambient N_2O_5, NO_2, O_3, and NO in a suburban area, Toyokawa, Japan (2008)
  • Author(s): Tomoki Nakayama, Tomoyuki Ide, F. Taketani, M. Kawai, K. Takahashi, and Y. Matsumi
  • Journal Title: Atmos. Environ. 42 Pages: 1995-2006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulsed laser photolysis vacuum UV laser-induced fluorescence kinetic study of the reactions of Cl(^2P_<3/2>) atoms with ethyl formate, n-propyl formate, and n-butyl formate (2008)
  • Author(s): T. Ide, E. Iwasaki, Y. Matsumi, J. -H. Xing, K. Takahashi, and T. J. Wallington
  • Journal Title: Chem. Phys. Lett. 467 Pages: 70-73
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vacuum UV laser-induced fluorescence study of the collisional removal of Br(^2P_<1/2>) atoms by small molecules (2008)
  • Author(s): K. Takahashi, E. Iwasaki, and Y. Matsumi
  • Journal Title: Chem. Phys. Lett. 463 Pages: 50-53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetics and Mechanism of the Reaction of Chlorine Atoms with n-Pentanal (2008)
  • Author(s): E. Iwasaki, T. Nakayama, Y. Matsumi, K. Takahashi, T. J. Wallington*, M. D. Hurley and E. W. Kaiser
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A112(8) Pages: 1741-1746
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atmospheric Chemistry of Cyclohexanone : UV Spectrum and Kinetics of Reaction with Chlorine Atoms (2008)
  • Author(s): E. Iwasaki, Y. Matsumi, K. Takahashi, T. J. Wallington, M. D. Hurley, J. J. Orlando, E. W. Kaiser, and J. G. Calvert
  • Journal Title: Int. J. Chem. Kinet. 40(5) Pages: 223-229
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Approach to Thermal Equilibrium in Atomic Collisions (2008)
  • Author(s): P. Zhang, V. Kharchenko, A. Dalgarno, Y. Matsumi, T. Nakayama, and K. Takahashi
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. 100(10)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single Particle Analysis of Secondary Organic Aerosols Formed from 1,4-Cyclohexadiene Ozonolysis Using a Laser-Ionization Single-Particle Aerosol Mass Spectrometer (2008)
  • Author(s): M. Narukawa, Y. Matsumi, J. Matsumoto, K. Takahashi, A. Yabushita, K. Sato, and T. Imamura
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Japan. 81(1) Pages: 120-126
  • NAID: 10020139625
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal decomposition rate of N205 molecules measured by cavity-ring down spectroscopy (2008)
  • Author(s): T. Nakayama, T. Ide, K. Takahashi, and Y. Matsumi
  • Journal Title: Int. J. Chem. Kinet. 40 Pages: 679-684
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetics and Mechanism of the Reaction of Chlorine Atoms with n-Pentanal (2008)
  • Author(s): Iwasaki, et.al.(他6名、4番目)
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A112 Pages: 1741-1746
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atmospheric Chemistry of Cyclohexanone : UV Spectrum and Kinetics of Reaction with Chlorine Atoms (2008)
  • Author(s): Iwasaki, et.al.(他7名、3番目)
  • Journal Title: Int. J. Chem. Kinet. 40 Pages: 223-229
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Approach to Thermal Equilibrium in Atomic Collisions (2008)
  • Author(s): Zhang, et.al.(他4名、5番目)
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. 100
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal decomposition rate of N_2O_5 molecules measured by cavity-ring down spectroscopy (2008)
  • Author(s): Ide, et.al.(他3名、3番目)
  • Journal Title: Int. J. Chem. Kinet. 40 Pages: 679-684
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vacuum UV laser-induced fluorescence study of the collisional removal of Br(^2P_<1/2>) atoms by small molecules (2008)
  • Author(s): Takahashi, et.al.(他2名、1番目)
  • Journal Title: Chem. Phys. Lett. 463 Pages: 50-53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulsed laser photolysis vacuum UV laser-induced fluorescence kinetic study of the reactions of C1(^2P_<3/2>) atoms with ethyl formate, n-propyl formate, and n-butyl formate (2008)
  • Author(s): Ide, et.al.(他5名、5番目)
  • Journal Title: Chem. Phys. Lett. 467 Pages: 70-73
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetics and Mechanism of the Reaction of Chlorine Atoms with Isoprene (2-methyl 1,3-butadiena, CH_2=C(CH_3)CH=CH_2) at 297±2K (2008)
  • Author(s): Xing, et.al.(他3名、2番目)
  • Journal Title: Chem. Phys. Lett. 100
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single Particle Analysis of Secondary Organic Aerosols Formed from 1, 4-Cyclohexadiene Ozonolysis Using a Laser-Ionization Single-Particle Aerosol Mass Spectrometer (2008)
  • Author(s): Narukawa, et. al.(他6名、4番目)
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Japan 81 Pages: 120-126
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ measurements of ambient N_2O_5, NO_2, O_3, and NO in a suburban area, Toyokawa, Japan (2008)
  • Author(s): Nakayama, et. al.(他5名、5番目)
  • Journal Title: Atmos. Environ. 42 Pages: 1995-2006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulsed laser photolysis vacuum UV laser-induced fluorescence kinetic study of the gas-phase reactions of Cl(^2P_<3/2>) atoms with C_3-C_6 ketones (2007)
  • Author(s): K. Takahashi, E. Iwasaki, Y. Matsumi, and T. J. Wallington
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A111 Pages: 1271-1276
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atmospheric Chemistry of CF_3CH=CH_2 and C_4F_9CH=CH_2 : Products of the Gas-Phase Reactions with Cl Atoms and OH Radicals (2007)
  • Author(s): T. Nakayama, K. Takahashi, Y. Matsumi, A. Toft, M. P. Sulbaek Andersen, O. J. Nielsen, R. L. Waterland, R. C. Buck, M. D. Hurley, and T. J. Wallington
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A111 Pages: 909-915
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trace detection of atmospheric NO_2 by laser-induced fluorescence using a GaN diode laser and a diode-pumped YAG laser (2007)
  • Author(s): F. Taketani, M. Kawai, K. Takahashi, and Y. Matsumi
  • Journal Title: Appl. Opt. 46 Pages: 907-915
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vacuum ultraviolet laser-induced fluorescence kinetic study of the reactions of Cl atoms with fluoroalkenes (C_XF_<2x+1>CH=CH_2, x=1,2,4,6, and 8) at low pressures (2007)
  • Author(s): K. Takahashi, E. Iwasaki, T. Nakayama, Y. Matsumi and Timothy J. Wallington
  • Journal Title: Int. J. Chem. Kinet. 39 Pages: 328-332
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanism of the Gas Phase Reaction of Chlorine Atoms with Butanone (2007)
  • Author(s): E. Iwasaki, F. Taketani, K. Takahashi, Y. Matsumi, T. J. Wallington, and M. D. Hurley
  • Journal Title: Chem. Phys. Lett. 439 Pages: 274-279
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-time analysis of secondary organic aerosol particles formed from cyclohexene ozonolysis using a laser-ionization single-particle aerosol mass spectrometer (2007)
  • Author(s): M. Narukawa, Y. Matsumi, J. Matsumoto, K. Takahashi, A. Yabushita, K. Sato, and T. Imamura
  • Journal Title: Anal. Sci. 23 Pages: 507-512
  • NAID: 130004441437
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurements of Ammonium- and Sodium-Salt Aerosol Particles Using a Laser-Ionization Single-Particle Aerosol Mass Spectrometer (2007)
  • Author(s): M. Narukawa, Y. Matsumi, K. Takahashi, and A. Yabushita
  • Journal Title: Chem. Lett. 36(7) Pages: 904-905
  • NAID: 10019745570
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trace detection of atmospheric NO2 by laser-induced fluorescence using a GaN diode laser and a diode-pumped YAG laser (2007)
  • Author(s): Taketani, et. al.(他3名、3番目)
  • Journal Title: Applied Optics 46 Pages: 907-915
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vacuum ultraviolet laser-induced fluorescence kinetic study of the reactions of C1 atoms with fluoroalkenes at low pressures (2007)
  • Author(s): Takahashi, et. al.(他4名、1番目)
  • Journal Title: International Journal of Chemicak Kinetics 39 Pages: 328-332
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanism of the Gas Phase Reaction of Chlorine Atoms with Butanone (2007)
  • Author(s): Iwasaki, et. al.(他5名、3番目)
  • Journal Title: Chemical Physics Letters 439 Pages: 274-279
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-time analysis of secondary organic aerosol particles formed from cyclohexene ozonolysis using a laser-ionization single-particle aerosol mass spectrometer (2007)
  • Author(s): Narukawa, et. al.(他6名、4番目)
  • Journal Title: Analytical Sciences 23 Pages: 507-512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurements of Ammonium-and Sodium-Salt Aerosol Particles Using a Laser-Ionization Single-Particle Aerosol Mass Spectrometer (2007)
  • Author(s): Narukawa, et. al.(他3名、3番目)
  • Journal Title: Chemistry Letters 36 Pages: 904-905
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulsed laser photolysis vacuum UV laser-induced fluorescence kinetic study of the gas-phase reactions of C1(2P_<3/2>)atoms with C_3-C_6 ketones (2007)
  • Author(s): Takahashi, et. al.(他4名、1番目)
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A111 Pages: 1271-1276
  • Peer Reviewed
• [Presentation] キャビティー増幅レーザー吸収分光法を用いたヒノキ林内のメタンの無人連続 (2009)
  • Author(s): 高橋, ほか(他4名、1番目)
  • Organizer: 日本農業気象学会2009年全国大会
  • Place of Presentation: 福島県農業総合センター
• [Presentation] DOAS法と MAX-DOAS法を用いた大気汚染成分の同時計測 (2008)
  • Author(s): 原田一平,片岡大祐,松本拓,増田健二,久世宏明,由井四海,一ノ瀬俊明,戸野倉賢一、高橋けんし
  • Organizer: SICE(計測自動制御学会)リモートセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 気象庁気象研究所
• [Presentation] 2ミクロン帯レーザーを用いたCO_2その場計測法の開発 (2008)
  • Author(s): 朝川貴司、戸野倉賢一、高橋けんし、山農大輔、坂本陽介、川崎昌博
  • Organizer: 第14回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 海洋研究開発機構横浜研究所
• [Presentation] 2007年夏季東京大気観測:パルス差分吸収分光法によるNO_2計測 (2008)
  • Author(s): 神戸康聡、戸野倉賢一、宮尾優香、中山智喜、松見豊、高橋けんし、川崎昌博
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2008年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] Laser-induced fluorescence study of the Cl-atom initiated oxidation of biogenic carbonyl compounds (2008)
  • Author(s): K. Takahashi, E. Iwasaki, T. Nakayama, Y. Matsumi, and T. J. Wallington
  • Organizer: ACS National Meeting
  • Place of Presentation: The Ernest N. Morial Convention Center, New Orleans, USA.
• [Presentation] Laser-induced fluorescence study of the Cl-atom initiated oxidation of biogenic carbonyl compounds (2008)
  • Author(s): Takahashi, et.al.(他4名、1番目)
  • Organizer: ACS National Meeting
  • Place of Presentation: The Ernest N. Morial Convention Center
• [Presentation] 低分子量アルケン類の大気酸化過程 (2008)
  • Author(s): 岩崎, ほか(他4名、4番目)
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2008年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ
• [Presentation] 植物から放出される不飽和アルコール類の対流圏反応 (2008)
  • Author(s): 高橋, ほか(他3名、1番目)
  • Organizer: 第14回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 海洋研究開発機構横浜研究所
• [Presentation] 2ミクロン帯レーザーを用いたCO2その場計測法の開発 (2008)
  • Author(s): 朝川, ほか(他5名、3番目)
  • Organizer: 第14回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 海洋研究開発機構横浜研究所
• [Presentation] シクロヘキサノンの大気中からの消失過程 (2007)
  • Author(s): 岩崎, ら, 他2名、2番目
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2007年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ 国際会議場
  • Year and Date: 2007-04-27
• [Presentation] 真空紫外レーザー誘起蛍光法を用いたC1原子とエステルとの反応速度定数の測定 (2007)
  • Author(s): 井出, ら, 他3名、3番目
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2007年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ 国際会議場
  • Year and Date: 2007-04-27
• [Presentation] キャビティーリングダウン法を用いた大気NO_3およびN_2O_5の計測装置の開発 (2007)
  • Author(s): 松見, ら, 他4名、5番目
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2007年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2007-04-27
• [Presentation] 2007年夏季東京観測:Moコンバータ化学発光法NO_2計測の問題点 -レーザー誘起蛍光法との比較- (2007)
  • Author(s): 宮尾優香、井出智幸、中山智喜、松見豊、高橋けんし、戸野倉賢一
  • Organizer: 第13回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学野依記念学術交流館
• [Presentation] Laboratory studies of the atmospheric photodissociation processes affected by intensity variations of solar ultraviolet radiation during solar cycles (2007)
  • Author(s): K. Takahashi, Y. Matsumi, and T. Nakayama
  • Organizer: Int'l symposium on CAWSES
  • Place of Presentation: Tokeidai Memorial Hall, Kyoto University, Kyoto, Japan
• [Presentation] A laboratory study on the atmospheric fate of fluorotelomer olefins relevant to perfluorinated acids (2007)
  • Author(s): K. Takahashi, E. Iwasaki, T. Nakayama, Y. Matsumi, and T. J. Wallington
  • Organizer: The 27th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • Place of Presentation: Hotek Okura Tokyo, Japan
• [Presentation] 沖縄辺戸岬におけるレーザーイオン化個別粒子質量分析計を用いた大気エアロゾル観測 (2007)
  • Author(s): 松見 豊、成川正広、高橋けんし、松本淳、薮下彰啓、高見昭憲、畠山史郎
  • Organizer: 第24回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • Place of Presentation: 埼玉県国立保健医療科学院
• [Presentation] 真空紫外レーザー誘起蛍光法を用いたCl(^2P_<3/2>)原子とギ酸エステルとの反応速度定数の計測 (2007)
  • Author(s): 井出智幸、岩崎絵利果、高橋けんし、松見 豊
  • Organizer: 第23回化学反応討論会
  • Place of Presentation: 神戸大学百年記念館六甲ホール
• [Presentation] A LABORATORY STUDY ON THE ATMOSPHERIC FATE OF FLUOROTELOMER OLEFINS RELEVANT TO PERFLUORINATED ACIDS (2007)
  • Author(s): K. Takahashi, 他4名、1番目
  • Organizer: The 27th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • Place of Presentation: ホテルオークラ東京
• [Presentation] Laboratory studies of the atmospheric photodissociation processes affected by intensity variations of solar ultraviolet radiation during solar cycles (2007)
  • Author(s): K. Takahashi, 他2名、1番目
  • Organizer: International symposium on CAWSES
  • Place of Presentation: 京都大学 時計台記念館
• [Presentation] 2006年春季の沖縄辺戸岬における大気エアロゾルの単一微粒子質量分析計による測定-PbおよびFe成分に注目して- (2007)
  • Author(s): 熊澤, ら, 他5名、4番目
  • Organizer: 第13回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学 野依記念学術交流会館
• [Presentation] 単一微粒子質量分析法を用いたディーゼル排出微粒子中の多環芳香族炭化水素のリアルタイム計測 (2007)
  • Author(s): 薮下, ら, 他4名、4番目
  • Organizer: 第13回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学 野依記念学術交流会館
• [Presentation] 2007年夏季東京観測:エアロゾル光学特性と気相成分濃度の測定-新しい計測法のチャレンジー (2007)
  • Author(s): 中山, ら, 他17名、12番目
  • Organizer: 第13回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学 野依記念学術交流会館
• [Presentation] 2007年夏季東京観測:Moコンバータ化学発光法N02計測の問題点 -レーザー誘起蛍光法との比較- (2007)
  • Author(s): 宮尾, ら, 他5名、4番目
  • Organizer: 第13回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学 野依記念学術交流会館
• [Presentation] ペンタナール(C_4H_9CHO)の大気化学反応過程 (2007)
  • Author(s): 千葉, ら, 他5名、4番目
  • Organizer: 第13回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学 野依記念学術交流会館
• [Presentation] メチルエチルケトンと塩素原子の気相反応過程 (2007)
  • Author(s): 岩崎, ら, 他4名、2番目
  • Organizer: 第23回化学反応討論会
  • Place of Presentation: 神戸大学六甲ホール
• [Presentation] 真空紫外レーザー誘起蛍光法を用いたC1(2P_3/2)原子とギ酸エステルとの反応速度定数の計測 (2007)
  • Author(s): 井出, ら, 他3名、3番目
  • Organizer: 第23回化学反応討論会
  • Place of Presentation: 神戸大学六甲ホール
• [Presentation] 単一微粒子質量分析法を用いたディーゼル排出微粒子の化学成分計測 (2007)
  • Author(s): 松見, ら, 他4名、4番目
  • Organizer: 自動車技術会 2007年春季大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜