PM2.5の有害性の新たな指標としての粒子表面積の多角的解析

• 研究課題/領域番号: 18K19856
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分63:環境解析評価およびその関連分野
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 奥田 知明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30348809)
• 研究分担者: 岩田 歩 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (30827340)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 環境質定量化・予測 / エアロゾル / 粒子状物質 / 表面積 / 拡散荷電法 / 肺沈着表面積 / PM2.5

研究成果の概要

大気粒子の有害性を表す指標がどのような物理的・化学的粒子特性に依存するのかについての研究を進めた。特徴の異なる日本の2地点（神奈川県横浜市：都市圏、石川県珠洲市：非都市圏）において調査した。物理特性に関する室内実験においては、有害性の指標となるDTT酸化能と粒子表面積の間に明確な相関性が見られた。一方、実環境大気観測の結果からは、いずれの地点においても単位粒子量あたりのDTT酸化能は、粒子濃度に対する大気粒子表面積とは明確な相関を示さず、特定の化学成分との相関が高かった。このことは、実環境大気粒子のDTT酸化能は、概ね化学的特性によって説明可能であることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

実環境大気粒子の有害性が粒子の物理的特性・化学的特性のどちらに依存するのか、を知ることは重要であるため、本研究を進めた。特徴の異なる日本の2地点においてフィールド調査を行い、化学特性に関して、K, Mn, Pb, アンモニウムイオン, 硫酸イオン, 熱分解性有機炭素などの特定の化学成分とDTT酸化能との関連性が明らかになった。室内実験においてはDTT酸化能と粒子表面積の間に明確な相関性が見られた一方で、実環境大気観測の結果からは、実環境大気粒子のDTT酸化能は、物理的特性よりは概ね化学的特性によって説明可能であり、またその変動に寄与する化学成分の質量により推定可能であることが明らかとなった。

研究成果

• [国際共同研究] Uzbek-Japan Innovation Center of Youth/Tashkent State Technical University(ウズベキスタン)
• [雑誌論文] Characterization of Elemental Composition and Valence State of Cyclone-collected Aerosol Particles Using EDXRF and XAFS at Three Sites in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Jing Weidong、Saito Katsutomo、Okamoto Takuma、Saito Hibiki、Sugimoto Kazuki、Nishita-Hara Chiharu、Hara Keiichiro、Hayashi Masahiko、Hasegawa Shuichi、Okuda Tomoaki
  • 雑誌名: Asian Journal of Atmospheric Environment 巻: 16 号: 2 ページ: 27-45
  • DOI: 10.5572/ajae.2021.137
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Contribution of Physical and Chemical Properties to Dithiothreitol-Measured Oxidative Potentials of Atmospheric Aerosol Particles at Urban and Rural Sites in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurihara Kazuki、Iwata Ayumi、Murray Horwitz Samuel Gray、Ogane Kako、Sugioka Tomoki、Matsuki Atsushi、Okuda Tomoaki
  • 雑誌名: Atmosphere 巻: 13 号: 2 ページ: 319-319
  • DOI: 10.3390/atmos13020319
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lung deposited surface area of atmospheric aerosol particles at three observatories in Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurihara Kazuki、Iwata Ayumi、Kiriya Miho、Yoshino Ayako、Takami Akinori、Matsuki Atsushi、Nishita-Hara Chiharu、Hara Keiichiro、Hayashi Masahiko、Kaneyasu Naoki、Seto Takafumi、Fujitani Yuji、Funato Koji、Inoue Kozo、Okuda Tomoaki
  • 雑誌名: Atmospheric Environment 巻: 262 ページ: 118597-118597
  • DOI: 10.1016/j.atmosenv.2021.118597
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of A Low-Cost Simultaneous Low Volume Air Sampler Controlled with Sonic Venturi (2021)
  • 著者名/発表者名: Alimov Zikrilla Bobamuratovich、Kusakari Hikaru、Okuda Tomoaki
  • 雑誌名: Asian Journal of Atmospheric Environment 巻: 15 号: 1 ページ: 52-67
  • DOI: 10.5572/ajae.2020.072
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 肺沈着表面積に基づいた実環境大気粒子の酸化能評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 栗原一嘉、岩田歩、マレーホルウィッツサミュエルグレイ、松木篤、奥田知明
  • 学会等名: 第62回大気環境学会年会
• [学会発表] 都市域と遠隔地における粒子特性の違いがもたらす氷晶形成への影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: マレーホルウィッツサミュエルグレイ、岩田歩、栗原一嘉、松木篤、奥田知明
  • 学会等名: 第38回エアロゾル科学・技術討論会
• [学会発表] Lung deposited surface area concentrations of atmospheric particles at three observatories in Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurihara, K., Iwata, A., Yoshino, A., Takami, A., Seto, T., Matsuki, A., Hayashi, M., Hara, K., Nishita-Hara, C., Funato, K., Inoue, K., Okuda, T.
  • 学会等名: European Aerosol Conference 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Observations of atmospheric particles surface area at several observatories in Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Iwata, Miho Kiriya, Tomoaki Okuda, Ayako Yoshino, Akinori Takami, Indra Chandra, Takafumi Seto, Masaki Furuya, Atsushi Matsuki, Masahiko Hayashi, Chiharu Nishita-Hara, Keiichiro Hara, Koji Funato, Kozo Inoue
  • 学会等名: 11th Asian Aerosol Conference (Hong Kong, China)
  • 国際学会
• [学会発表] 粒子表面積から見る粒子の変質とその影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩田歩, 桐谷美穂, 奥田知明
  • 学会等名: 第36回エアロゾル科学・技術討論会、広島大学（広島県・東広島市）
• [学会発表] 福岡・福江・能登における粒子表面積濃度の地域的特徴 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩田歩, 栗原一嘉, 桐谷美穂, 奥田知明, 吉野彩子, 高見昭憲, 西田千春, 原圭一郎, 林政彦, 瀬戸章文, 松木篤, 兼保直樹, 船戸浩二, 井上浩三
  • 学会等名: 第60回大気環境学会年会、東京農工大学（東京都・府中市）
• [学会発表] 拡散荷電法による有機物被覆前後の炭素粒子の表面積比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桐谷美穂，岩田歩，奥田知明，船戸浩二，井上浩三
  • 学会等名: 第35回エアロゾル科学・技術研究討論会
• [学会発表] The concentrations of aerosol surface area in Fukue Island, Japan, measured by diffusion charging method (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiriya, M., Okuda, T., Yoshino, A., Takami, A., Chandra, I., Seto, T., Funato, K., Inoue, K.
  • 学会等名: 10th International Aerosol Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of the factors controlling the variation of aerosol surface area concentrations in Fukuoka, Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiriya, M., Yamazaki, H., Hatoya, K., Okuda, T., Kaneyasu, N., Uno, I., Nishita-Hara, C., Hara, K., Hayashi, M., Funato, K., Inoue, K., Yamamoto, S., Yoshino, A., Takami, A.
  • 学会等名: Joint International Symposium of 14th CACGP & 15th IGAC
  • 国際学会
• [備考] 慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 環境化学研究室：粒子の表面積と氷晶核
  • URL: https://www.applc.keio.ac.jp/~okuda/research/theme/surface_ice.html
• [備考] 環境化学研究室 | 研究内容 | ハイライト【粒子の表面積と氷晶核】
  • URL: https://www.applc.keio.ac.jp/~okuda/research/theme/surface_ice.html