精密コロナ放電と衝突誘起解離質量分析法を用いたテルペン酸化体の官能基同定法の開発

• 研究課題/領域番号: 21K12223
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 関本 奏子 横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科(八景キャンパス), 准教授 (40583399)
• 研究分担者: 入江 樂 横浜市立大学, 理学部, 助教 (50835238)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 精密コロナ放電イオン化法 / エレクトロスプレーイオン化法 / 高分解能質量分析 / 衝突誘起解離法 / 誘導体化 / モノテルペン / 酸化 / 質量分析 / 精密コロナ放電 / 衝突誘起解離（CID） / 官能基 / エレクトロスプレーイオン化法（ESI） / 衝突誘起解離 / 酸化体

研究開始時の研究の概要

気候や環境，人体の健康に多大な影響を及ぼす二次有機エアロゾル(SOA)の生成過程の解明は，近年の大気化学において重要な課題となっている．SOAの主な生成源としてモノテルペンの酸化体が注目されてるが，それら化合物の大部分において，官能基や構造は同定されておらず，SOA生成過程の理解に至らない原因となっている．そこで本研究では，SOAの主な生成源とされるモノテルペンの酸化体の官能基をリアルタイムかつ正確に同定するための質量分析法を開発する．

研究成果の概要

本研究では，(1) 精密コロナ放電イオン化法と高分解能衝突誘起解離質量分析法，あるいは，(2) 誘導体化反応，スプレーイオン化法，および高分解能衝突誘起解離質量分析法を組み合わせ，種々のモノテルペン酸化体に含まれる官能基を正確に同定するための手法2種を開発した．本手法を用い，過去に報告の無い，alpha-pineneのオゾン酸化物の官能基を同定することに成功した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

気候や環境，人体の健康に多大な影響を及ぼす二次有機エアロゾル（SOA）の生成過程の解明は，近年の大気化学において重要な課題となっている．SOAの主な生成源としてモノテルペンの酸化体が注目されているが，それら化合物の大部分において，官能基や構造は同定されておらず，SOA生成過程の理解に至らない原因となっている．このような状況を打開するため，本研究では，種々のモノテルペン酸化体に含まれる官能基を正確に同定するための手法を開発した．

研究成果

• [国際共同研究] 米国立海洋大気庁(米国)
• [国際共同研究] 米国立海洋大気長(米国)
• [雑誌論文] Functional Group Analysis of α-Pinene Oxidation Products Using Derivatization Reactions and High-Resolution Electrospray Ionization Collision-Induced Dissociation Mass Spectrometry (2024)
  • 著者名/発表者名: Fukuyama Daisuke、Sekimoto Kanako
  • 雑誌名: Journal of the American Society for Mass Spectrometry 巻: 35 号: 4 ページ: 728-737
  • DOI: 10.1021/jasms.3c00415
  • 査読あり
• [雑誌論文] Airborne Observations Constrain Heterogeneous Nitrogen and Halogen Chemistry on Tropospheric and Stratospheric Biomass Burning Aerosol (2024)
  • 著者名/発表者名: 2.Zachary C.J. Decker, Gordon A. Novak, Kenneth Aikin, Patrick R. Veres, J. Andrew Neuman, Ilann Bourgeois, T. Paul Bui, Pedro Campuzano-Jost, Matthew M. Coggon, Douglas A. Day, Joshua P. DiGangi, Glenn S. Diskin, Maximilian Dollner, Alessandro Franchin, Carley D. Fredrickson, Karl D. Froyd, Kanako Sekimoto et al.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 51 号: 4
  • DOI: 10.1029/2023gl107273
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of Volatile Esters and Alkanoic Acids by an Atmospheric Pressure Corona Discharge Ionization Collision-Induced Dissociation Mass Spectrometry in Positive-Ion Mode: Ionization, Fragmentation Patterns, and Discrimination between Isomeric Compounds (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishikido Yuto、Sekimoto Kanako
  • 雑誌名: Mass Spectrometry 巻: 12 号: 1 ページ: A0127-A0127
  • DOI: 10.5702/massspectrometry.A0127
  • ISSN: 2186-5116, 2187-137X
  • 年月日: 2023-07-29
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of Negative Ion at <i>m/z</i> 20 Produced by Atmospheric Pressure Corona Discharge Ionization under Ambient Air (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujishima Shiho、Sekimoto Kanako、Takayama Mitsuo
  • 雑誌名: Mass Spectrometry 巻: 12 号: 1 ページ: A0124-A0124
  • DOI: 10.5702/massspectrometry.A0124
  • ISSN: 2186-5116, 2187-137X
  • 年月日: 2023-06-21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MSデータ―MS/MSスペクトル―を読む (2023)
  • 著者名/発表者名: Hongo Yayoi、Sekimoto Kanako
  • 雑誌名: 質量分析 巻: 71 号: 1 ページ: 19-24
  • DOI: 10.5702/massspec.S23-06
  • ISSN: 1340-8097, 1880-4225, 1884-3271
  • 年月日: 2023-03-01
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Fuel-Type Independent Parameterization of Volatile Organic Compound Emissions from Western US Wildfires (2023)
  • 著者名/発表者名: Sekimoto Kanako、Coggon Matthew M.、Gkatzelis Georgios I.、Stockwell Chelsea E.、Peischl Jeff、Soja Amber J.、Warneke Carsten
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 57 号: 35 ページ: 13193-13204
  • DOI: 10.1021/acs.est.3c00537
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of organic carbon in the laboratory oxidation of biomass-burning emissions (2023)
  • 著者名/発表者名: Nihill Kevin J.、Coggon Matthew M.、Lim Christopher Y.、Koss Abigail R.、Yuan Bin、Krechmer Jordan E.、Sekimoto Kanako、Jimenez Jose L.、de Gouw Joost、Cappa Christopher D.、Heald Colette L.、Warneke Carsten、Kroll Jesse H.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 23 号: 14 ページ: 7887-7899
  • DOI: 10.5194/acp-23-7887-2023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MSデータ―マススペクトル―を読む (2022)
  • 著者名/発表者名: Hongo Yayoi、Sekimoto Kanako
  • 雑誌名: 質量分析 巻: 70 号: 4 ページ: 274-279
  • DOI: 10.5702/massspec.S22-64
  • ISSN: 1340-8097, 1880-4225, 1884-3271
  • 年月日: 2022-12-01
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MSデータを取る (2022)
  • 著者名/発表者名: Hongo Yayoi、Sekimoto Kanako
  • 雑誌名: 質量分析 巻: 70 号: 3 ページ: 202-208
  • DOI: 10.5702/massspec.S22-53
  • ISSN: 1340-8097, 1880-4225, 1884-3271
  • 年月日: 2022-09-01
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 質量分析におけるイオン化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 関本 奏子
  • 雑誌名: 食品衛生学雑誌 巻: 63
  • 査読あり
• [雑誌論文] 衝突誘起解離質量分析(CID-MS)法によるモノテルペン異性体の識別 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大野木 涼乃，関本 奏子
  • 雑誌名: 日本化粧品技術者会誌 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formaldehyde evolution in US wildfire plumes during the Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality experiment (FIREX-AQ) (2021)
  • 著者名/発表者名: J. Liao, G.M. Wolfe, R.A. Hannun, J.M. St. Clair, T.F. Hanisco, J.B. Gilman, K. Sekimoto (24/35), et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 号: 24 ページ: 18319-18331
  • DOI: 10.5194/acp-21-18319-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Novel Analysis to Quantify Plume Crosswind Heterogeneity Applied to Biomass Burning Smoke (2021)
  • 著者名/発表者名: Z.C.J. Decker, S. Wang, I. Bourgeois, P.C. Jost, M.M. Coggon, J.P. DiGangi, K. Sekimoto (32/42), et al.
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 55 号: 23 ページ: 15646-15657
  • DOI: 10.1021/acs.est.1c03803
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nighttime and daytime dark oxidation chemistry in wildfire plumes: an observation and model analysis of FIREX-AQ aircraft data (2021)
  • 著者名/発表者名: Z.C.J. Decker, M.A. Robinson, K.C. Barsanti, I. Bourgeois, M.M. Coggon, J.P. DiGangi, K. Sekimoto (30/44), et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 号: 21 ページ: 16293-16317
  • DOI: 10.5194/acp-21-16293-2021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ozone chemistry in western U.S. wildfire plumes (2021)
  • 著者名/発表者名: L. Xu, J.D. Crounse, K.T. Vasquez, H. Allen, P.O. Wennberg, I. Bourgeois, K. Sekimoto (40/55), et al.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 50
  • DOI: 10.1126/sciadv.abl3648
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid cloud removal of dimethyl sulfide oxidation products limits SO ₂ and cloud condensation nuclei production in the marine atmosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: G.A. Novak, C.H. Fite, C.D. Holmes, P.R. Veres, J.A. Neuman, I. Faloona, K. Sekimoto (18/35), et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 42
  • DOI: 10.1073/pnas.2110472118
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variability and Time of Day Dependence of Ozone Photochemistry in Western Wildfire Plumes (2021)
  • 著者名/発表者名: M.A. Robinson, Z.C. Decker, K.C. Barsanti, M.M. Coggon, F.M. Flocke, A. Franchin, K. Sekimoto (19/26), et al.
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 55 号: 15 ページ: 10280-10290
  • DOI: 10.1021/acs.est.1c01963
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] PTR-MSによる植物由来揮発性有機化合物（BVOC）の多成分リアルタイム計測 (2024)
  • 著者名/発表者名: 関本 奏子
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Calculation of the sensitivity of proton-transfer reaction mass spectrometry (PTR-MS) for organic trace gases using molecular properties (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanako Sekimoto
  • 学会等名: The 9th Asia Oceania Mass Spectrometry Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Profiling of volatile ester isomers emitted from apple fruits by atmospheric pressure corona discharge ionization mass spectrometry (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanako Sekimoto, Yuto Nishikido, Toshio Hanada, Kazuhisa Uchiyama, and Katsuhiro Shiratake
  • 学会等名: The 71th ASMS Conference on Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] 揮発性植物分子が作り出す大気環境とは？ (2022)
  • 著者名/発表者名: 関本 奏子
  • 学会等名: 日本植物学会 第86回大会
• [学会発表] Understanding of volatile organic compound emissions from western US wildfires (2021)
  • 著者名/発表者名: 関本 奏子, Matthew Coggon, Georgios Gkatzelis and Carsten Warneke
  • 学会等名: JpGU Geoscience Union Meeting 2021
• [学会発表] 高分解能衝突誘起解離質量分析法を用いたテルペン二量体の精密同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 関本 奏子，福山 大輔，猪俣 敏
  • 学会等名: 第69回質量分析総合討論会
• [図書] 化粧品の能創製・処方・素材開発・解析評価技術と美容理論 「第30章 香りの構成要素分析 ~CID-MS法によるモノテルペン異性体のリアルタイム識別~」 (2022)
  • 著者名/発表者名: 関本 奏子，大野木 涼乃
  • 出版者: 技術教育出版
• [備考] 山火事により発生するガス状有害物質の放出量は「燃焼温度」の影響が大きいことを発見（横浜市立大学HP）
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/res-portal/news/2023/20230912sekimoto.html
• [備考] 戦略的研究推進事業 研究者情報（横浜市立大学HP）
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/res-portal/researcher/sekimoto_kanako_rsr.html
• [備考] JST戦略的創造研究推進事業「さきがけ」の 新規研究課題採択について
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2021/202110sekimoto_lie_sakigake.html
• [産業財産権] 害虫忌避剤及び害虫忌避方法 (2023)
  • 発明者名: 1.関本 奏子，平野 朋子，矢守 航
  • 権利者名: 1.関本 奏子，平野 朋子，矢守 航
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2023-135001
  • 出願年月日: 2023