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植物を起源とする硫酸エステルの二次有機エアロゾルへの寄与をはかる

研究課題

研究課題/領域番号 23K28216
補助金の研究課題番号 23H03526 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
応募区分一般
審査区分 小区分63010:環境動態解析関連
研究機関熊本大学

研究代表者

戸田 敬  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (90264275)

研究分担者 大平 慎一  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (60547826)
佐伯 健太郎  琉球大学, 理学部, 助教 (70962801)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2026年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2025年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2024年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2023年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワードエアロゾル / イソプレン / 硫酸エステル / クロマトグラフィー / 大気粒子 / 電荷検出器
研究開始時の研究の概要

化石燃料からの脱却が進む一方,温暖化や降雨量増大にともなって植物の密度や活性が上がり,植物起源の揮発性有機化合物による二次有機粒子(BSOA)の環境影響が顕在化しつつある。森林で放出されるVOCの多くは,大気化学反応によってエポキシ化し,大気粒子内でさらにその硫酸エステル体得る。本研究では,PM2.5の安定化剤として働きかつBSOA主成分のひとつと想定される硫酸エステル化合物の分離・定量を可能にする分析法を創出し,大気観測を通じてその実態を明らかにする。森林および都市部で採取したPM2.5粒子や雲水中の硫酸エステルを分析し,BSOAにおける植物を起源とする硫酸エステルの寄与を見積る。

研究実績の概要

現在,植物などから放散する揮発性有機化合物(BVOC)の放出量は,人為的に発生する揮発性有機化合物(AVOC)の放出量より勝っており,今後BVOCの大気環境への影響はますます大きくなると予想される。BVOCの多くは大気中で酸化し他の化合物へと変遷するが,エポキシ化したBVOCは大気粒子に移行し,粒子内の硫酸イオンと反応して硫酸エステルになると考えられる。このような化合物は粒子の外殻を形成し無機化合物や水分を保持して粒子を安定化させたり,オリゴマー化・ポリマー化を通して二次有機粒子への移行を推進すると考えられている。しかし,その実態はほとんど知られておらず,大気環境における硫酸エステルの存在の解析が待たれている。そこで,まず硫酸エステルのようなイオン性化合物の定量を可能にする検出器の開発に着手した。検量線の作成に必要な標準物質が市販されておらず,また硫酸エステルには多くの構造異性体・光学異性体が存在し,一連の化合物の定量が困難だからである。硫酸エステル類の分離分析には,有機溶媒系の溶離液で分離を行う液体クロマトグラフィーを用いるが,有機溶媒系でも機能する電荷検出器を開発した。検出器で得られるクーロン量は試料に含まれるイオンの当量数に基づくことから,検量線を用いずとも直接定量することができる。また,分析には各硫酸エステルの標準試薬が必要となるが,イソプレンを起源とする硫酸エステル化合物を2種類合成した。イソプレンの発生量はBVOC発生量の約1/3を占めると言われる最も放散量の大きなBVOCである。阿蘇の草原などで大気サンプリングや雲水の採取を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ユニバーサルな定量を可能にする電荷検出器について試作を完了した。ただし理論クーロン量より大きめのシグナルピークが得られがちであり,その原因の究明を行っている。硫酸エステルの合成については多くの異性体の内大気で存在量の大きな2種の化合物について合成物を得た。また草原大気のエアロゾルや雲水を大気試料として得ることができた。

今後の研究の推進方策

電荷検出器はある程度機能したが,大気試料中の硫酸エステルを本検出器で直接分析できない場合,質量分析器の校正を本電荷検出器で行うなどと修正していきたい。合成物が入手困難な化合物分析のひとつの布石になると考えられる。また草原で採取していた大気試料も森林大気などに拡張していきたい。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Limnological Institute(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Woods Hole Oceanographic Institution(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] オンサイトFIAの基礎技術と応用1:小流量流れの省電力安定供給2024

    • 著者名/発表者名
      戸田敬
    • 雑誌名

      分析化学

      巻: 73

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Abundant production of dimethylsulfoniopropionate as a cryoprotectant by freshwater phytoplanktonic dinoflagellates in ice-covered Lake Baikal2023

    • 著者名/発表者名
      Toda Kei、Obolkin Vladimir、Ohira Shin-Ichi、Saeki Kentaro
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 6 号: 6 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1038/s42003-023-05573-9

    • URL

      https://u-ryukyu.repo.nii.ac.jp/records/2020155

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] BVOCsの大気化学と環境影響2024

    • 著者名/発表者名
      戸田 敬
    • 学会等名
      IIAE大気環境総合センター 特別セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] オンサイトFIAの基礎技術:流れの省電力安定供給と高感度検出器2023

    • 著者名/発表者名
      戸田 敬
    • 学会等名
      第59回フローインジェクション分析講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 富士山体を利用した大気境界層上および自由対流圏にける酸性ガスエアロゾルの長期観測( 7)2023

    • 著者名/発表者名
      本間旭陽, 大河内博, 矢田崇将, 速水洋, 勝見尚也, 皆巳幸也, 小林拓, 三浦和彦, 加藤俊吾, 和田龍一, 竹内政樹, 戸田敬, 米持真一, 土器屋由紀, 畠山史郎
    • 学会等名
      大気環境学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ディスポーザブルな大容量 3D プリンタデバイスを用いた選択的錯形成による原料金属からの医療用放射性金属イオンの分離・精製2023

    • 著者名/発表者名
      香川 剛, 小畑 翔平, 有馬 裕人, 須郷 由美, 橘 知隆, 野川 桜寿, 石岡 典子, 森 勝伸, 戸田 敬, 大平 慎一
    • 学会等名
      日本分析化学会第72年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 大気粒子中のイソプレン起源硫酸エステルの分析2023

    • 著者名/発表者名
      津留大馬, 永富加奈子, 大平 慎一, 戸田 敬
    • 学会等名
      日本分析化学会第72年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Mannich型亜硫酸付加反応によるSO2分析システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      川原 拓真, 大平 慎一, 戸田 敬
    • 学会等名
      日本分析化学会第72年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 大気サンプリングにおける異性体特性を持った捕集損失とその対策: オルト・パラニトロフェノールを例に2023

    • 著者名/発表者名
      角浜 孝紀, 榊原 邦央, 大平 慎一, 戸田 敬
    • 学会等名
      日本分析化学会第72年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] クチナシから放散する揮発性 有機化合物の種依存と昆虫誘引性2023

    • 著者名/発表者名
      長友 敬祐, 佐伯 健太郎, 碇 和也, 小野 智哉, 大平 慎一, 金谷 整一, 戸田 敬
    • 学会等名
      日本分析化学会第72年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ニトロフェノール化合物における損失を抑えた大気採取フローの構築2023

    • 著者名/発表者名
      角浜 孝紀, 榊原 邦雄, 大平慎一, 戸田敬
    • 学会等名
      化学関連支部合同連合大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 阿蘇草地高原大気の観測からBVOCsのオゾン生成ポテンシャルを探る: TD-GC-CMFID/MS,化学発光検出,マイクロガス分析システム,SIFT-MSの活用2023

    • 著者名/発表者名
      戸田 敬
    • 学会等名
      382回 ガスクロマトグラフィー研究懇談会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 富士山体を利用した大気境界層上および自由対流圏にける酸性ガスおよびエアロゾルの長期観測2023

    • 著者名/発表者名
      本間旭陽, 大河内博, 矢田崇将, 速水洋, 勝見尚也, 皆巳幸也, 小林拓, 三浦和彦, 加藤俊吾, 和田龍一, 竹内政樹, 戸田敬, 米持真一, 土器屋由紀子, 畠山史郎
    • 学会等名
      第31回環境化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 大気のVOC測定から高地草原のオゾン生成能をはかる: ユニバーサルFIDとMSによるGCデュアル分析およびSIFT-MSモニタリング2023

    • 著者名/発表者名
      戸田敬, 小野智哉, 長友敬祐, 大平慎一, 豊永悟史
    • 学会等名
      第83回分析化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Long-term Observations of Water-Soluble Aerosols and Gases in the Free Troposphere and Atmospheric Boundary Layer on Mt. Fuji for the Assessment of Transboundary Air Pollution Impacts2023

    • 著者名/発表者名
      Asahi Homma, Hiroshi Okochi, Takamasa Yada, Hiroshi Hayami, Naoya Katsumi, Yukiya Minami, Hiroshi Kobayashi, Kazuhiko Miura, Shungo Kato, Ryuichi Wada, Masaki Takeuchi, Kei Toda, Shinichi Yonemochi, Yukiko Dokiya, Shiro Hatakeya
    • 学会等名
      10th International Conference on Acid Depositio
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Long-term monitoring of cloud water chemistry in the free troposphere and boundary layer of Mt. Fuji (1)2023

    • 著者名/発表者名
      Oshimi M, Okochi H, Wang Y, Endo M, Dairiki M, Katsumi N, Minami Y, Yonemoti S, Miura K, Kato S, Wada R, Takeuchi M, Toda K, Dokiya Y, Hatakeyama
    • 学会等名
      10th International Conference on Acid Deposition
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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