二次有機エアロゾルの化学組成と水蒸気凝結特性:大気環境への影響評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14204055
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 河村 公隆 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (70201449)
• 研究分担者: 持田 陸宏 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (10333642)
• キーワード: 二次有機エアロゾル / エアロゾルの水蒸気吸収特性 / 粒子発生装置 / エアロゾルの粒径分布 / エイトケン粒子 / タンデム型DMA装置 / 測定の自動化 / 森林観測

研究概要

本年度は、前年度に作成したタンデム型ディファレンシャルモビリティアナライザー(TDMA)装置をベースに、野外観測および室内実験において粒子の吸湿特性を測定するためのHygroscopicity Tandem Diffrential Mobility Analyzer (H-TDMA)装置を完成した。
第一に、H-TDMA装置を用いてアトマイザにより人工的に生成した有機エアロゾルの水蒸気特性を測定した。Levoglucosan,4-hydroxybenzoic acid, syringic acidについて、それぞれエアロゾル粒子を作成し加湿することによって粒子の成長率を初めて測定した。成長率(Growth factor : Gf)は、levoglucosanでは、1.22(湿度80%),1.31(同85%)と高い値を示した。この値は低分子ジカルボン酸のそれに相当し、levoglucosanは高い吸湿特性を持つことがわかった。この化合物は森林火災などバイオマス燃焼の主要生成物(セルロースの熱分解生成物)であり、森林火災によって生成されるエアロゾルは高い水蒸気凝結特性と雲形成能力を持つものと考察された。一方、リグニンの熱分解生成物であると考えられる4-hydroxybenzoic acid, syringic acidのGf値は1.0程度であり、これらの物質は水蒸気の凝結にはほとんど寄与しないことが明らかとなった。
第二に、低温研屋上で採取したエアロゾル試料(n=4)から水溶性抽出物(有機+無機)および水溶性有機物を分離し、その水溶液からアトマイザにより微細粒子を生成し(粒径100μm)、H-TDMAによりその吸湿特性を調べた。水溶性抽出物から生成した粒子は高い吸湿特性を示し、Gf(80%)=1.29-1.35,Gf(85%)=1.39-1.45であった。一方、水溶性有機物についても、粒子の成長率の測定に成功し、Gf(80%)=1.15という値を得た。
今後、確立したH-TDMAによるエアロゾル試料の吸湿特性を測定する方法を、これまでにアジア太平洋で採取したエアロゾル試料に応用していく予定である。また、H-TDMAを都市、森林大気中のエアロゾルの水蒸気凝結特性の研究に応用する予定である。

研究成果

• [文献書誌] K.Kawamura: "Four year's observation of terrestrial lipid class compounds in marine aerosols from the western North Pacific"Global Biogeochemical Cycles. 17,No.1. 1003, doi: 10.1029/2001/GB001810 (2003)
• [文献書誌] K.Kawamura: "Water-soluble dicarboxylic acids in the tropospheric aerosols collected by ACE-Asia/C-130 aircraft"Journal of Geophysical Research. 108,No.D23. 8639, doi: 10.1029/2002JD003256 (2003)
• [文献書誌] O.Seki: "Sediment core profiles of long-chain alkanes in the Sea of Okhotsk : Enhanced transport of terrestrial materials in the last deglacial to the early Holocene"Geophysical Research Letters. 30,No.1. 1001, doi: 10.1029/2001GL014464 (2003)
• [文献書誌] M.Narukawa: "Measurement of halogenated dicarboxylic acids in the spring arctic aerosols"Journal of Atmospheric Chemistry. 44. 323-335 (2003)
• [文献書誌] R.Sempere: "Trans-hemispheric contribution of C_2-C_<10> α,ω-dicarboxylic acids and related polar compounds to water soluble organic carbon in the western Pacific aerosols in relation to photochemical oxidation reactions"Global Biochemical Cycles. 17,No.2. 1069, 10.1029/2002GB001980 (2003)
• [文献書誌] M.Mochida: "A model evaluation of the NO titration technique to remove atmospheric Oxidants for the determination of atmospheric organic compounds"Environmental Science & Technology. 37. 1589-1597 (2003)
• [文献書誌] T.E.Graedel, P.J.Crutzen 著/河村公隆, 和田直子 訳: "地球システム科学の基礎-変わりつづける大気環境"学会出版センター. 400 (2004)