大気中の酸性雨前駆物質の高感度計測装置の開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14380242
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 松見 豊 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (30209605)
• 研究分担者: 高橋 けんし 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助手 (10303596)
• キーワード: 酸性雨 / 二酸化硫黄 / レーザー誘起蛍光 / レーザー計測 / 二酸化窒素 / 紫外レーザー / 検出限界

研究概要

二酸化硫黄(SO_2)は,対流圏および成層圏の大気化学反応において重要な役割を果たしているSO_2,が酸化されてできる硫酸エアロゾルは,対流圏では雨滴に取り込まれ酸性雨として環境に重大な影響を及ぼしている.本研究では,レーザー誘起蛍光法による高感度SO_2検出装置を新たに開発した.SO_2,を励起するための光源には,YAGレーザー励起のOPOレーザーを10 Hzで発生させ,その光をBBO結晶によって2倍波に変換して使用した.発生させた220 nmのレーザー光を用いてSO_2の電子励起状態をつくり,SO_2が基底状態に戻るときに発する蛍光を検出する.蛍光の検出には光電子増倍管を使用する.ゲート積分器を使ってその出力をアナログ積分し,その信号の大きさからSO_2の濃度を測定する.開発したSO_2検出装置の性能評価を,標準試料ガスを用いて行った.最小検出限界はS/N比を2としたとき30秒積算で5pptvであった.この値は現在SO_2の濃度測定に使用されているパルス蛍光法などの装置の検出限界と比較して非常に小さい値である.このように,OPOレーザーを使用したLIF法による濃度測定が非常に感度が高く,大気中の微量なSO_2濃度を測定するために有用な方法であることを初めて実証した.また本装置はアナログ積分法を使うことで数pptvから数十ppbvにわたる広い濃度領域を測定できる.すなわち,汚染されていない遠隔地の低濃度のSO_2から都市域の高濃度のSO_2まで,1つの装置で対応できることを示した.開発したSO_2検出装置を用いて実際に大気中のSO_2濃度の測定を行った.さらにパルス蛍光法によるSO_2計測装置と今回開発したLIF法によるSO_2検出装置を使い,同じ試料大気を同時に測定し,その性能比較を行った.2つの装置の間には非常によい相関があった.これらの結果から,今回開発した装置が非常に低濃度のSO_2を測定できるだけでなく,幅広い濃度範囲のSO_2も測定できる性能をもった最高水準のSO_2検出装置であることを実証した.

研究成果

• [文献書誌] Y.Matsumiほか4名: "Laser-induced fluorescence instrument for the detection of tropospheric OH radicals"Bulletin of Chemical Society Japan. 75. 711-717 (2002)
• [文献書誌] K.Samura, Y.Matsumi他5名: "Isotope ^<18>O/^<10>O ratio measurements of water vapor by use of the 950 nm wavelength region with cavity ring-down and photoacoustic spectroscopic techniques"Applied Optics. 41. 2349-2354 (2002)
• [文献書誌] K.Takahashi, Y.Matsumi他2名: "Atmosoheric Chemistry of CF_3GFHOCF_3 : Kinetics of the Reaction with Cl Atoms and Fate of CF_3CFO()OCF_3 Radicals"Chemical Physics Letters. 352. 202-208 (2002)
• [文献書誌] Y.Matsumi他6名: "Quantum yields for production of O(^1D) in the ultraviolet photolysis of ozone : Recommendation based on evaluation of laboratory data"Journal of Geophysical Research. 107(D3). 4024 2001JD000510 (2002)
• [文献書誌] N.Miura, Y.Matsumi他3名: "Electronic quenching of hot O(^1D) by collisions with O_2 : A theoretical study in a collinear case"Journal of Chemical Physics. 116. 5551-5556 (2002)
• [文献書誌] Y.Zhao, Y.Matsumi他10名: "Spectroscopic Measurements of Tropospheric CO, C_2H_6, C_2H_2, and HCN in Northern Japan"Journal of Geophysical Research. 107(D18). 4343 2001JD000748 (2002)
• [文献書誌] H.Yamada, Y.Matsumi他3名: "Dissociative ionization of ICl studied by ion imaging spectroscopy"Journal of Chemical Physics. 117(3). 1130-1138 (2002)
• [文献書誌] K.Takahashi, Y.Matsumi他5名: "An evaluation of atmospheric lifetime of SF_5CF_3"Geophysical Research Letters. 29(15). 2002GL015356 (2002)
• [文献書誌] K.Takahashi, Y.Matsumi他2名: "Non-thermal steady-state translational distributions of O(^1D) atoms in the stratosphere"Journal of Geophysical Research. 107(D20). 4290 2001JD001270 (2002)
• [文献書誌] K.Takahashi, Y.Matsumi他3名: "Quantum yields of O(^1D) formation in the photolysis of ozone between 230 and 308 nm"Journal of Geophysical Research. 107(D20). 4440 2001JD002048 (2002)
• [文献書誌] K.Takahashi, Y.Matsumi他2名: "Atmospheric Chemistry of CF_3CFHOCF_3 : Reaction with OH Radicals, Atmospheric Lifetime, and Global Warming Potential"Journal of Geophysical Research. 107(D21). 4574 2001JD002125 (2002)
• [文献書誌] N.Taniguchi, Y.Matsumi他2名: "Sensitivity studies of the recent new data on O(^1D) quantum yields in O_3 Hartley band photolysis in the stratosphere"Atmospheric Chemistry and Physics. 3. 1293-1300 (2003)
• [文献書誌] T.Nakayama, Y.Matsumi他3名: "Quantum yield for N(^4S) production in the ultraviolet photolysis of N_2O"Journal of Geophysical Research. 108(D21). 4668 2003JD003709 (2003)
• [文献書誌] Y.Matsumi, M.Kawasaki: "Photolysis of atmospheric ozone in the ultraviolet region"Chemical Reviews. 103. 4767-4781 (2003)
• [文献書誌] K.Takahashi, Y.Matsumi他1名: "Vacuum ultraviolet laser-induced fluorescence detection of atom produced in the 193 nm photolysis of ozone"Journal of Physical Chemistry A. 107. 9368-9373 (2004)
• [文献書誌] J.-P.Le Crane, Y.Matsumi他5名: "Atmospheric Chemistry of Pivalaldehyde and Isobutyraldehyde"Journal of Physical Chemistry A. 107. 795-805 (2004)
• [文献書誌] S.Nishida, Y.Matsumi他6名: "CF_3ONO_2 yield in the Gas Phase Reaction of CF_3O_2 Radicals with NO"Chemical Physics Letters. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] S.Nishida, Y.Matsumi他2名: "Quantum yield for O(^1D) production from ozone photolysis in the wavelength range of 193-225 nm"Journal of Physical Chemistry A. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] S.Nishida, Y.Matsumi他3名: "Formation of O(^3P) atoms in the photolysis of N_2O at 193 nm and O(^3P) + N_2O product channel in the reaction of O(^1D) + N_2O"Journal of Physical Chemistry A. (印刷中). (2004)