高温プラズマジェットを用いた大気エアロゾルのリアルタイム気化システムの開発

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K16117
• 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), 助教 (40583399)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 質量分析 / 大気化学 / 揮発性有機化合物 / 森林火災

研究実績の概要

森林火災から発生する揮発性有機化合物（VOC）は，その地域の環境汚染や気候変動に多大な影響を与えるとされ，その化学特性評価や予測モデルの構築は，大気化学における近年の重要な課題となっている．平成29年度は，前年度に参加した国際プロジェクトFIREX*で得られたVOCデータを解析した．ここでは，高分解能プロトン移動反応質量分析法と自身が開発したVOCの網羅的定量法を組み合わせ，北米西部に生息する種々の植物が燃焼した際に一次放出される550種類以上のVOCを同定・定量し，VOCの全発生量の90%以上を説明することに成功した．さらにこのデータを用いて数値解析した結果，燃焼中の瞬間的なVOC発生量に関して以下の新規の事象を発見した：１．北米西部に生息する植物の燃焼に由来するVOCの瞬間的発生量は，2つのマススペクトルの組み合わせで，85%以上の精度で評価できる．２．本マススペクトルを構成するVOCの種類とその相対量は，北米西部の植物の種類に依存しない．さらに，本マススペクトルにはそれぞれ，植物の葉や茎，幹，枝等を構成する高分子（セルロースやヘミセルロース，リグニンなど）の高温熱分解または低温熱分解で発生するVOCが主に含まれる．３．有炎燃焼を主な期限とするCO2の瞬間的な発生量は，VOCの瞬間的発生量と相関しない．ゆえに，CO2とCOから決定づけられる燃焼効率MCE（= ΔCO2/(ΔCO2+ΔCO)）は本来，VOC発生量の評価や予測に適さない．
本結果より，VOCの発生量を評価・予測するにあたり，植物の分解・燃焼温度が，これまで使われてきたMCEに代わるパラメーターになると示唆された．

*FIREX：米国立海洋大気庁地球システム科学研究所化学領域が主導する国際研究機関連携型プロジェクト．北米西部に多発しているバイオマス燃焼の化学特性評価と気候変動への影響調査を目的としている．

研究成果

• [国際共同研究] 米国立海洋大気庁 地球システム科学研究所/コロラド大学/モンタナ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: 米国立海洋大気庁 地球システム科学研究所/コロラド大学/モンタナ大学
• [雑誌論文] Characterization of a catalyst-based total nitrogen and carbon conversion technique to calibrate particle mass measurement instrumentation (2018)
  • 著者名/発表者名: Chelsea E. Stockwell, Agnieszka Kupc, Bartlomiej Witkowski, Ranajit K. Talikdar, Yong Liu, Vanessa Selimovic, Kyle J. Zarzana, Kanako Sekimoto, Carsten Warneke, Rebecca A. Washenfelder, Robert J. Yokelson, Ann M. Middlebrook and James M. Roberts
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Non-methane organic gas emissions from biomass burning: identification, quantification, and emission factors from PTR-ToF during the FIREX 2016 laboratory experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: A. R. Koss, K. Sekimoto, J. B. Gilman, V. Selimovic, M. M. Coggon, K. J. Zarzana, B. Yuan, B. M. Lerner, S. S. Brown, J. L. Jimenez, J. Krechmer, J. M. Roberts, C. Warneke, R. J. Yokelson and J. de Gouw
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 18 ページ: 3299-3319
  • DOI: 10.5194/acp-18-3299-2018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ab initio investigations of stable geometries of the atmospheric negative ion NO3-(HNO3)2 and its monohydrate (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Ueda, Yukiumi Kita, Kanako Sekimoto and Masanori Tachikawa
  • 雑誌名: Methods and Applications of Quantum Systems in Chemistry and Physics 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collision-induced dissociation study of strong hydrogen-bonded cluster ions Y-(HF)n (Y = F, O2) using atmospheric pressure corona discharge ionization mass spectrometry combined with a HF generator (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenya Sakamoto, Kanako Sekimoto and Mitsuo Takayama
  • 雑誌名: Mass Spectrometry 巻: 6 ページ: A0063
  • DOI: 10.5702/massspectrometry.A0063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proton-transfer-reaction mass spectrometry: Applications in atmospheric sciences (2017)
  • 著者名/発表者名: Bin Yuan, Abigail Koss, Carsten Warneke, Matthew Coggon, Kanako Sekimoto and Joost de Gouw
  • 雑誌名: Chemical Reviews 巻: 117 ページ: 13187-13229
  • DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00325
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Calculation of the sensitivity of proton-transfer-reaction mass spectrometry (PTR-MS) for volatile organic compounds (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanako Sekimoto, Shao-Meng Li, Bin Yuan, Abigail Koss, Matthew Coggon, Carsten Warneke and Joost de Gouw
  • 学会等名: The 64th ASMS Conference on Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] Unravelling the chemical complexity of biomass burning VOC emissions via H3O+ ToF-CIMS: Separation of high- and low-temperature pyrolysis products (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanako Sekimoto, Abigail Koss, Jessica B. Gilman, Vanessa Selimovic, Matthew M. Coggon, Kyle J. Zarzana, Bin Yuan, Brin M. Lerner, Steven B. Brown, Carsten Warneke, Robert J. Yokelson and Joost de Gouw
  • 学会等名: 2017 American Geophysical Union Fall meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 揮発性有機化合物の分子情報を用いたプロトン移動反応質量分析法の感度計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 関本 奏子, Shao-Meng Li, Bin Yuan, Abigail Koss, Matthew Coggon, Carsten Warneke and Joost de Gouw
  • 学会等名: 第65回質量分析総合討論会
• [備考] 大気中揮発性有機化合物の計測手法「プロトン移動反応質量分析法」の最新総説
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2017/20171016_Sekimoto.html