HOxラジカルの選択的な検出による新規な反応経路分岐比決定手法の開発

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18179
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 河野 七瀬 京都大学, 地球環境学堂, 特別研究員 (40736766)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: HOxサイクル / ラジカル反応 / 大気化学 / エアロゾル

研究実績の概要

本研究では，大気化学で最も重要な連鎖反応の一つであるHOxサイクルを対象に，大気中で起こり得る反応メカニズムの定性的かつ定量的な評価を目指し，HOx(OH, HO2, RO2)ラジカルの反応経路分岐比決定手法の開発を行っている。反応経路は非常に複雑であるため，HOxサイクルの開始剤であるOHラジカルを重水素置換することにより，特定の経路を選択的に観測することを目指す。また，HOxラジカルとエアロゾル粒子の不均一反応がHOxサイクルに及ぼす影響についても明らかにすることを目的とし実験を行っている。昨年度までに，エタンおよびイソプレン由来のRO2ラジカルの検出に成功し，また，ODラジカルとOHラジカルの検出感度比較を行った。本年度は，感度比較結果を用いて，ODラジカルによる外気観測を試みた。外気中の水蒸気によりOHラジカルが競争的に生成するため，ODラジカル検出効率の低下が懸念されていたが，昨年度までに実施した検出装置の改良により，外気添加によるODラジカルの濃度消失速度の加速を観測することに成功した。また，同時にOHラジカルを観測することで，複数の反応経路を観測することにも成功した。
さらに，実大気観測の結果から，HO2ラジカルのエアロゾル表面での不均一反応がHOxサイクルに与える影響を定量的に評価した。HO2ラジカル反応の経路分岐比としては非常に小さいが，大気中のエアロゾル濃度が高く，不均一反応が加速された場合，HOxサイクルから離脱する経路が加速され，HO2ラジカルのサイクルに寄与する反応がサイクルの回転に対して律速段階に近付くことを明らかにし，サイクルから生成されるO3への影響を評価した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

昨年度までの装置の改良により，目標としていたメタン由来のRO2ラジカルの高効率な検出が可能となり，また，実大気を用いた複数の反応経路の選択的観測や，不均一反応の影響解明にも成功しているため，進行具合を当初の計画以上に進展しているとした。

今後の研究の推進方策

これまでに，ODラジカルを用いた複数の反応経路の観測に成功しているが，各反応経路の詳細な調査と，定量的な経路分岐比決定を目指す。また，HO2ラジカルの不均一反応の影響については明らかにしたが，さらに，RO2ラジカルについても明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Real-time quantification of the total HO2 reactivity of ambient air and HO2 uptake kinetics onto ambient aerosols in Kyoto (Japan) (2020)
  • 著者名/発表者名: Jun Zhou, Kentaro Murano, Nanase Kohno, Yosuke Sakamoto and Yoshizumi Kajii
  • 雑誌名: Atmospheric Environment 巻: 223 ページ: 117189
  • DOI: 10.1016/j.atmosenv.2019.117189
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relative and Absolute Sensitivity Analysis on Ozone Production in Tsukuba, a City in Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Sakamoto, Yasuhiro Sadanaga, Jiaru Li, Kohei Matsuoka, Marina Takemura, Tomihide Fujii, Maho Nakagawa, Nanase Kohno, Yoshihiro Nakashima, Kei Sato, Tomoki Nakayama, Shungo Kato, Akinori Takami, Ayako Yoshino, Kentaro Murano and Yoshizumi Kajii
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 53 ページ: 13629-13635
  • DOI: 10.1021/acs.est.9b03542
  • 査読あり
• [学会発表] Impact of aerosol uptake on HOx cycle (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanase Kohno
  • 学会等名: The 5th International Workshop on Heterogeneous Kinetics Related to Atmospheric Aerosols
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of a new method for selective detection of ROx radicals and determination of radical yields (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanase Kohno, Jiaru Li, Jun Zhou, Kentaro Murano, Yosuke Sakamoto, Yoshizumi Kajii
  • 学会等名: 35th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] オゾン生成に対するOHラジカル未知反応性およびエアロゾルのHOxラジカル取り込みの影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河野 七瀬, Jiaru Li, Jun Zhou, 坂本 陽介, 梶井 克純
  • 学会等名: 第24回大気化学討論会
• [学会発表] 大気中のHOxサイクルの重要性と研究状況 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河野 七瀬, Jiaru Li, Jun Zhou, 坂本 陽介, 梶井 克純
  • 学会等名: 第60回大気環境学会年会