ペルオキシラジカルの選択的検出によるHOxサイクルの定量的評価手法の開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19J40218
• 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(RPD)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• キーワード: HOxサイクル / ラジカル / 化学反応 / 大気化学

研究実績の概要

現在，OHラジカルやHO2ラジカルも含めたペルオキシラジカルの検出や，その反応性測定によるHOxラジカル反応の定量的評価手法の開発を目指し実験研究を進めている。本年度は，特にペルオキシラジカルの高効率な検出を目指し，現有装置の改良を行った。ペルオキシラジカルは非蛍光ラジカルであるため，化学反応により蛍光ラジカルであるOHラジカルに変換し，Fluorescence Assay by Gas Expansion(FAGE)法とレーザー誘起蛍光(LIF)法を組み合わせた手法(FAGE-LIF法)により検出した。しかし，炭素数の少ないRO2ラジカルに関しては，化学変換速度が遅く，検出効率が非常に低かったが，十分量の酸素を添加することにより，RO2ラジカルからOHラジカルへの化学変換効率を高め，メタン由来のRO2ラジカルの検出に成功した。さらに，大気中で非常に重要な揮発性有機化合物であるイソプレン由来のRO2ラジカルの検出にも成功した。また，RO2ラジカルを生成するためのpumpレーザーと検出のためのprobeレーザーの照射時間間隔から，RO2ラジカルの相対的な濃度変化を観測した。さらに，装置の精度を確認するため，反応セル中に様々な濃度のNO2を添加し，メタン由来のRO2ラジカルであるCH3O2ラジカルの反応性変化を観測した。CH3O2ラジカル反応性のNO2濃度依存性から，CH3O2ラジカルとNO2の反応速度定数を算出し，これまでの報告値と比較した。その結果，改良した装置が非常に高い精度でRO2ラジカルの反応性を観測可能であることを証明した。

現在までの達成度

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究では，ラジカルの反応経路分岐比の定量的な評価を目指すため，各ラジカルの検出効率は非常に重要となってくる。R1年度には，検出部位である検出セル中に添加するNOやO2濃度依存性を詳しく調査したことで，RO2ラジカルの化学変換効率を劇的に向上させ，これまで困難であった炭素数の少ないRO2ラジカルの検出に成功した。さらに，RO2ラジカルとNO2の反応性測定にも成功していることから，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

現在，研究は計画通りに進展しているため，次年度は予定していたサンプル揮発性有機化合物を用いたHOxラジカルの反応経路分岐比決定手法の開発を行う。

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 and Yoshizumi Kajii
  • 学会等名: 35th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [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
  • 学会等名: 第60回大気環境学会年会
• [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