| 研究課題/領域番号 |
25400525
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
松本 潔 山梨大学, 医学工学総合研究部, 准教授 (60373049)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | エアロゾル / 粗大粒子 / 硝酸塩 / 窒素沈着 / 乾性沈着 |
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| 研究概要 |
粒径10μm以上のエアロゾルを4段階の粒径区分に分級可能なエアーサンプラーの製作を行った。粒径10μm以下のエアロゾルを8段階の粒径区分に分級可能な市販のアンダーセン型エアーサンプラーの最上段に直列に接続できる分粒ステージを4段、アルミニウム材を加工することにより自作した。各ステージの50％分級径は、粒径の小さい側から10μm、20μm、29μm、50μmとした。その設計は、既報の空力学的分粒理論とインパクターの性能試験データに基づいた。これにより、粒径10μm以上のエアロゾルを10～20μm、20～29μm、29～50μm、50μm以上の4段階に分級し、10μm以下のエアロゾルも8段階に分級可能なエアーサンプラーが作製された。
続いてこのサンプラーの捕集・分級性能を検証するための実験装置を製作した。これは、半密閉チャンバー内に飽和食塩水を霧状に噴霧し、その霧粒子の個数濃度粒径分布を光学的に測定すると同時に、自作サンプラーで捕集するものである。発生させた飽和食塩水の霧粒子の個数濃度粒径分布を光学式カウンターで計測したところ、10～50μmの霧粒子が多く存在しており、これは自作サンプラーの性能試験に適切なサイズである。
また、イオンクロマトグラフとオートサンプラーを1台ずつ新たに導入し、既存のイオンクロマトグラフと接続したシステムを構築した。これにより、今後自作エアーサンプラーの性能試験を行った際、或いは、これを用いてフィールドにおいて大気試料を採取した際に得られる、多数の試料について、陽イオン成分と陰イオン成分の定量を同時にかつ迅速に行うことが可能になった。
この他、10μm以上の粒径も含めたエアロゾルの沈着速度を求める抵抗モデルの開発も行った。今後フィールドにおいて大気試料を採取した後、エアロゾル中成分の乾性沈着量を求めることになるが、本モデルはその際に用いる予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究は、1) 粒径10μm以上のエアロゾルを分級採取可能なサンプラーの製作、2) その性能試験、3) 実大気エアロゾルの採取・分析、4) 10μm以上のエアロゾルの動態や窒素沈着への寄与の解明、の大きく4つの内容に分かれている。初年度はこのうち、1)と2)を完了する予定であった。1)については予定通り進んだが、2)については次のような問題が発生している。
性能試験には、飽和食塩水を噴霧して発生させた霧粒子を用いる予定であるが、発生させた霧粒子の個数濃度粒径分布を光学式カウンターで計測したところ10～50μmの霧粒子が多く存在しており、これは自作サンプラーの性能試験に適切なサイズであった。しかし、チャンバー内における空間的分布の不均質さが大きく、光学式カウンターで得られた霧粒子の個数濃度粒径分布を、自作サンプラーにより採取された霧粒子に当てはめて自作サンプラーの捕集効率、分級性能の評価を行った場合、その精度が低くなることが予想される。現在この問題を解消できておらず、性能試験は完了していない。従って研究の進捗状況は不十分といえ、上記の区分と判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
まずは、自作したサンプラーの性能試験を完了する。当初予定していた飽和食塩水の霧粒子を用いた捕集効率、分級性能の検証を進めると同時に、新たに、粒径が保証された市販のガラスビーズを用いた分級性能の検証も行う予定である。ガラスビーズ粒子を飛散させることにより、個数濃度こそ不明であるが粒径が保証された模擬エアロゾルを発生させることができる。これは、個数濃度が不明であるため捕集効率の検証に用いることはできないが、粒径が既知のため、自作サンプラーに導入すれば分級性能を精度高く評価することができる。両者を併用することにより、性能試験データの信頼性を高めることができると考えられる。
続いて、臨海都市をフィールドとした実大気エアロゾルの観測を行い、粒径10μm以上のエアロゾルの粒径別主要イオン成分濃度を解明する。このデータを基に、抵抗モデルより求める粒径別の乾性沈着速度からエアロゾル中窒素成分の乾性沈着量を算出する。この結果より、粒径10μm以上のエアロゾルが窒素沈着に及ぼす影響の評価を行う。このような観測を様々な大気条件下で行うことにより、粒径10μm以上のエアロゾルの動態や窒素沈着への寄与、これらのエアロゾルへの硝酸の取り込み機構の解明を行う。
なお、粒径10μm以上のエアロゾルへの硝酸の取り込み機構の解明に関しては、粒径10μm以上のエアロゾルを分級せずに採取したサンプルも、粒径10μm以下のエアロゾルとの比較を行うことができれば、有用である。粒径10μm以上のエアロゾルを分級せずに採取したサンプルはこれまでに多く得られており、これらも分析し、その結果を考察に利用したい。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
自作したサンプラーの性能試験は本年度中に完了予定であったが、十分な精度を持ったデータが得られなかったため、引き続き次年度も性能試験を行う予定である。このため、本年度の助成金の一部を次年度に使用する必要が生じた。
自作したサンプラーの性能試験に必要な試薬ほか各種消耗材の購入に充てる予定である。
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