2018 Fiscal Year Annual Research Report
気相から核生成するナノ粒子と水の相互作用: 新粒子生成の実験的探求
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18J01345
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| Research Institution | National Institute for Environmental Studies |
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Principal Investigator |
石塚 紳之介 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 二次有機エアロゾル / オリゴマー化 / 気液界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フィールド観測される二次有機エアロゾル (SOA) の量を説明するためには，気相中での化学反応以外のメカニズムが必要であると指摘されている．例えば，水を含むエアロゾル界面での化学反応により低揮発性の分子が生成し，安定な核が生成する機構が提案されている．近年，バルクpH<4の気液界面では，二重結合をもつ有機化合物はハイドロニウムイオン (H3O+) からプロトンを受け取り，カルボカチオンを生じることが明らかになった．カルボカチオンは反応性が高く，他のC=C二重結合をもつ化合物と反応し，高分子量体を生成する．本年度は，エレクトロスプレーイオン化質量分析法 (ESI-MS) によって， VOCの水表面での化学反応をその場測定し，SOAの生成や成長における核となりうる高分子量体が水表面でどのように生じるかを調べた．直鎖，環状の炭化水素13種について調べたところ，共通して共役二重結合をもつ化学種がより効率的にオリゴマーを生じることが明らかになった．また，成長末端における活性点にメチル基などの電子供与性の官能基をもつ化学種もオリゴマー生成に有利であることが明らかになった．有機溶媒バルク中では，共役二重結合は活性点での電子密度を下げるため，オリゴマー生成に不利に働く．本研究の結果は，水表面特有の現象であると考えられる．高分子量体は蒸気圧が低いため，SOA生成の核となりうる．水溶性エアロゾルの界面での化学反応を経た，SOA生成経路と，その生成メカニズムを新たに提案した．
また，光化学反応や，オゾンとの反応によって実験チャンバー内でエアロゾル模擬粒子を生成する装置の開発を行った．粒子成長領域の赤外分光スペクトルの空間分布をその場測定し，1対1対応させることで気相からのエアロゾル模擬粒子生成経路を明らかにする．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ナノ粒子をESI-MSを用いて計測する実験の前段階として行った，ガスの吹き付け実験から水溶性エアロゾル界面での化学反応について新たな知見が得られ，国際誌に2報報告できた．
また，実験チャンバー内でエアロゾル模擬粒子を生成する装置に，波長掃引型パルス量子カスケードレーザーの導入を新たに試みている．FT-IRに比べ高い空間分解能での測定が行え，当初計画していた以上の成果が期待できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
気相からの均一核生成を経てエアロゾル模擬粒子が生成する過程を “その場” 測定する手法を継続して開発する．
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