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助成番号 163435
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

PM0.1 エアロゾル化学組成・数濃度のオンライン統合分析システムの開発

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Development of an online analysis system for chemical composition and number
concentration of PM0.1 aerosols

研究氏
代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓） ﾀｹｶﾞﾜ名） ﾉﾌﾞﾕｷ

研究期間 Ｂ

２０１６ ～ ２０１７ 年

漢字 ＣＢ

竹 川

暢 之

報告年度 ＹR

２０１７年

ﾛｰﾏ字 ＣＺ

Takegawa

Nobuyuki

研究機関名

首都大学東京研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

首都大学東京・教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
エアロゾルは大気汚染や気候変動などの環境問題において重要な役割を果たす。粒径 0.1 μm 以下のナノ粒子 (PM0.1) の動態を理解することは、健康影響の観点から重要であると同時に、エアロゾル生成過程の解明において鍵となる。本研究の目的は、PM0.1 化学組成をオンライン測定可能なナノ粒子エアロゾル質量分析計 (Nano-MS) と粒子数濃度計数装置を組み合わせた統合分析システムを開発することである。
Nano-MS では、エアロダイナミックレンズ (ADL) によってナノ粒子をビーム状に整流して真空中に導入・捕集し、レーザー熱脱離によって気化し質量分析計で検出する。ADL を用いた粒子ビーム生成において、ブラウン拡散によるナノ粒子の広がりの影響を抑えるために、粒子飛行距離を大幅に短縮した特殊な差動排気チェンバー構造を製作した。また、ADL の同軸調整機構を改良して、粒子ビーム生成の安定性・再現性を向上させた。
実験室において、無機物 (硫酸アンモニウム、硝酸カリウム) や有機物 (シュウ酸、オレイン酸) の粒子を発生させて性能評価を行った。このうち硫酸塩について、導入質量に対する直線性や感度の粒径依存性を詳細に調べた。その結果、当初の設計通り粒径 0.1 μm 以下のナノ粒径域に相対的に高い感度を有することが示された。シュウ酸についても良好な直線性が得られたものの、有機物の定量については引き続き検討が必要であることが分かった。
凝縮粒子カウンタ (CPC) を用いた粒子数濃度計数装置についても、可搬型のラックに搭載して実大気観測の準備を行った。本研究により、これまで前例のない PM0.1 オンライン統合分析システムの完成に向けて重要な基盤を形成することができた。

キーワード ＦＡ

エアロゾル

ナノ粒子

PM0.1

（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -質量分析計

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

該当無し

雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Atmospheric aerosols play important roles in global environmental problems including airpollution and climate change. Quantification of aerosol particles with diameters smaller than 0.1
microns (PM0.1) is a key issue to assess the health impacts of aerosols and to improve ourunderstanding of the formation process of aerosols. The purpose of this study is to develop anonline analysis system for measurements of chemical composition and number concentrations of PM0.1
aerosols based on a newly developed nanoparticle aerosol mass spectrometer (Nano-MS).
The Nano-MS employs an aerodynamic focusing lens (ADL) to generate particle beam in a vacuum
chamber. Aerosol particles introduced into the vacuum chamber are vaporized by a CO 2 laser andsubsequently detected by a quadrupole mass spectrometer. We have developed a unique structure forthe differential pumping to shorten the flight length of aerosol particles and successfully reduced
loss of nanoparticles due to Brownian diffusion. We have also designed an alignment tool for theADL to improve the stability and reproducibility of the detection.
Laboratory experiments were performed to test the detection efficiency for some representative
inorganic (ammonium sulfate, potassium nitrate) and organic (oxalic acid, oleic acid) compounds.
Linearity and size dependence of the detection efficiency were investigated in detail using sulfate
as a test compound. The results demonstrated that the Nano-MS can achieve higher sensitivity fornanoparticles than accumulation-mode particles. A good linearity was also found for oxalic acid,but it is suggested that the quantification of organic aerosols requires further investigation.
A field-deployable condensation particle counter (CPC) has been also constructed for ambient
measurements. The achievement in this study has provided an important basis toward a novel systemfor online measurements of chemical composition and number concentrations of PM0.1 aerosols.

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