[ノート]兵庫県姫路市における大気中粒子状物質及びガス状物質の並行測定（１）−成分濃度の季節変動−

１

常友大資 １ ，中坪良平 １ ，平木隆年 １ ，島正之 ２ ，余田佳子 ２ ，齊藤勝美 ２，３

兵庫県環境研究センター 大気環境科（〒654‑0037 神戸市須磨区行平町 3‑1‑27）
２３兵庫医科大学 公衆衛生学（〒663‑8501 西宮市武庫川町 1‑1）

環境計測株式会社（〒612‑8419 京都市伏見区竹田北三ツ杭町 84）

Parallel measurement of atmospheric particulate and gases
in Himeji, Hyogo (1) - Season variation of components Daisuke TSUNETOMO1, Ryouhei NAKATSUBO1, Takatoshi HIRAKI1,Masayuki SHIMA2, Yoshiko YODA2 and Katsumi SAITOH2,3
1 Atmospheric Environmental Division, Hyogo Prefectural Institute of Environmental Sciences,3-1-27, Yukihira-cho, Suma-ku, Kobe, Hyogo 654-0037, Japan
2 Department of Public Health, Hyogo College of Medicine,

1-1, Mukogawa-cho, Nishinomiya, Hyogo 663-8501, Japan
3 Eco Analysis Corporation,

84, Takeda-kita Mitsugui-cho, Fushimi-ku, Kyoto, Kyoto 612-8419, Japan

兵庫県における PM 2.5 濃度の変動要因に関する情報を得ることを目的とし，2010 年 7 月から 2011 年 5月までの 1 年間 4 季節，兵庫県姫路市において粒子状物質（PM 10<，PM 10‑2.5，PM2.5）及びガス状物質（HCl，HNO 3，SO 2，NH 3，HONO）の測定を各季 20 日間実施した．また，粒子状物質については質量濃度及び主要成分（炭素成分，イオン成分，無機元素成分）の分析を行った．その結果，PM 2.5 中の主要成分の割合は，全期間において SO 42‑が最も高く，次いで OC が高かった．SO 42‑の濃度変動が大きいのに対し，OC の濃度変動は小さく，PM 2.5 質量濃度の高濃度時には SO 42‑が大半を占めるが，低濃度時には OC が大半を占めていた．また，PM 2.5 成分濃度の OC，SO 42‑，NH 4+，K +及び大気中総イオン濃度の T‑SO 42‑，T‑NO 3‑，T‑NH 4+は全期間において PM 2.5 質量濃度と相関が高く，通年で PM 2.5 質量濃度の支配要因になっていると考えられた．

Ⅰ

はじめに異によって粒子状物質をPM 10< ，PM 10‑2.5 ，PM 2.5 に分類する)の 環境 基準を 告 示し，1年 平均 値が15μ平成21年9月9日，環境省は空気動力学径が2.5g/m 3以下であり，かつ，1日平均値が35μg/m 3以下

μmより大きい粒径の粒子を50%の割合で除去したであることとしている 1) ．また，測定方法を濾過大気中微小粒子状物質(PM 2.5，以下同様に粒径の差捕集による質量濃度測定方法（濾過捕集法）又は16

この方法によって測定された質量濃度と等価な値

2.2 試料の採取方法が得 られ る と認 めら れ る 自動 測定 機 によ る方 法

粒子状物質は，東京ダイレック社製マルチノズ（自動測定法）としている．

ルカスケードインパクタを装着したNILUフォルダ

現在，大気汚染防止法に基づき地方自治体によ及び10ライングローバルサンプラ（マスフローコ

る常時監視体制の整備が進められているところでントローラー付，フィルタ別に2台使用）を用いて，あるが，これまでに環境省等が実施したPM 2.5の測流速10.0L/minで，PM 10< ，PM 10‑2.5 ，PM 2.5 に分級し，定結果 2) より，我が国の都市部におけるPM 2.5 の質捕集した．
フィルタは，47mmφ及び47×20mmφのPTFEフィ

量濃度は全国的に環境基準を上回ると予想されてルタ（PALL社製サポートリング付Teflo）及び石英いる．
PM 2.5の低減対策を検討する上では，質量濃度だ繊維フィルタ（PALL社製2500QAT‑UP）を使用した．

けでなく成分濃度の把握が重要であり，そのためガス状物質は，フィルタパック法（5段ろ紙）にには濾過捕集法によるPM 2.5の測定が必要である．

より粒子状物質を捕集するPTFEフィルタの後段に濾過捕集法によるPM 2.5質量濃度と成分濃度の測定連結することで，HCl，HNO 3，SO 2，NH 3，HONOを捕に関する日本国内での報告例は，名古屋市での測集した．

3)

定 や，埼玉県での測定

4)5)，環境省の調査報告

2)等があるが，未だ少ないのが現状である．
当センターにおいても，中坪ら

6)7)8)

2.3 質量濃度及び成分濃度の測定方法

がPM 2.5 と同捕集前後のPTFEフィルタは，環境省が定める標時にPM 10‑2.5 の質量濃度及び主要成分濃度を2週間

準測定法 10）であるフィルタ法に準じ，相対湿度約程度の平均濃度で把握することを目的とした兵庫

35%に調整したデシケーターに24時間以上静置し県（神戸市須磨区，芦屋市，姫路市）におけるモた後，温度21.5±1.5℃，相対湿度35±5%に調整しニタリング調査について報告してきたが，PM 2.5のた秤量室内にて，Sartorius社製ウルトラミクロ天質量濃度及び主要成分濃度の日平均値を通年で季秤SE2‑F（秤量下限0.1μg）を用いて秤量した．

節別に測定した報告はなかった．

炭素成分（有機炭素OC，元素状炭素EC）は，熱また，熊谷ら 9) は，関東平野内陸部では光化学

分 離 光 学 補 正 法 （ IMPROVE 法 ） に よ り ， Sunset

反応に起因すると推察される二次生成粒子の濃度

Laboratory社製カーボンアナライザーを用いて分増加によって微小粒子濃度が増加することを報告析した．

しており，PM 2.5の高濃度要因や発生源を把握するイオン成分（Cl ‑ ，NO 3‑ ，SO 42‑ ，Na + ，NH 4+ ，K + ，

上では，質量濃度や主要成分濃度だけでなく，二Mg 2+ ，Ca 2+ ）は，イオンクロマトグラフ法により，次生成粒子の前駆ガス状物質の把握も重要となる．

DIONEX社製ICS‑2100を用いて分析した．

本報告では，兵庫県姫路市においてPM 2.5をはじ無機元素成分（Na，Al，K，Ca，Sc，Ti，V，Cr，めとする粒子状物質と同時にガス状物質を測定し，Mn，Fe，Ni，Cu，Zn，As，Sr，Mo，Cd，Sb，Pb）

PM 2.5質量濃度の高濃度及び低濃度時の主要成分をは，誘導結合プラズマ質量分析法（ICP‑MS法）に把握すると共に，PM 2.5の濃度変動要因を考察した．

よりThermo社製Xシリーズ2を用いて分析した．

Ⅱ

方法

Ⅲ

2.1 測定地点及び期間結果および考察

3.1 質量濃度の測定結果

測定は，兵庫県の姫路市飾磨市民センター屋上

Fig.1に，粒子状物質質量濃度（日平均）の推移（北緯34.80度，東経134.68度，地上高約30m）で，を粒径別に示し，Table 1に，粒子状物質質量濃度夏季（2010年7月30日〜8月18日），秋季（同年10（日平均）の平均値，最大値及び最小値を粒径別，月21日〜11月9日），冬季（2011年1月11日〜30日），期間別に示した．全期間における平均値は，PM 2.5

春季（同年5月10日〜29日）において，夏季のみ午が最も高く17.0μg/m 3，次いでPM 10‑2.5が10.3μg/m 3，

前9時30分から翌午前9時30分まで，夏季以外は午PM 10<が7.6μg/m 3となった．日平均値が最大を示し

前10時00分から翌午前10時00分までの24時間周期

たのは，全粒径において，春季の神戸において黄で実施した．

砂が観測された2011年5月13日であり 11)，PM 10‑2.5が最も高く64.7μg/m 3，次いでPM 2.5が49.8μg/m 3，
17

PM 10<が28.0μg/m 3となった．

めており，SO 42‑の割合が最も高く，次いでOCの割黄砂観測日を除くと，全期間においてPM 2.5の濃合が高かった．また，SO 42‑の濃度変動が大きいの度変動が最も大きく，大気中の全粒子状物質の濃に対し，OCの濃度変動は小さく，PM 2.5質量濃度の度変動に及ぼす影響が大きかった．また，PM 2.5が高濃度時にはSO 42‑が大半を占める一方で，低濃度高濃度を示した場合でも他の粒径が高濃度を示す時にはOCが大半を占めていた．
夏季においては，SO 42‑の割合が平均で28.8%を占とは限らず，粒径毎に濃度変動の要因が異なる可

め，全期間を通じて最も高かった．一方，冬季に能性が示唆された．
PM10<

PM10-2.5

おいては，半揮発性のNO 3‑の割合が高くなり，平PM2.5

均で11.3%を占め，全期間を通じて最も高かった．

70

Mass concentration[µg/m3]

summerautumn

winterspring60

日平均値が最大を示した黄砂観測日においては，50

炭素成分，イオン成分及び無機元素成分の割合の40合計が32.8%と低く，黄砂に含まれるPM 2.5の主要成30分はこれら以外の成分であることが示唆された．

203.3 PM 2.5質量濃度と他成分の相関10

Table 2に，PM 2.5質量濃度と(1)PM2.5成分濃度及0Fig.1 Variations of daily mean mass concentration of particulateび(2)ガス状物質濃度，(3)大気中総イオン濃度（全Table 1 Daily mean, maximum, minimum mass concentrationof particulate
3[μg/m ]粒径の粒子状物質中のイオン成分とガス状物質濃MeanMax.

PM10<

PM10-2.5PM2.5PM10<

summer8.312.016.9

autumn

7.3

9.2

16.2

(1)PM 2.5成分濃度については，OC及びK +が全期間

PM10-2.5

PM2.5

PM10<PM10-2.5

PM2.5

12.5

17.1

32.4

1.9

8.6

5.6

16.4

21.7

41.6

2.4

2.4

4.9

において0.8以上，SO 42‑及びNH 4+が春季以外において0.9以上，春季についても黄砂観測日を除くとwinter

4.7

4.9

14.1

8.3

9.9

24.8

1.7

0.4

6.6

spring

10.1

15.1

21.0

28.0

64.7

49.8

1.8

2.3

2.6

*度の合計）との相関係数を示した．

Min.

spring

9.2

12.4

19.5

26.1

34.1

36.6

1.8

2.3

2.6

all seasons

7.6

10.3

17.0

28.0

64.7

49.8

1.70.42.60.8以上となることから，これらは通年でPM 2.5質量濃度の支配要因になっていると考えられた．

*※ "spring " excludes observational day of yellow sand.

(2)ガス状物質濃度については，HNO 3が冬季及び春季で0.8未満，SO 2が夏季で，NH 3が全期間で0.7

3.2 PM 2.5成分濃度の測定結果未満であることから，これらは季節によってはFig.2に，PM 2.5成分濃度の日平均値の積み上げグ
ラフを期間別に示し，各期間における各成分の平PM 2.5質量濃度の支配要因になっていないと考えら均割合を円グラフで示した．全期間において，炭れた．

素成分及びイオン成分がPM 2.5質量濃度の大半を占OC

2+EC Cl- NO3K+ Mg2+
Ca2+
OC
ECSO42- Na+
Cl- NH4+ NO
SOTotal
Naunknown
NH4+
34 elements+2+KECCa2+Cl- Mg
NO3- SO42- Na+NH4+ K+Total
Mg2+ elements
Ca2+ Total elements unknown
unknown

OC60

60
20.5%

3.1%
6.5%

9.7%

40

2.0%
28.8%

30
20
1010011.3%

19.9%

Mass concentration[µg/m3]

3.7%
10.3%

10EC

Cl-NO3-SO42-Na+

NH4+

K+

Mg2+

Ca2+Total elements

050

35.8%

6.6%
5.4%

40
3.7%

30
20
100Fig.2 Variations of daily mean component concentration of PM2.5

18unknown

17.0%

spring9.7%
1.4%

2020.4%2027.6%

50

30

5.5%

8.5%

OC402.3%

3060

13.6%

Mass concentration[µg/m3]

8.9%

400 EC Cl- NO3- SO42- Na+ NH4+ K+ Mg2+ Ca2+ Total elements unknown

OC

31.4%

5060

winter

19.9%

autumn26.2%

Mass concentration[µg/m3]

Mass concentration[µg/m3]

summer
50

7.9%

20.2%

Table 2 Coefficient of correlation between mass concentration of PM2.5 and component concentration of PM2.5, gas concentration,
total concentration of atmospheric ion

summerECCl

NO30.850.77-0.50

0.51-(3) Total concentration of atmospheric ion(2) Gas concentration(1) Component concentration of PM2.5-OC

2SO4Na++NH4K

0.95

0.23

0.95

0.88+

2+

--2-+

Mg

Ca2+HCl

HNO3

SO2NH3HONO

T-Cl

T-NO3 T-SO4T-NH4

0.65

0.23

0.71

0.86

0.54

0.48

−-0.44

0.95

0.93

0.84

autumn

0.87

0.87

0.65

0.80

0.95

0.21

0.97

0.89

0.55

0.77

0.66

0.86

0.88

0.50

0.84

-0.16

0.99

0.93

0.95

winter

0.92

0.68

0.63

0.88

0.92

0.19

0.96

0.87

0.88

0.65

0.61

0.560.71

0.11

0.50

-0.03

0.85

0.85

0.85

spring

0.88

0.74

0.35

0.72

0.69

0.85

0.66

0.93

0.94

0.96

0.41

0.27

0.72

0.65

0.42

0.76

0.89

0.78

0.85

*

0.89

0.78

0.24

0.66

0.82

0.79

0.81

0.95

0.92

0.95

0.43

0.39

0.70

0.55

0.47

0.64

0.86

0.81

0.88

spring※1 "Italic " means "p ≧0.01", others mean "p <0.01".

※2 "−" means "unmeasured".

※3 "T" means "Total".

※4 "spring*" excludes observational day of yellow sand.

PM 2.5の主要成分であるSO 42‑及びNH 4+は，捕集した(3)大気中総イオン濃度については，全硝酸成分T‑NO 3‑及び全アンモニア成分T‑NH 4+が全期間で0.8大半がPM 2.5で構成されているが，粒子と同等以上以上，全硫酸成分T‑SO 42‑が全期間で0.7以上であるにガスとして捕集されていることが示唆された．

ことから，これらは通年でPM 2.5質量濃度の支配要Ⅳ因になっていると考えられた．

結論

2010年7月から2011年5月までの1年間4季節，姫3.4 粒子化率
Fig.3に，大気中総イオン濃度に占める粒子状物

路市において粒子状物質（PM 10< ，PM 10‑2.5 ，PM 2.5 ）質の成分濃度の割合を粒子化率とし，捕集した全及びガス状物質（HCl，HNO 3，SO 2，NH 3，HONO）のイオン成分における粒子が占める平均割合を粒径測定を行った．粒子状物質については，質量濃度別，期間別に示した．

及び主要成分（炭素成分，イオン成分，無機元素‑

Cl については，春季を除いて粒子化率が0.5以成分）の分析を行い，以下の結果を得た．

上であり，そのうちの大半がPM 10<及びPM 10‑2.5の粗①全期間における粒子状物質質量濃度の平均値は，‑大粒子で占めていた．また，半揮発性のCl は夏季

PM 2.5が17.0μg/m 3，PM 10‑2.5が10.3μg/m 3，PM 10<が7.6

及び春季よりも秋季及び冬季の方が粒子化率が高μg/m 3であった．また，PM 2.5質量濃度が高濃度をかった．PM 2.5については，冬季が最も高く，夏季示した場合でも他の粒径が高濃度を示すとは限らが最も低かった．

ず，粒径毎に濃度変動の要因が異なる可能性が示‑

NO 3 については，全期間を通じて粒子化率が0.6

唆された．

以上であり，冬季のみPM 2.5が大半を占める一方で，②PM 2.5中の主要成分の割合は，炭素成分とイオン

冬季以外については，粗大粒子の割合が大きかっ成分が大半を占め，全期間で60%以上であり，SO 42‑

た．また，Cl ‑同様，半揮発性のNO 3‑は夏季よりもが最も高く，次いでOCが高かった．また，SO 42‑の冬季の方が粒子化率が高かった．PM 2.5については，濃度変動が大きいのに対し，OCの濃度変動は小さ冬季が最も高く，夏季が最も低かった．

く，PM 2.5 質量濃度の高濃度時にはSO 42‑ が大半を占SO 42‑については，秋季を除いて粒子化率が0.5

める一方で，低濃度時にはOCが大半を占めていた．

未満であった．また，全期間で大半をPM 2.5が占め③PM 2.5成分濃度のOC，SO 42‑，NH 4+，K+及び大気中総ていた．

イ オ ン 濃 度 の T‑SO 42‑ ， T‑NO 3‑ ， T‑NH 4+ は 全 期 間 でNH 4+については，冬季を除いて粒子化率が0.4未PM 2.5 質量濃度と相関が高く，通年でPM 2.5 質量濃度

2‑満であった．また，SO 4 同様，全期間で大半をPM 2.5の支配要因になっていると考えられた．

が占めていた．

Ratio of particulate[-]PM10<1.00.9
0.8
0.70.60.5
0.40.30.2
0.10.0Cl-

PM10-2.5NO3-Ⅴ

PM2.5
SO42-NH4+謝辞

本研究は環境省・環境研究総合推進費（課題番号：C‑1005）の支援を受けて実施した．

文

献1) 環境省：微小粒子状物質に係る環境基準について（告示）（2009）
Fig.3 Ratio of particulate for each component

192) 環境省：微小粒子状物質曝露影響調査報告書

of the particle matter. As a result, SO 42‑ showed（2007）

the highest portion of PM 2.5 components in the3) 中島寛則，酒井哲男，北瀬勝，山神真紀子：名whole period, subsequently OC showed high

古屋市におけるPM 2.5濃度の成分濃度と発生源寄与

portion. A possibility was suggested that PM 2.5

率について，名古屋市環境科学研究所報，32,13‑17component concentrations of OC, SO 42‑, NH 4+, K +（2002）

and the total concentrations of T‑SO 42‑, T‑NO 3‑,4) 米持真一，梅沢夏実，磯部充久，松本利恵，深T‑NH 4+ were predominant factors of PM 2.5 mass

井順子，城裕樹，関根健司，相沢和哉：マルチノ

concentration through a whole year.

ズルカスケードインパクター(MCI)サンプラーを用いた近年の道路沿道と一般環境における粒子状物質（PM 2.5及びPM 2.5‑10）の比較，大気環境学会誌，
44，211‑221（2009）5) 米持真一，梅沢夏実，松本利恵：埼玉県北部のPM 2.5濃度と化学組成の5年間の観測結果，大気環境学会誌，42，129‑142（2007）
6) 中坪良平，吉村陽，池澤正，平木隆年：兵庫県におけるPM 2.5汚染の実態把握調査（1），兵庫県立健康環境科学研究センター紀要，5，117‑122（ 2008）
7) 中坪良平，平木隆年：兵庫県におけるPM 2.5汚染の実態把握調査（2），財団法人ひょうご環境創造協会兵庫県環境研究センター紀要，1，37‑44（ 2009）8) 中坪良平，常友大資，平木隆年：兵庫県におけるPM 2.5汚染の実態把握調査（3），財団法人ひょうご環境創造協会兵庫県環境研究センター紀要，2，8‑12（2010）9) 熊谷貴美代，田子博，飯島明宏，小澤邦壽，坂本和彦：群馬県平野部および山岳部における微小粒子状物質の季節特性，大気環境学会誌，45，10‑20（2010)
10) 中央環境審議会大気環境部会：微小粒子状物質測定法専門委員会報告（2009）11) 気象庁：2011年黄砂観測日および観測地点の表（速報値），<http://www.data.kishou.go.jp/obs‑env/kosahp/kosa̲table̲2011.html（参照2011.12.16）>

Abstract
We carried out the measurement of the particle
matter (PM 10<, PM 10‑2.5, PM 2.5) and the gaseous
substance (HCl, HNO 3, SO 2, NH 3, HONO) for allseasons in Himeji city, Hyogo prefecture to
determine

theconcentration.

variation

factorofPM 2.5

And,analyzed

mass

we

concentration and major components (carboncomponent, ion component, elemental component)
20