- 137 -〔報告〕

ＰＭ2.5 に含まれる炭素成分の特徴―炭素フラクション特性―
秋山 薫

上野 広行

石井 康一郎

三好 猛雄

樋口 幸弘*

横田 久司

伊藤 雄一*（*東京都環境局環境改善部）

１

表１

はじめに大気中微小粒子状物質（以下、「PM2.5」という）に含まれる炭素成分（有機炭素及び元素状炭素）の分析方法は、「大気中微小粒子状物質（PM2.5）測定方法暫定マニュア
ル（改訂版）」１）（以下、｢暫定マニュアル｣という）により定められている。
東京都が2008年から2009年にかけて実施したPM2.5の大気環境調査では、捕集したPM2.5についてこの暫定マニュ調査地点

一般環境① 中央区晴海区 ② 港区白金③ 練馬区練馬部④ 足立区綾瀬⑤ 江戸川区鹿骨多 ⑥ 青梅市東青梅⑦ 町田市中町摩⑧ 小金井市本町
部 ⑨ 多摩市愛宕

(2)

道路沿道
⑩ 永代通り新川⑪ 京葉道路亀戸⑫ 中原口交差点⑬ 甲州街道大原⑭ 北本通り王子⑮ 連雀通り下連雀⑯ 甲州街道国立⑰ 青梅街道柳沢

調査期間

アルに準拠した方法で炭素成分の分析を行い、後述の炭調査期間は表２に示した。2008年から2009年にかけて

素成分の分析方法に示すように、有機炭素の４フラクシの４季節、各季節２週間にわたって、毎日実施した。調ョン（OC1、OC2、OC3、OC4）及び元素状炭素の３フラク

査期間中のPM2.5及びSPMの捕集は、概ね捕集日当日の９ション（EC1、EC2、EC3）、並びに元素状炭素のフラクシ時30分に開始し、翌日の９時に終了した。

ョンに含まれるが、同時測定のレーザ光により補正され表２る有機炭素成分の熱分解炭素（以下、「Pyro」という）がうに、有機炭素は((OC1+OC2+OC3+OC4）+Pyro)として、元春期
夏期
秋期
冬期

素状炭素は((EC1+EC2+EC3）-Pyro）として、全炭素は両(3)捕集方法得られた。そこでは、暫定マニュアルに示されているよ者の和、（OC1+OC2+OC3+OC4+EC1+EC2+EC3）として求め、２)

その概要は既に報告した 。

調査期間

2008/5/19（月）～ 6/ 2（月）2008/7/28（月）～ 8/11（月）2008/11/4（火）～11/18（火）2009/ 2/2（月）～ 2/16（月）PM2.5の捕集はSIBATA LV-250型（インパクター方式）で行い、SPMの捕集にはSIBATA

ここでは、この暫定マニュアルに準拠した炭素成分の分析方法が、総合的なPM2.5の大気環境調査としては東京

C-20型（重力沈降方式）を装着したローボリュームサンプラーを用いた。
(4)

炭素成分の分析方法

都でははじめての例であることから、この調査で得られ炭素成分の分析は、前述の暫定マニュアルに準拠し、た各フラクションの炭素成分の特徴について報告する。

サーマルオプティカル・リフレクタンス法で行った。分

また、PM2.5と同時に調査した浮遊粒子状物質（以下、「SPM」

析条件は表３の通りである。
表３という）についてもその結果を報告する。

２調査方法

(1)

調査地点

炭素フラ設定温度 分析雰囲気
クション
OC1120℃
He
OC2250℃
He
OC3450℃
He
OC4550℃
He
EC1550℃
98％He+2％O2
EC2700℃
98％He+2％O2
EC3800℃
98％He+2％O2

調査地点は表１に示した。一般環境大気測定局（以下、｢一般環境｣という）９地点、自動車排出ガス測定局（以下、｢道路沿道｣という）８地点の、都内17地点である。
調査地点の詳細は文献2)の通りである。

東京都環境科学研究所年報

炭素成分の分析条件

2010

- 138 ３

結果

図４に示した。図３によれば、PM2.5中の炭素濃度は、各

(1)

炭素濃度

季節とも道路沿道の濃度が一般環境よりも高かった。季①

地点別炭素濃度

節別に見ると、秋期の濃度が高いが、この秋期の濃度上

PM2.5及びSPMに含まれる炭素成分の地点別の炭素濃度

昇は有機炭素成分に因るところが大きかった。一方、こを炭素フラクションに分けて図１、図２に示した。なお、の有機炭素濃度は一般環境、道路沿道とも夏期が最も低ここで、各炭素フラクションの特性を見るにあたり、今い値であった。
SPMについても図４に示したが、PM2.5の場合と概ね同回の調査でのPyroの大部分はEC1フラクションに含まれることから、EC1からPyroを引いて、この（EC1-Pyro）を様の傾向が認められた。

この報告での元素状炭素のフラクションは（EC1-Pyro）、EC2、EC3の３フラクションが得られる。この場合、これ
ら３フラクションの和は（EC1+EC2+EC3-Pyro）となり、濃度(μ/m3)

一つのフラクション項目として仮定した。したがって、これは元素状炭素に等しい。

く影響していることが認められ、一般環境に比べて自動車の影響が大きい道路沿道ではこのフラクションが特に高濃度であることに因っている。

濃度(μ/m3)

素及び全炭素（有機炭素+元素状炭素）の濃度変動に大き次に、図２によれば、SPMについてもPM2.5の場合と概① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫⑬ ⑭ ⑮⑯ ⑰濃度(μg/m3）

図１

図４

SPM中の季節別濃度

炭素フラクション濃度及び全炭素中の割合①PM2.5中の炭素フラクション濃度
一般環境、道路沿道におけるPM2.5について、季節別の炭素フラクション濃度を図５に示した。炭素成分フラクションとしては（EC1-Pyro）の濃度が最も高く、次いでOC2、OC3、Pyro、OC4、EC2、OC1の順であった。EC3の濃PM2.5中の地点別濃度度は非常に低かった。また、一般環境と道路沿道を比較

9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.00.0EC3EC2EC1-Pyro
Pyro
OC4OC3OC2OC1① ② ③④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫ ⑬ ⑭ ⑮ ⑯ ⑰

図２②

道路沿道

(2)

SPM中の地点別濃度

すると、低濃度のEC3を除けば道路沿道の濃度が高かった。しかし、Pyroについてはわずかではあるが、一般環2.5濃度（μg/m3)）濃度(μg/m3）

0.0

一般環境

冬期

1.0

秋期

2.0

夏期

3.0

PM2.5中の季節別濃度

春期

4.0

道路沿道

冬期

5.0

秋期

EC3EC2EC1-Pyro
Pyro
OC4OC3OC2OC16.0

夏期

8.0
7.0

EC3EC2EC1-Pyro
Pyro
OC4OC3OC2OC1EC3EC2EC1-Pyro
Pyro
OC4OC3OC2OC1
春期

ね同様の傾向が認められた。

1098765
432
10

冬期

図３秋期

炭素フラクションの(EC1-Pyro）の濃度変化が、元素状炭

夏期

一般環境

春期

環境に比較して高い傾向にある。これは、主要な元素状

冬期

秋期

図1によれば、PM2.5中の炭素濃度は道路沿道地点が一般

夏期

春期

8765432102
一般環境
道路
沿道

1.5
10.50

季節別炭素濃度

OC1 OC2

調査した17地点を一般環境と道路沿道とに分けて、季節別の炭素濃度を炭素フラクションごとに求め、図３、

東京都環境科学研究所年報

OC3 OC4 Pyro EC1-Pyro EC2 EC3

注：各フラクションとも棒グラフは左から春期、夏期、秋期、冬期

図５

2010

PM2.5中の炭素フラクション濃度

- 139 例である。既に述べたように、有機炭素フラクション濃境の濃度が道路沿道よりも高かった。
次に、季節別に炭素フラクション濃度を見ると、低濃度は秋期が高くて夏期が低いが、このOC2フラクション度のEC3を除いてOC1、OC3、OC4、Pyro、(EC1-Pyro)の濃は夏期の濃度が高かった唯一の有機炭素フラクション度は秋期が最も高かった。OC2とEC2は夏期の濃度が高か例である。この夏期について見ると、一般環境では都心った。また、OC2以外の有機炭素フラクションは夏期の濃部から遠く離れた青梅市東青梅（調査地点⑥）が高濃度度が最も低かった。

であった。また、道路沿道でも同様に多摩部（調査地点②⑮~⑰）がやや高い傾向が認められた。

全炭素中の炭素フラクション割合
一般環境、道路沿道におけるPM2.5について、季節別の、図８に示したOC3フラクションの例では、OC2と同様に全炭素に占める炭素フラクション割合を求め、その結果

道路沿道では多摩部が高い傾向が認められるが、季節的を図６に示した。各フラクションの割合は一般環境と道には大きく異なり、夏期が最も低濃度であった。

り、Pyro以外にもOC2、OC3、OC4の有機炭素フラクションは一般環境の方が高い割合であった。含まれる割合の低いEC3を除く（EC1-Pyro）、EC2の元素状炭素フラクションは道路沿道の割合が高かった。

濃度(μg/m3)

路沿道を比べると、炭素フラクション濃度の場合と異な

1.81.61.41.2
10.80.60.4

次に、季節別に、全炭素に占める炭素フラクション割

春期
夏期
秋期
冬期

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰
調査地点

合を見ると、OC2は夏期の割合が高いが、これ以外の有機炭素フラクションは夏期の割合は低かった。低割合の

図８

PM2.5中のOC3フラクション濃度

EC3を除く元素状炭素フラクションでは、(EC1-Pyro)は次に、一般環境と道路沿道を比較して一般環境の濃度夏期から冬期にかけて高くて、春期の割合が低かった。

が高かったPyroについて図９に示した。このフラクショ

EC2は夏期の割合が高く、秋期の割合が低かった。

ンは秋期、冬期が高濃度であり、夏期が低濃度であった。
しかし、青梅市東青梅では夏期の濃度が最も高い値とな35った。

25

一般環境
道路沿道

2015
10
50

OC1OC2OC3

OC4

Pyro EC1-Pyro EC2 EC3

注：各フラクションとも棒グラフは左から春期、夏期、秋期、冬期

1.4

濃度(μg/m3)

割合（％）

301.21

春期
夏期
秋期
冬期

0.80.60.4

図６①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰
調査地点

全炭素中の炭素フラクション割合(3)

主要な炭素フラクションの地域的特徴と季節特性①PM2.5中の炭素フラクション濃度と特徴

図９

別に図７から図10に示した。図７はOC2フラクションの濃度(μg/m3)1.61.41.2濃度(μg/m3)

PM2.5中の主要な炭素フラクション濃度を地点別、季節

春期
夏期
秋期
冬期

10.8

PM2.5中のPyroフラクション濃度

3.7
3.2
2.7
2.2
1.7
1.2
0.70.2

春期
夏期
秋期
冬期

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰
調査地点

0.6①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰
調査地点

図７

PM2.5中のOC2フラクション濃度

図10

PM2.5中の(EC1-Pyro)フラクション濃度図10には炭素フラクションとしての濃度が最も高い元素状炭素フラクションである(EC1-Pyro)を示した。図東京都環境科学研究所年報2010

- 140 によれば、道路沿道地点の濃度が高いが、交通量の少な高い傾向であった。季節としては春期や冬期が高いが、い連雀通り下連雀（調査地点⑮）は低濃度であった。一季節間の差は比較的少なかった。
図14には元素状炭素成分である(EC1-Pyro)のフラク

般環境では多摩部（調査地点⑥~⑨）の地点の濃度が低い傾向であった。

ション割合を示した。Pyroフラクションとは対照的にい②ずれの季節も一般環境よりも道路沿道の割合が高かっ全炭素中の炭素フラクション割合と特徴
主要な炭素フラクションについて、全炭素に占める割た。車の走行量の少ない連雀通り下連雀では低い値であ合を求め、地点別、季節別に図11から図14に示した。図った。また、一般環境では多摩部では区部に比べて低い

11はOC2フラクションの例である。炭素フラクション割合傾向であった。季節としては、秋期や冬期の割合が高くで見ると、夏期の割合が明らかに高く、道路沿道よりもて春期が低かった。

一般環境の方が高かった。一般環境では多摩部の割合が割合(%)

割合(%)

高いという結果ではなかった。
2826242220181614春期
夏期
秋期
冬期

春期
夏期
秋期
冬期

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰
調査地点

図14①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰
調査地点

図113833282318138

全炭素中のOC2のフラクション割合４

全炭素中の(EC1-Pyro)のフラクション割合

おわりに
東京都内の大気環境におけるPM2.5については、現状割合が高く、夏期が低い。夏期の場合、一般環境では多では新たに設定された環境基準を必ずしも満たす状況摩部の地点が高い傾向であった。にはない。ここで報告した炭素成分はPM2.5に含まれる主割合(%)

次に、OC3のフラクション割合を図12に示した。秋期の要な成分であり、重量組成比で３割近くを占めている。

22201816141210

この報告で、PM2.5中の炭素成分についてフラクション別
春期
夏期
秋期
冬期

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰
調査地点の地域的特徴及び季節特性が得られた。この特徴や特性は、それらの発生源や生成機構を反映しているものと推定される。今後は、発生源における排出粒子中の炭素成分のフラクション特性の把握に加えて、都が共同研究で実施したPM2.5に含まれる放射性炭素同位体測定（国立環全炭素中のOC3のフラクション割合

境研究所）やレボグルコサン分析（埼玉大学)の調査結図13にはPyroのフラクション割合を示した。このフラ果などを合わせて、PM2.5中の炭素成分の発生源等につい

図12

クションはいずれの季節も道路沿道よりも一般環境の割て検討して行く予定である。

割合(%)

合が高く、その一般環境では多摩部の地点が区部よりも28

参考文献23１）環境省、大気中微小粒子状物質（PM2.5）測定方法暫
春期
夏期
秋期
冬期

18138改訂版（2007）

２）三好猛雄ら、PM2.5大気環境調査について、東京都
環境科学研究所年報2009、P110-113（2009）３）関東地方環境対策推進本部大気環境部会浮遊粒子状①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰
調査地点

図13

定マニュアル

物質調査会議、平成20年度浮遊粒子状物質合同調査

全炭素中のPyroのフラクション割合

報告書（CD版）

東京都環境科学研究所年報

2010