福岡県保健環境研究所年報 第35号､93－97､2008

短報
大気中の炭素成分(EC､OC)の挙動及び他成分との関係－ 日毎のデータ解析 －藤川和浩、山本重一、田上四郎、力 寿雄、大石興弘、岩本眞二
浮遊粒子状物質(SPM)は､黄砂､煙霧時に高濃度が観測され､また光化学オキシダント(Ox)の高濃度時にも高くなる傾向がある。SPM ､特に粒径2.5μm 以下の微小粒子(PM2.5)は､健康影響が大きいことが指摘されており1)、この中には､二次生成粒子とともに炭素成分(元素状炭素及び有機炭素)が含まれている。そこで､これらの炭素成分と地域汚染である自動車排出ガスあるいは黄砂･煙霧等の越境大気汚染との関係を検討するため､太宰府市にある福岡県保健環境研究所の屋上において､2007年の1月から12月までの1年間､浮遊粉じんを捕集し、元素状炭素(EC)と有機炭素(OC)濃度を分析した。その結果､ EC ､ OC の年間平均値は、それぞれ2.5μg/m3、3.4μg/m3で、EC は冬季に高く､ OCは春季に高い傾向が見られた。年間を通して､ EC よりも OC が多く､ OC/EC 比は年平均1.35で春季に最も高かった。また､黄砂､煙霧及び Ox 高濃度日には､ EC ､ OC が年間平均値よりも高い値であったが､ EC/SPM 比､ OC/SPM 比は共に年間平均値より小さく､黄砂､煙霧に伴う炭素成分の越境汚染の影響は小さいと考えられた。ただ､ Ox 高濃度日には､ OC/EC 比が大きく､二次生成 OC の寄与があることが示唆された。また､同地点の常時監視測定局で測定した大気汚染物質との相関は､ EC-NOx 間､ OC-SPM 間の成分間で高い相関( r= 0.6 以上)があり､平日は休日に比べ、EC で4割､ OCで2割高いことから､特に EC においては自動車排出ガスとの関連が認められた。
［ キーワード ： 元素状炭素(EC)､有機炭素(OC)､粒子状成分､季節変化 ］
１

生成粒子もある。炭素成分(EC+OC)は、福岡市 2)、はじめに大気中に浮遊する粒子状物質、特に粒径2.5μm 以奈良市3)で SPM の25％前後を占め、広島市4)では道下の微小粒子(PM2.5)による大気汚染が問題となっ路沿道において PM2.5の約4割を占め、そのうち約ており、呼吸器や循環器などの人体への影響が懸念

6割が EC、約4割が OC であることが報告されていされている。環境大気中のエアロゾルにはさまざまる。福岡県でも幹線道路近傍で EC の高い結果が得な物質が含まれているが、炭素成分はその主要な成られており、炭素成分調査の多くが自動車排出ガス分で、ガス状成分と異なり、成分が多種にわたり、との関係を指摘している5)。

その組成も均一ではなく、特に季節に応じてかなり最近、SPM は黄砂、煙霧時に高濃度が観測され、の違いがあると考えられる。その炭素成分は、元素また光化学オキシダント(Ox)時にも高くなる傾向が状炭素(EC)と有機炭素(OC)とに分類され、EC は、見られている。このような現象には越境汚染が懸念

炭化水素が高温で不完全燃焼する際などに生成し、されているが、高濃度現象時の炭素成分の挙動につ主にボイラーや自動車などでの化石燃料の燃焼によいてはほとんど検討されていない。って排出される。一方、OC は、有機物に含まれる

そこで、SPM 中の EC、OC について、1年間日毎炭素を指し、数百種類以上あることが知られており、調査を行い、EC、OC 濃度の季節変化、他成分との未把握のものも多数あると考えられている。OC の関係を調べるとともに、黄砂・煙霧等の越境大気汚由来は様々で、発生源から直接排出される一次生成染及び自動車排出ガスとの関係について検討した。

粒子だけでなく、大気中での光化学反応などにより、
２気体の揮発性有機化合物(VOC)が凝縮して粒子化方法
調査地点は、福岡県太宰府市の福岡県保健環境研

して、元々浮遊している粒子に吸着してできる二次福岡県保健環境研究所(〒818-0135 太宰府市大字向佐野39)－93－

究所である。当所は、福岡市の中心部から南東約17km

春季を3～5月、夏季を6～8月、秋季を9～11月、冬季にあり、近傍に大規模なばい煙発生施設はなく、西を 12～2月とした。年間の平均値では、EC 2.5μg/m3

側220m に九州自動車道、西側570m に県道31号線、(最大値6.6μg/m3)、OC 3.4μg/m3(最大値8.2μg/m3)、東側430m に国道3号線が走っている。九州自動車道

TC 5.9μg/m3(最大値14.0μg/m3)であった。の平日24時間交通量は90700台、国道3号線は59500台、県道31号線は33900台である(平成17年度道路交5206)

通センサス) 。大気中の粒子状物質の捕集は、当研EC究所の屋上(測定場所15m)において、2007年の1年間

OCSO

2441631228143EC,OC(μg/m ）ュウムエアーサンプラーで、石英繊維フィルター(東京ダイレック製 PALLFLEX Membrane Filter)を用いて、20L/min で24時間毎(9:00交換)に粒子状成分を捕集した。採取後の試料はペトリケースに入れ保存

SO4 2- (μg/m 3 ）(1月～12月)、粒径カットなしのニール式ローボリした。分析方法は、元素分析装置(ヤナコ製 CHN コーダー MT-5)を用い、以下のように EC 及び OC を測定した。セラミックボートを950℃で空焼きし炭素成分を除去した後、吸引捕集した石英フィルター00
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

試料を入れ、燃焼炉600℃、He 気流中で燃焼して求めた炭素濃度を OC とし、OC を測定した後の同じ

図1

EC、OC 及び硫酸イオン濃度の経月変化試料を用いて、燃焼炉950℃、He-O2 気流中で燃焼して求めた炭素濃度を EC とし、これらを合計したもEC は冬季に最も高く、最大値も秋季、冬季に高い濃のを総炭素濃度(TC)とした。また、同じ石英フィル度であった。冬季は暖房等の化石燃料の使用が増加

ター試料を用いて粒子中の硫酸イオンをイオンクロするとともに､逆転層といわれる大気の層が出来やす

マトグラフ法で分析し、大気汚染物質は、一般大気く、大気の対流が抑えられて安定化することにより常時監視太宰府局(研究所敷地内)の測定データを用濃度が高くなることが考えられる。これに対し、OCいた。黄砂及び煙霧の判断や雨は、福岡管区気象台は平均値、最大値ともに春季に最も高く、EC との違の気象月報を参考にした。

いが見られた。硫酸イオン濃度は､煙霧時、また Ox高濃度時に高い傾向が見られているが、5月～7月に３高く、EC より OC と類似した変化を示した。

結果及び考察３．１

次に TC 濃度及び OC/EC 比を図2に示した。

炭素成分(EC ､ OC)濃度の季節変化

炭素成分濃度の季節毎及び年間平均値を表1に、
EC ､ OC 及び硫酸イオン濃度の経月変化を図1に示105.0した。

OC3(μg/m )TC3(μg/m )2007年の炭素量の測定結果

区分

春(3～5) 夏(6～8) 秋(9～11) 冬(12～2) 全体平均

平均値

2.6

1.9

2.6

3.0

2.5

最大値

6.3

4.0

6.6

6.5

5.8

最小値

0.4

0.2

0.5

0.2

0.3

標準偏差

1.3

0.9

1.2

1.4

1.2

平均値

3.8

2.8

3.3

3.6

3.4

最大値

8.2

5.9

7.7

6.4

7.1

最小値

1.3

1.4

1.6

1.1

1.4

標準偏差

1.4

1.0

1.0

1.2

1.1

平均値

6.4

4.8

5.9

6.5

5.9

最大値

14.0

9.0

13.1

11.9

12.0

最小値

2.1

1.92.21.41.9

標準偏差2.61.72.02.52.2

OC/EC84.063.042.021.0

OC/EC 比表1TC(μg/m 3)

EC3(μg/m )TC00.01月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

図2－94－

TC 及び OC/EC 比の経月変化

TC も冬季から春季に高い濃度であった。年間を通じ

EC-NOx 間､ OC-SPM 間の成分間で高い相関( r= 0.6て、EC よりも OC が多く存在し、OC/EC 比の年平以上)があり､特に EC は自動車排出ガスとの関連が均値は1.35であり、春季や夏季には1.48と高い傾向認められた。

を示し、特に4～6月、8､9月の OC/EC 比は2前後と ECに比べ OC が多く存在した。このことから OC 濃度表3の上昇には春季及び夏季の光化学反応により生成しOC

大気汚染物質間の相関
EC

TC

SPMた有機性の二次生成粒子が関与している可能性が考OC

1

えられた。

EC0.77

1TC0.940.94

1３．２

SPM

0.61

0.520.60

1Ox

0.18 -0.06

0.060.47

煙霧､黄砂､ Ox 高濃度時の炭素成分濃度

黄砂､煙霧､ Ox 高濃度時の炭素成分濃度及び SPMとの関係を表2に示した。
表2

煙霧､黄砂､ Ox 高濃度時の炭素量と SPM

Ox

NO2NO

NOx

1NO0.230.50

0.39 -0.14 -0.60

NO210.41

0.65

0.57

0.08 -0.37

0.65

1NOx

0.33

0.62

0.51 -0.05 -0.55

0.940.88

1ECOCSPM
EC/SPM
OC/EC(μg/m3) (%)(μg/m3) (μg/m3)

OC/SPM(%)

年間 (338)

2.50

3.36

1.352410.614.3

また、大気汚染物質との経月変化を図3に示した。

煙霧 (37)

2.81

3.58

1.27377.79.7

この 図か らも 明らか なよ うに、EC は 年 間を通じて

黄砂 (14)

3.25

4.74

1.4653

6.1

8.9NOx(日毎のデータより相関係数 r= 0.62 )と、春夏季は

雨

2.08

2.80

1.352110.013.5

SPM(同 r= 0.57 )と似た変化をしている。また、OC のOx>60ppb(10） 3.46

5.46

1.58595.99.3

秋冬季は NOx(同 r= 0.52 )と、春夏季は Ox(同 r= 0.49 )(日数)(110)と似た挙動を示した。このことからも EC の自動車排北部九州では黄砂､煙霧､ Ox の越境汚染の影響が大きいと言われている7)8)。このような現象時には他の汚染出ガスの影響、また2次生成の OC が SPM に寄与していることが認められた。

物質も同時に移流してくることが予想され、炭素成分60

6OC の平均値は､ EC で2.8μg/m3､ OC で3.6μg/m3であり､黄砂時は､ EC で3.3μg/m3､ OC で4.7μg/m3で、年SPM
Ox
NOx
OCEC

50

平均値よりやや高い値であったが､ EC/SPM ､ OC/SPM に対する EC 及び OC の割合は小さいと考えられた。また､ Ox の日平均 60 ppb 以上の日も EC と OC の両者の濃度がともに高くなったが､ EC/SPM 比､ OC/SPM 比は低い値であった。
このことから黄砂、煙霧及び Ox 高濃度日における炭素成分の越境汚染の影響は小さいと考えられた。しかSPM,Ox,NOx(ppb,μg/m 3)

SPM 比は共に年間平均値より小さく､黄砂､煙霧時の5404303202101EC,OC(μg/m 3)についても同様の可能性が考えられる。煙霧時の EC ､し、Ox 高濃度日の場合、年間平均に比べ OC/EC 比は高い値であった。Ox の日平均 60 ppb 以上の日は春

001月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

季及び夏季で、光化学反応が高いことが考えられ、二次生成 OC の寄与が高いことが示唆された。特に2007

図3

大気汚染物質の経月変化

年は Ox 高濃度発生頻度が増えており、光化学活性の高い春夏季には二次生成有機エアロゾルの SPM に対する寄与が無視できないと思われる。

３．４

平日及び休日の炭素成分濃度

平日と休日(土日祝祭日)の TC 及び EC、OC の平３．３

大気汚染物質との関係

日/休日比を図4に示した。交通量は平日と休日では太宰府局で測定された大気汚染物質との相関係数異なり、それに伴う炭素成分濃度の変化を調べた。

(日毎のデータ)を表3に示した。

ほとんどの月で、平日 TC よりも休日 TC が少なく、－95－

自動車台数の影響を反映していたと考えられる。OC寄与あるいは移流の影響があることが推定された。の平日/休日比(OC 比)と EC の平日/休日比(EC 比)

更に、EC、OC と大気汚染物質との相関から、EC-NOxは同様の経月変化を示しているが、EC 比が OC 比に間、OC-SPM 間で関連していることが示唆され、ま比べて大きく顕著な差を示した。

た、平日と休日の EC ､ OC 濃度比較から、交通量に対応して休日より平日に濃度が高く、特に EC において自動車排出ガスの影響が大きいことが示唆さ

2.01614

平日TC

休日TC

れ、EC は、地域汚染、特に自動車由来であること

OC比

EC比が認められた。2009年の10月からはディーゼル自動1.512車の排出ガス規制が一段と強化され、EC の濃度は減少すると考えられるが、OC については、Ox 濃度1.08が上昇傾向にあることから二次生成する OC の増加

EC,OC比TC(μg/m 3 )10が予想され、今後も継続して調査する必要があると考えられる。

60.542

文献01) 岩井和郎：浮遊粒子状物質の健康影響に関する

0.0
1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月 10月 11月 12月

研究の動向
図4－環境大気対策の新しい Target －、大気環境学会誌、32、323-330、1997

平日と休日の炭素量

2）渡邉政彦･古賀公泰･大江慎･篠塚正義･高原啓二･
平日/休日の EC 比、OC 比の年平均値は、EC で1.4､古川滝雄：福岡市における浮遊粒子状物質の動向

OC で1.2と平日/休日比が高いことから､特に EC はについて(第2報)、福岡市保健環境研究所年報、2自動車排出ガスとの関連が認められた。この結果か

2、128-133 、1997

ら、休日は、周辺道路の自動車交通量が減少するた

3）松本光弘･笠野光夫･斉藤和夫･冨田晋：奈良市にめ、それに応じて減少していると考えられ、自動車おけるエアロゾルの炭素成分の挙動、全国公害

由来ガスは、EC の方が OC に比べて自動車に由来

研会誌、14、173-177 、1989
4）後田俊直･調枝勝幸：広島市の道路沿道におけるしていることが示唆された。

大気微小粒子(PM2.5)の特性、広島県保健環境４センター研究報告、10、47-52、2002

まとめ
地域汚染である自動車排出ガスや越境汚染である

5）濱村研吾･岩本眞二･宇都宮彬･大石興弘･下原孝

黄砂･煙霧と大気中の粒子状の炭素成分との関係を

章･久富啓次：福岡県内の幹線道路近傍の大気環検討するため、太宰府市において2007年の1月から1

境及び自動車の影響、福岡県保健環境研究所年2月までの毎日の炭素成分濃度を測定した。2007年

報、27、49-53 、2000

336）福岡県:平成17年度道路交通センサス一般交通量の年間平均値は、EC で2.5μg/m (最大値6.6μg/m )、33

調査(箇所別基本表)報告書、2005

OC で3.4μg/m (最大値8.2μg/m )であり、年間を通して､ EC よりも OC が多く存在し、EC は冬季に高7) I.Uno,E.-S.Jang.T.Shimohara,O.Oishi,A.Utsunomiya,S.

く、OC は春季に高い結果であった。煙霧、黄砂日

Hatakeyama,K.Murano,Xiaoyan Tang and Yong Pro

及び Ox 高濃度日は、EC や OC の両者共に濃度が高

Kim:Wintertime

くなるが、SPM 中の EC ､ OC の割合である、EC/SPM

Pollution over East Asia simulated by a Long-Rangeと OC/SPM は、年間平均値より小さく、越境汚染にTransportより移流する SPM 中の EC ､ OC は少ないと考えら

Vol.4、No.1、3-12、2000

IntermittentModel, GlobalTransboundary

Air

Environmental Researchれた。また、年間を通じて、EC よりも OC が多く、OC

8）岩本眞二･大石興弘･田上四郎･力寿雄･山本重一:/EC 比は春夏季に、また Ox 高濃度日に高いことか

福岡県における光化学オキシダントの高濃度要

ら、春季、夏季は光化学反応による二次生成 OC の因の分類、大気環境学会誌、43、173-179、2008－96－

（英文要旨）The behavior of carbon compounds (EC,OC) in aerosols ,and its relationships with other compounds.
－ analysis of daily data －Kazuhiro FUJIKAWA, Shigekazu YAMAMOTO, Shiro TAGAMI,Hisao CHIKARA, Okihiro OISHI and Shinji IWAMOTO
Fukuoka Institute of Health and Environmental Sciences,
Mukaizano 39, Dazaifu, Fukuoka 818-0135, Japan
High concentrations of the suspended particulate matter (SPM) are often observed on the days with yellow
sand, haze, and high photochemical oxidants (Ox). SPM, a particularly fine particle (PM2.5) with a particle
size equal to or less than 2.5μm and includes a carbon component (elemental carbon and organic carbon),affects human health. Therefore, the elemental carbon (EC) and organic carbon (OC) in SPM wereinvestigated in samples collected on the roof of Fukuoka Institute of Health and Environmental Sciences in
Dazaifu-city for one year between January and December 2007 to determine the influence of automobile
exhaust gas, which is local pollution. The relation of local pollution to the transportation of air-borne particles
from the continents, such as yellow sand, haze and Ox with these carbon component, was investigated. As aresult, annual average concentration of EC and OC was 2.5μg/m3 and 3.4μg/m3 respectively, EC
concentrations were high in winter, OC concentrations were high in spring. OC concentrations were higher
than EC concentrations through the year, and the OC/EC ratio was 1.35 for the yearly average, and was thehighest in spring. In addition, EC and OC showed higher concentrations than the annual mean on the days ofyellow sand, haze and high Ox concentration, but the EC/SPM ratio and the OC/SPM ratio were less than theannual mean. Therefore, it was thought that the influence of particle transportation from the continent, such as
yellow sand, haze and Ox, is small. Since OC/EC ratios rose on high Ox concentration days in spring andsummer, it was suggested that secondary OC generated on these days. In addition, EC was related toautomobile exhaust gas because the correlation coefficient between EC and NOx was more than 0.6, and EC
and OC concentrations on weekdays were 40% and 20% higher than those on holidays, respectively.
［ Keywords； Elemental carbon(EC)，Organic carbon(OC)，Particulate matter，Seasonal variations ］－97－