P-6環境

空気中の極微量成分を空気中の極微量成分をリアルタイムに測定する
リアルタイムに測定する環境■ はじめに■我々が呼吸している空気中には、窒素、酸素のような大はじめに気主成分のほかに、さまざまな種類の大気微量成分が含我々が呼吸している空気中には、窒素、酸素のような大まれている。中には、それ自体に毒性があるものや、大気気主成分のほかに、さまざまな種類の大気微量成分が含中で反応（光化学反応）して有害なものを生成したりして、まれている。中には、それ自体に毒性があるものや、大気人の健康や環境に悪影響を及ぼすものがある。代表的な中で反応（光化学反応）して有害なものを生成したりして、ものは、大気汚染問題で、人間活動によって放出された人の健康や環境に悪影響を及ぼすものがある。代表的な
揮発性有機化合物（VOC）と窒素酸化物（NOx）が光化学
ものは、大気汚染問題で、人間活動によって放出された反応により、光化学オキシダントやPM2.5と呼ばれる微小
揮発性有機化合物（VOC）と窒素酸化物（NOx）が光化学粒子を生成する。特に、粒子の場合、健康影響だけでなく、反応により、光化学オキシダントやPM2.5と呼ばれる微小気象場の変化による地域スケールでの水循環や将来の粒子を生成する。特に、粒子の場合、健康影響だけでなく、気候にも影響を及ぼすと考えられている。その影響を定気象場の変化による地域スケールでの水循環や将来の量的に評価していくには、粒子生成機構の解明が必要で気候にも影響を及ぼすと考えられている。その影響を定ある。それには、大気に直接放出、もしくは、光化学反応量的に評価していくには、粒子生成機構の解明が必要でによって生成される揮発性が低い化合物（そういうものがある。それには、大気に直接放出、もしくは、光化学反応粒子生成をもたらす）を高感度に計測できる技術が必要によって生成される揮発性が低い化合物（そういうものがである。我々は、化学イオン化オンライン質量分析法を用粒子生成をもたらす）を高感度に計測できる技術が必要いて、揮発性の低い化合物をリアルタイムに測定して、大である。我々は、化学イオン化オンライン質量分析法を用気中で起こっている未検出の現象を捉えようとしている。
いて、揮発性の低い化合物をリアルタイムに測定して、大気中で起こっている未検出の現象を捉えようとしている。
■ 活動内容１．化学イオン化オンライン質量分析法（CIMS）について■
活動内容
化学イオン化は、あらかじめ生成しておいた試薬イオン
１．化学イオン化オンライン質量分析法（CIMS）についてと空気中の化合物を反応させてイオンを生成させる方法
化学イオン化は、あらかじめ生成しておいた試薬イオンで、その生成イオンを質量分析計で検出する。試薬イオンと空気中の化合物を反応させてイオンを生成させる方法
をうまく選ぶことにより、限られた化合物とのみ限られた反で、その生成イオンを質量分析計で検出する。試薬イオン応を起こすことが可能となり、多種多様な成分が混在するをうまく選ぶことにより、限られた化合物とのみ限られた反大気試料でも、測定したい化合物を測定することができ応を起こすことが可能となり、多種多様な成分が混在するる。
大気試料でも、測定したい化合物を測定することができる。表１に、フィールド観測や反応実験に用いられるCIMSの試薬イオンの種類と生成法をまとめた。正イオン化の
表１に、フィールド観測や反応実験に用いられるCIMS+
CIMSとしては、H3O を試薬イオンとした陽子移動反応－の試薬イオンの種類と生成法をまとめた。正イオン化の質量分析計（PTR-MS装置）など、放射線源（RI）を用いてCIMSとしては、H3O+を試薬イオンとした陽子移動反応－いないもの（非RI）が市販化されており、多く使われている質量分析計（PTR-MS装置）など、放射線源（RI）を用いてのに対し、負イオン化のCIMSは、市販品があるが、イオンいないもの（非RI）が市販化されており、多く使われている源にはRIが用いられている。のに対し、負イオン化のCIMSは、市販品があるが、イオン
２．NO+－CIMSによるアルカンのリアルタイム計測源にはRIが用いられている。
++
前述のH
3O を試薬イオンとしたPTR-MSはVOCを高感２．NO－CIMSによるアルカンのリアルタイム計測度に測定する装置として、世界中で広く使われている。イ
前述のH3O+を試薬イオンとしたPTR-MSはVOCを高感オン化は陽子親和力の差を利用したもので、H2Oの陽子度に測定する装置として、世界中で広く使われている。イ親和力よりも大きい化合物には陽子の移動反応が起こり、オン化は陽子親和力の差を利用したもので、H2Oの陽子陽子が付加したイオンが検出される。しかし、アルカンの親和力よりも大きい化合物には陽子の移動反応が起こり、場合、陽子が付加したイオンは不安定で分解してしまうた
め、アルカンの検出には向かない。我々は、アルカンと場合、陽子が付加したイオンは不安定で分解してしまうた+との反応でヒドリドイオン（H‒）移動反応が起こることかNOめ、アルカンの検出には向かない。我々は、アルカンと++‒－CIMSが大気中のアルカンのリアルタイム計測にら、NOとの反応でヒドリドイオン（H）移動反応が起こることかNO1)+利用できることを示し、実際、ガソリン自動車の駐車時やら、NO －CIMSが大気中のアルカンのリアルタイム計測に給油時に放出されるガソリン成分（アルカン、アルケン、芳利用できることを示し1)、実際、ガソリン自動車の駐車時や
2)
香族炭化水素）の計測を市販の装置を用いて行った。
給油時に放出されるガソリン成分（アルカン、アルケン、芳2)
３．AcOH•AcO‒－CIMSの独自開発
香族炭化水素）の計測を市販の装置を用いて行った。
‒負イオン化のCIMSの市販品は海外ではよく使われるよ
３．AcOH•AcO－CIMSの独自開発うになったが、日本ではRIの使用は管理区域内に制限さ
負イオン化のCIMSの市販品は海外ではよく使われるよ‒‒れるため、普及していない。SO
2Cl /Cl を試薬イオンとした
うになったが、日本ではRIの使用は管理区域内に制限さ‒‒‒が付加
CIMSが日本で開発されているが、生成イオンはClれるため、普及していない。SO
2Cl /Cl を試薬イオンとした‒
したイオンとして検出され、Clには分子量35と37の同位体
CIMSが日本で開発されているが、生成イオンはCl が付加が存在するため、質量スペクトルが複雑であるという問題したイオンとして検出され、Clには分子量35と37の同位体があった。我々は、酢酸－アセテートクラスタ（AcOH•AcOが存在するため、質量スペクトルが複雑であるという問題‒）を試薬イオンとしたRIを用いないCIMSの開発に独自にがあった。我々は、酢酸－アセテートクラスタ（AcOH•AcO‒
成功し、大気中で酸化されて生成する低揮発性のカルボ）を試薬イオンとしたRIを用いないCIMSの開発に独自に
3)
ン酸やヒドロペルオキシドの検出ができることを示した。
成功し、大気中で酸化されて生成する低揮発性のカルボン酸やヒドロペルオキシドの検出ができることを示した。3)■ 発表論文1) Inomata,S.et al., Chem. Lett. 43, 538 (2014).
■
発表論文
et al.al., ,Chem.
Atmos.
Environ.
166 (2015);
2)
Yamada,H.
Lett.
43, 538107,(2014).
1) Inomata, S.etetal.
,Atmos.
Environ.
120,455(2015).
Yamada,H.
2) Yamada,H.et al., Atmos. Environ. 107, 166 (2015);
3) Inomata,S.etand
J., Chem.
Lett.
38 (2017)
al.,Hirokawa,
Atmos. Environ.
120,45546,(2015).
Yamada,H.
CIMSの試薬イオンの種類と生成法
表１3) Inomata, S. and Hirokawa, J., Chem. Lett. 46, 38 (2017)
試薬ガス
生成法
市販品
CIMS の試薬イオンの種類と生成法
表１試薬
イオン
非RI
RI
試薬試薬ガス
生成法
市販品
イオン

正イオン化
非 RI

RI

H3O++NO+
H
3O+O
2+NO++XeO, Kr+2++
XeHg, Kr++Li
Hg+

H2正イオン化
O✔
air✔
H2O✔
O✔
2air
✔
Xe,Kr✔
O2
✔
HgKr
✔
Xe,
✔
Li+ emitter
✔
Hg✔

✔
✔
✔
✔
✔

Li+AcO‒‒CF3O‒AcO‒
ICF(H2O)‒n3O‒‒NO3I (H2O)n‒‒SONO‒
2Cl /Cl
3‒
AcOH•AcOSO Cl‒/Cl‒

負イオン化
Li+ emitter✔
(CH3CO)2O
負イオン化(CFCO)
3O)2(CH32O
CH
3I(CF3O)
2HNO✔
CH3I3CH
✔
3Cl
HNO3✔
(CH✔
3CO)2O
CHCl✔

AcOH•AcO‒(CH3CO)2O

2✔

✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔

○（非 RI）○（非 RI）○（非RI）○（非 RI）
RI）○（非○（非○（非 RI）
RI）○（非RI）○（非 RI）○（非RI）○（非 RI）○（非 RI）
○（RI）
○（RI）
○（RI）
○（RI）
○（RI）
○（RI）

✔

3

✔

陽子が付加したイオンが検出される。しかし、アルカンの代表発表者
所
属
代表発表者
所
属
問合せ先
問合せ先

猪俣 敏 （いのまた さとし）
国立研究開発法人国立環境研究所
猪俣敏 （いのまた さとし）
環境計測研究センター反応化学計測研究室
国立研究開発法人国立環境研究所■キーワード： （1）化学イオン化質量分析法（2）大気微量成分■キーワード： （1）化学イオン化質量分析法（3）オンライン計測（2）大気微量成分■共同研究者： 谷本浩志（国立環境研究所）（3）オンライン計測
廣川淳（北海道大学）■共同研究者： 谷本浩志（国立環境研究所）
山田裕之（交通安全環境研究所）
廣川淳（北海道大学）〒305-8506 茨城県つくば市小野川 16-2
環境計測研究センター反応化学計測研究室
FAX：029-850-2579
TEL：029-850-2403〒305-8506
茨城県つくば市小野川
16-2
ino@nies.go.jp
TEL：029-850-2403 FAX：029-850-2579
ino@nies.go.jp

山田裕之（交通安全環境研究所）‒8‒