研究班番号【 80 】

大阪の大気汚染 ～NO2 と O3 の関係性～
化学班：大西 里朋、角田 奏恵

１．はじめに近年、大気汚染は環境問題の一つとして多くの場面で取り上げられている。その一つとして二酸化窒素は車や工場の排ガスの成分であり、ぜんそくなどの健康被害を引き起こす可能性がある物質である。私たちは、LC 化学班の練習実験で、大気汚染の原因となっている物質の一つである二酸化窒素(NO2)の濃度を測定し、大阪府内でも住んでいる地域によって濃度が変化することに興味を持った。そして、その地域による違いをより詳しく調べたいと考え、大阪府内の10 地点で二酸化窒素濃度と、さらに二酸化窒素に紫外線が当たり生じる光化学スモッグの主成分であるオゾン(O3)濃度(式①)を測定することにした。

NO2+

O2＋ ｈν → NO +O3

・・・①

そして、この測定結果に基づき、二酸化窒素濃度とオゾン濃度にはどのような関係があるのか、また、大阪府内では実際にどの程度の大気汚染が起こっているのかを検討した。

２．実験方法《二酸化窒素》① 20%トリエタノールアミン水溶液 1.0mL と、純水 4.0mL を混ぜて作った水溶液を染み込ませた 2cm×9cm のクロマトろ紙をフィルムケースの内側に貼り付け、捕集サンプルを作成した。このサンプルを測定場所に設置し、24 時間下向きにして放置し、NO2 を吸収させた。
② 回収したサンプルに、イオン交換水 10mL を加え軽く振って試験管へ移し、スルファニルアミド水溶液（スルファニルアミド 1.0ｇに塩酸 10mL を加え、イオン交換水で薄め、50mLにしたもの）0.2mL、N-1 ナフチルエチレンジアミン二塩酸塩水溶液(ナフチルエチレンジアミン 0.1ｇをイオン交換水で薄め、50mL にしたもの)0.2mL を加え、発色させて吸着成分を可視化した。(図 2)③ 抽出液の 543nm における吸光度を分光光度計で測定した。
④ 測定した吸光度と公的機関による測定値を用いて、吸光度の単位を ppb に変換した。
（※）
《オゾン》
① インジゴ水溶液（インジゴトリスルホン酸三カリウム 77mg、リン酸 0.1mL を純水で薄めて 50mL にしたもの）に 2cm×9cm のクロマトろ紙を浸し、乾燥機内で乾燥した。このインジゴろ紙をフィルムケースの内側に貼り付け、捕集サンプルを作成した。このサンプルを測定場所に設置し、24 時間下向きにして放置し、大気に触れさせた。
② 回収したろ紙と、大気に触れさせなかったろ紙をそれぞれ 1cm ×2cm に切断し、無作為に 4 つずつ選び、1 つずつ試験管へ移した。その後、イオン交換水 10mL を加え軽く振って(図 3)、抽出液の 600nm における吸光度を分光光度計で測定した。
③ 大気に触れさせずに冷蔵庫に入れて保存したインジゴろ紙の吸光度から、各地で大気に触れさせたインジゴろ紙の吸光度を引いて、各地点の吸光度の減少量を求めた。
④ 測定した吸光度の減少値と公的機関による測定値を用いて、吸光度の単位を ppb に変換した。（※）（※）計算方法
各測定地点の濃度（ppb 値）は、サンプラーより得られた吸光度と、各測定地点に近い公的測定地点の測定値（ppm 値）を用いて次の式で求めた。
𝑛回目 測定地点平均(吸光度)
𝑛回目 公的機関平均(ppm)

×求めたい地点(a)の n 回目の吸光度×1000＝a 地点の n 回目の濃度(ppb)

この実験を 4 回(7 月 22 日、30 日、8 月 8 日、17 日

図 1 使用した捕集サンプル

20 時～翌 20 時)行った。

図 2 二酸化窒素の分析

図 3 オゾン濃度の分析

３．結果作成したサンプルを、大阪府内の 10 地点に設置し、以下のようにエリア分けをした。(図 4)

図 4 測定した 10 地点とエリア分け

測定地点

NO2(ppb)O3(ppb)

1.大阪市西淀川区

20.5

39.7

2.大阪市此花区

13.0

15.5

3.堺市西区

31.3

27.5

4.守口市梅町

17.818.0

5.大阪市鶴見区

13.3

20.7

6.東大阪市大蓮北

27.7

12.0

7.八尾市安中町

16.7

16.5

8.東大阪市西石切町

6.0

12.5

9.南河内郡千早赤阪村

5.0

17.5

10.河内長野市美加の台

3.527.3

図5

測定結果

図 6 グラフによる結果の比較

NO2 濃度は、市内や港湾周辺(西エリア)で高く、郊外や山間部(東エリア)では低い値を示した。
O3 濃度は、市内や港湾周辺に加えて、郊外や山間部(東エリア)でも高い地点が見られた。NO2 は、
1 時間値の平均値が 40～60ppb、O3 は 60ppb 以下が環境基準である(環境省)が、 1 日の平均値では、どちらにおいても環境基準を超えている測定地点はなかったが、濃度の高い昼間では 1 時間値が環境基準を超えている可能性がある。

４．考察
市内や港湾周辺(西エリア)での高い NO2 濃度は、測定地点 1、2 のように車の排ガスや、測定地点 3 のように船の排ガスの影響を受けているものと考えられる。このような地域では O3 濃度も高く、NO2 が紫外線で分解されて生じた O3 のため濃度が高くなっていると考えられる。また、郊外や山間部(東エリア)では、測定地点 8，9，10 のように、NO2 濃度が低いにも関わらず O3 濃度が高い地点が見られ、明らかに市内とは違うしくみで O3 の濃度が高くなっていると考えられる。これらの地域は、コナラなどの広葉植物の多い地域であり、近年、指摘されているように
1)、「植物から放出される有機揮発性物質 VOC が、高濃度の O3 の生成に働いている」ものと考えられる。

５．まとめ
NO2 濃度の高い地点では O3 濃度も高い傾向があった。例外も存在したため、断定には多くのデータが必要である。今回は短期間での実験だったため、さらに長期間で広範囲での測定、季節や天候、時間帯を変えた数値の変化も調べたい。また、植物から放出される有機揮発性物質と NO2、O3 の関係性や影響についてもより詳しく調べたい。

６．参考文献ならびに参考 Web ページ
1)「対流圏大気の化学と地球環境」秋元肇ほか編 学会出版センター
2)「大阪の対流圏(地表)オゾンの分布とその成因についての研究」大阪府立高津高等学校科学部
3)「太陽光照射下で進むラジカル反応に関する研究～光化学スモッグ(オゾン)生成について」

大阪府立高津高等学校科学部
4)「〜平成 27 年国勢調査〜

人口等基本集計結果」17~19 ページ 大阪府総務部統計課

5)「平成 27 年 全国都道府県市区町村別面積調」64~65 ページ 国土交通省・国土地理院
6)「環境省_大気汚染に係る環境基準」https://www.env.go.jp/kijun/taiki.htmL 環境省
7)「環境省大気汚染物質広域監視システム」http://soramame.taiki.go.jp/

環境省 実験日に閲覧8)「参考資料 2 光化学オキシダントの生成機構‐東京都環境局」
https://www.kankyo.metro.tokyo.lg.jp/basic/conference/air/particulate_29_30/study_commit
tee_29_02.files/2-5-2.pdf#search=%27%E5%85%89%E5%8C%96%E5%AD%A6%E3%82%A
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光化学オキシダント対策検討会