炭素同位体比を指標に用いた有機二次粒子の起源と生成・成長機構の解明

以碳同位素比为指标阐明有机二次粒子的起源、生成和生长机制

• 批准号: 14048202
• 负责人: 角皆 潤
• 金额: $ 3.46万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14048202/
• 关键词: ベンゼン; 炭素安定同位体比; 起源; 連続フロー型質量分析; 大気化学; エアロゾル; 有機二次粒子; 分解

本研究では炭素同位体比定量が難しかった大気中のC_5以上のガス状有機分子について分子毎の炭素同位体比を測定可能にすることを第一の目的とした。具体的には、C_8までの直鎖、イソおよび環状アルカン類、C_5までのアルケン類、ベンゼンやトルエン、キシレン類などの芳香族、そしてピネンやイソプレン類について、これらを100pmolC以上含む一般大気約10Lについて一回の試料導入で同時炭素同位体比測定を実現することを目指した。そしてこの手法を各種大気試料や発生源試料中のガス状炭化水素の分子毎の炭素安定同位体比測定に応用することで炭素炭定同位体比の指標としての有用性について検討することを第二の目的とした。本研究の結果C_8までの直鎖、イソおよび環状アルカン類、ベンゼンやトルエン、キシレン類などの芳香族に関しては当初の目標をほぼ満たす測定システムを確立することが出来た。そしていくつかの大気試料や主要発生源試料について炭素同位体比の実測にも成功した。室内燃焼実験で放出される排ガスの同位体組成は、燃焼物や燃焼条件によって多少変化するものの、C3植物燃焼の平均値を大気の実測値と分子毎に比較したところ都市大気における各分子の値はバイオマス燃焼とほぼ同じ値を示しており、基本的にはC3植物(あるいはこれらから派生して生成した化石燃料)の燃焼がこれら分子の起源であることを裏付けていることがわかった。しかし洋上大気試料における各値を燃焼起源との間で比較すると特にベンゼンやトルエン等で大きな炭素同位体の相違が観測されている。これはこれら比較的短寿命の分子が洋上大気中で分解する際の同位体分別の影響と考えられ、この値を元に炭化水素の分解の有無や分解率の算出可能であることがわかった。一方エチレンやアセチレンといった不飽和炭化水素は、燃焼ガスにおいても大気試料においても他の炭化水素と炭素同位体比の特徴が大きく異なる。これは不飽和炭化水業に由来する二次生成粒子は一般の飽和炭化水素や芳香族炭化水素に由来する有機二次粒子とは異なる炭素同位体比の特徴を示すことを示唆するもので、今後有機二次粒子の炭素同位体比データを解釈する際に重要な知見となると結論した。以上の成果は国内の学会で公表した他、5件の論文を一年間に公表した。

本研究的主要目的是使大气中碳同位素比难以量化的C_5以上气态有机分子的各个分子的碳同位素比成为可能。具体而言，对于C_8以下的直链烷烃、异构烷烃、环状烷烃、C_5以下的烯烃、苯、甲苯、二甲苯等芳香族化合物、蒎烯、异戊二烯，在约10L的一般空气中含有100pmolC以上，旨在实现同时进行。通过一次进样即可测量碳同位素比。通过将该方法应用于各种大气样品和源样品中每个气态碳氢化合物分子的稳定碳同位素比的测量，我们将检验其作为碳碳常数同位素比的指标的有用性。通过这项研究，我们能够建立一个测量系统，几乎满足了 C_8 以内的直链烷烃、异烷烃和环状烷烃以及苯、甲苯和二甲苯等芳烃的初始目标。我们还成功测量了一些大气样品和主要来源样品中的碳同位素比率。尽管室内燃烧实验中排放的废气的同位素组成因燃烧材料和燃烧条件的不同而有所不同，但当将C3植物燃烧的平均值与大气中各分子的实际测量值进行比较时，各分子的值在城市大气中发现的分子与生物质燃烧几乎相同，这基本上支持了 C3 植物（或源自它们的化石燃料）的燃烧是这些分子的起源这一事实。然而，当将海上空气样本的值与燃烧源的值进行比较时，观察到碳同位素存在很大差异，特别是苯和甲苯。这被认为是由于这些相对短命的分子在海洋大气中分解时受到同位素分馏的影响，并且发现可以根据该值计算碳氢化合物分解的存在与否以及分解率.另一方面，乙烯和乙炔等不饱和烃在燃烧气体和大气样品中与其他烃具有显着不同的碳同位素比特征。这表明，来自不饱和烃工业的二次颗粒表现出与来自一般饱和烃和芳香烃的有机二次颗粒不同的碳同位素比特征，我们得出结论，这将是解释有机二次碳同位素比数据时的重要发现。未来的粒子。上述成果在国内学术会议上公布，一年内发表论文五篇。

项目成果

Tsunogai, U.: "An updated estimation of the stable carbon and oxygen isotopic compositions of automobile CO emissions."Atmos.Environ. 37. 4901-4910 (2003)

Tsunogai，U.：“汽车二氧化碳排放稳定碳和氧同位素组成的最新估计。”Atmos.Environ。

Yamanaka, T.: "Lithotrophic animal community atop of the serpentine seamount : a deep-sea mussel Bathymodiolus sp. with both methanotrophic and thiotrophic endosymbionts"Geomicrobial J. (in press). (2003)

Yamanaka, T.：“蛇纹石海山顶部的石质营养动物群落：具有甲烷营养型和硫营养型内共生体的深海贻贝 Bathymodiolus sp.”Geomicrobial J.（出版中）。

Toyoda. S.: "Production mechanism and global budget of N_2O inferred from its isotopomers in the western North Pacific"Geophys. Res. Lett.. 29, 3. AN1037 (2002)

丰田章男。

Nakagawa, F.: "Stable isotopic compositions of bacterial light hydrocarbons in marginal marine sediments."Land and marine hydrogeology (eds.Tanigitchi, M., Wang, K., Gamo, T.), 199pp., Elsevier Science, Netherland. 141-150 (2003)

Nakakawa, F.：“边缘海洋沉积物中细菌轻烃的稳定同位素组成”。陆地和海洋水文地质学（eds.Tanigitchi, M., Wang, K., Gamo, T.），199 页，Elsevier Science，荷兰。

Tsunogai, U.: "Carbon isotopic evidence of methane oxidation through sulfate reduction in sediment beneath seafloor cold seep vents on the seafloor at Nankai Trough"Marine Geol.. 187. 145-160 (2002)

Tsunogai, U.：“南海海槽海底冷泉喷口下沉积物中硫酸盐还原导致甲烷氧化的碳同位素证据”海洋地质 187. 145-160 (2002)