対流圏実大気中のOH/HO2ラジカル測定装置の開発

开发真实对流层大气中OH/HO2自由基测量装置

• 批准号: 11131206
• 负责人: 梶井 克純
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11131206/
• 关键词: OHラジカル; HO_2ラジカル; NOx; イソプレン; 光電子増倍管; J(01D); 太陽紫外線

OHラジカルの蛍光検出素子としてダイノードゲート機構を有するバイアルカリタイプの光電子増倍管(R2256P、浜フォト)に変更し検出感度等について調べた。従来のMCP/PMTは時間応答が速く高速なゲートが可能であったが、その光電面の量子効率の低さと光電面の狭さが問題となった。変更したPMTは光電面としてΦ=46mmであり、HV=-2kV時のゲインは3x10^7、また308nmの量子効率は22%である。時間応答は低下したが70-670nsの間ゲートを開くことによりOHラジカルの全蛍光の約1/3を検出できることになり、総合的にはOHラジカルの検出下限が1分値積算で3x10^6 radicals/ccまで改善された。本装置により東京の都市大気中でOHラジカルの濃度測定を実施してみたところ、J(0^1D)がピークを与える時刻にOH濃度もピークとなりそのときのOHラジカル濃度は約1.5x10^7cm^<-3>であることが明らかとなった。沖縄県辺戸岬に仮設のプレハブ小屋2棟を設置し、HOxラジカルを中心として他の反応性微量成分の集中観測を、平成11年7月29日から8月14日まで実施した。HO_2ラジカルの平均の日変化は、太陽紫外線の日変動に対応して日中に極大を与えるがJ(O^1D)の極大よりおおむね1時間遅れて極大値(17ppt)を与えることが分かった。夕方の急峻なJ(O^1D)の減衰に比べHO_2ラジカルはその減衰がゆっくりであり夜間においても約3pptの濃度は存在し徐々に減衰し夜明け直前が最小値になる傾向があることが明らかとなった。夕方のゆっくりとしたHO_2ラジカルの減衰はラジカルの消失過程がラジカルーラジカルの反応であることを示唆している。夜間のNOxとHO_2の相間が良いことからNO_3ラジカルと他のオレフィンなどの反応が夜間におけるラジカルソースである可能性が高い。一方OHラジカルはほぼ正午あたりに濃度極大を示し、その値は約5×10^6cm^<-3>であることが明らかとなった。

使用具有倍增电极门机构的双碱型光电倍增管（R2256P，Hama Photo）作为OH自由基的荧光检测元件，并研究了检测灵敏度。传统的 MCP/PMT 具有快速的时间响应并能够实现高速栅极，但其低量子效率和窄光电阴极带来了问题。改进后的PMT光电阴极直径为Φ=46mm，HV=-2kV时增益为3x10^7，308nm时量子效率为22%。尽管时间响应有所下降，但通过打开门 70-670ns，可以检测到 OH 自由基总荧光的约 1/3 总体而言，1 分钟值积分中 OH 自由基的检测下限为 3x10^6。改进为部首/cc。当我们使用该装置测量东京城市空气中的OH自由基浓度时，我们发现OH浓度也在J(0^1D)达到峰值的时间达到峰值，当时的OH自由基浓度约为1.5x10 ^7厘米原来是^<-3>。 1999年7月29日至8月14日，在冲绳县边户岬搭建了两间临时小屋，对HOx自由基和其他反应性微量成分进行了密集观测。结果发现，HO_2自由基的平均日变化在白天达到最大值，以响应太阳紫外线的日变化，但最大值(17 ppt)比J(O^1D的最大值晚约1小时) ）。与J(O^1D)在晚上的急剧衰减相比，HO_2自由基的衰减较慢，很明显即使在夜间也存在约3ppt的浓度，并且逐渐衰减，刚好达到最小值天亮之前就变成了。 HO_2自由基在晚上的缓慢衰减表明自由基消失过程是一个自由基-自由基反应。由于夜间NOx与HO_2之间存在良好的界面，因此NO_3自由基与其他烯烃之间的反应很可能是夜间的自由基源。另一方面，OH自由基在中午附近表现出最大浓度，并且发现该值约为5×10^6cm^-3。

项目成果

梶井克純、金谷有剛、定永靖宗、廣川淳、秋元肇: "Measurements of HOx radicals and Their Chemistry in the Troposphere""Recent Research Developments in Geophysical Research II" Research Signpost. in press (2000)

Katsumi Kajii、Yugo Kanaya、Yasumune Sadanaga、Jun Hirokawa、Hajime Akimoto：“对流层中 HOx 自由基及其化学的测量”“地球物理研究的最新研究进展 II”研究路标已出版（2000 年）。

金谷有剛、定永靖宗、松本淳、Sharma U、廣川淳、梶井克純、秋元肇: "Nighttime observation of the HO_2 radical by an LIF instrument at Oki island, Japan, and its possible origins"Geophysical Research Letters. 26. 2179-2182 (1999)

Yugo Kanaya、Yasumune Sadanaga、Jun Matsumoto、Sharma U、Jun Hirokawa、Katsumi Kajii、Hajime Akimoto：“日本隐岐岛 LIF 仪器夜间观测 HO_2 自由基及其可能的起源”地球物理研究快报 26. 2179。 -2182 (1999)