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環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 東アジア / 有害化学物質 / 有害金属 / 多環芳香族炭化水素類 / エアロゾル / 地球化学

近年発展が顕著で歴史的な都市改造が行われている中国北京市において21世紀最初の10年間の大気環境の動向を定量化することを目的として研究を行った。北京市の大気粉塵濃度は世界主要都市と比較して約5倍高く、直近約10年間ではほぼ改善されていなかった。2008年夏季オリンピック開催に伴う諸規制により、粒径2.5μm以上の粗大粒子濃度は25%減少したが、粒径2.5μm以下の微小粒子濃度に対しては減少効果が認められなかった。

環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 地球化学 / 有害化学物質 / 大気微小粒子 / 多環芳香族炭化水素類 / エアロゾル

本研究では、大気微小粒子中の有機化合物および微量金属の多成分高感度同時迅速分析法の開発を行うことを目的とする。本年度は高速溶媒抽出/自動化カラムクロマトグラフィー/HPLC/蛍光検出法による大気微小粒子中多環芳香族炭化水素類(PAHs)の多成分高感度迅速分析法の開発を行った。
PAHsの抽出時間短縮・効率化を図るため、高速ソックスレー法の検討を行った。具体的には溶媒抽出部の温度を可変とし、従来は室温だったものを、本研究では約140℃まで加熱し抽出を行った。その結果、公定法と同等の抽出効率(約70-90%)が得られる抽出時間を合計80分まで短縮することに成功した。これにより、公定法であるソックスレー法と比較して抽出時間を約1/6に短縮することができた。
次に、定量ポンプや電磁弁とステンレス/テフロン管を組み合わせ定量溶媒滴下ラインの試作を行った。そして、ラインの滴下速度や滴下量等の諸条件の検討を行った。この検討結果を基に、自動化カラムクロマトグラフィー装置を製作した。その結果、従来では手作業により約120〜180分間つきっきりで溶媒の滴下や溶出液受容器の交換を行っていたものが、8検体まで操作を自動化(所用時間約60分間)することに成功した。これにより、今後は大気微小粒子中PAHs分析を行う際の作業効率が飛躍的に向上することが期待できる。さらに、本研究により製作した自動化カラムクロマトグラフィー装置に関する産業財産権の出願を予定している。

環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 地球化学 / 有害化学物質 / エアロゾル / 多環芳香族炭化水素類 / 微量金属

横浜市日吉における、2004年8月19日〜11月21日の期間のPM2.5質量濃度及びPM2.5中PAHs(多環芳香族炭化水素類)、微量金属、水溶性イオン成分濃度はそれぞれ、PM2.5:18.3±8.8μg/m^3(n=90)、Total PAHs:1.43±1.16ng/m^3(n=90)、Total Metals:1.55±0.98μ9/m^3(n=90)であった。また、PM2.5中Total Ionsは10.7±6.5μg/m^3(n=91)、TSP中のTotal Metalsは4.25±3.28μg/m^3(n=93)であった。これより、測定期間中のPM2.5質量濃度の約6割が水溶性イオン成分であり、約1割が微量金属成分であったことが明らかとなった。PM2.5質量濃度はTotal Ionsと最も相関が高かった(r=0.78)。このことから、今回の測定期間においてはPM2.5質量濃度の変動を決めている主な要因は水溶性イオン成分濃度の変動であることがわかった。水溶性イオン成分の主なものは、もともと気体だった亜硫酸ガスや窒素酸化物が光化学反応によって酸化され、それとガス状アンモニアが反応して生成した硫酸アンモニウムや硝酸アンモニウム等のいわゆる二次粒子であることがわかった。PM2.5質量濃度とPM2.5中Total PAHsの間に相関関係は見られなかったため、この期間においては、すす状物質等の一次粒子の増減よりも、光化学的に生成した二次粒子の増減の方がより大きくPM2.5質量濃度の変動に寄与していたと考えられる。
ニッケル化合物及び金属ニッケルは発ガン性を持つことから、これに着目し解析を行った。測定期間内のPM2.5中Ni濃度の平均値は8.4±7.9ng/m^3(n=83)であり、TSP中Ni濃度の40.4%を占めた。ニッケルの起源は主に石油燃焼であり、次いで廃棄物燃焼の寄与も考えられた。

環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 東アジア / 有害化学物質 / 有害金属 / 多環芳香族炭化水素類 / エアロゾル / 地球化学 / 長期的動向 / 微量金属 / 水溶性イオン成分

中国北京市では2008年五輪開催に向けた都市改造の最中であり、すでに高濃度である大気粉塵がさらに増加する危険性がある。従って大気粉塵の発生源を明らかにし対策を進めることが重要である。本研究では中国北京市清華大学において大気粉塵試料を1日ごとに採取し、微量化学成分の分析を行った。
北京市における微量金属成分濃度は、全ての成分において東京都の濃度を上回り、特にヒ素に関しては25倍を超える高濃度であった。回帰分析を用いて微量金属濃度の長期的動向を調べた結果、2001年3月〜2006年2月の期間において、銅・亜鉛・ヒ素・カドミウム・鉛といった石炭燃焼由来の重金属濃度が年率4.9%〜19.8%の割合で増加していることが判った。さらに、CMB(Chemical Mass Balance)法を用いて大気粉塵の発生源の推定を行ったところ、約8割の大気粉塵が人為起源であり、特に石炭燃焼が全体の3〜5割を占める主な発生源であることが判った。
北京市における総多環芳香族炭化水素類(ΣPAHs)濃度は東京都と比べると数十〜数百倍高濃度であった。また、暖房期におけるΣPAHs濃度は非暖房期に比べて10.7倍高くなった。この原因は主に一般家庭における石炭燃焼の影響であると考えられた。大気粉塵中PAHs濃度測定結果を基にPMF(Positive Matrix Factorization)法を用いて大気粉塵中PAHs発生源の推定を行った。PAHsの主な発生源として石炭燃焼、廃棄物燃焼、木材燃焼、自動車排気が考えられた。暖房期、非暖房期における各発生源からの寄与率を求めると、暖房期では石炭燃焼、廃棄物燃焼、木材燃焼からの寄与が合計約70%となり、これらの発生源からPAHsが多量に放出されていることが推定され、石炭、廃棄物、木材が一般家庭において冬季の暖房用燃料として使用されていることが示唆された。

【研究分担者】
奥田知明	慶應義塾大学	理工学部	講師	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
奥田知明	慶應義塾大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)