有機エアロゾルの指標成分

１． 有機指標成分とは

　有機エアロゾルの発生源や生成過程は多岐にわたり非常に複雑である。 有機エアロゾルは、数万種以上と非常に多くの有機化合物から構成されているが、その中で特定の発生源からのみ排出される、または特定の前駆体VOCから二次生成される有機化合物が存在する。 このような有機化合物は、有機指標成分（有機トレーサー成分、有機マーカー成分）と呼ばれ、有機エアロゾルの起源やその寄与率の解析に用いられている。

　有機指標成分に必要な特性として、Al-Naiema and Stone (2017) やSato et al., (2022) では以下の4つを挙げている。

① 目的とする起源 (発生源や前駆体VOC) に特異的であること

② 実大気中で検出できる濃度で存在すること

③ 大気中で安定であること

④ その蒸気圧は十分に低く、気化およびそれに続く変質が起こりにくいこと

　これまでのところ、十分な評価が得られている有機指標成分は限られているが、季節傾向や濃度変動を調べることにより、有機指標成分の示す起源についてその寄与の季節変化や生成過程に関する情報が得られている。 以下に、特に観測事例が多い有機指標成分について示す。

２． 起源別の有機指標成分の例

〇バイオマス燃焼

　 世界中で広く用いられている有機指標成分として、レボグルコサンおよびその構造異性体であるマンノサン、ガラクトサンが挙げられる (図１, Bhattarai et al., 2019; Simoneit et al., 1999; Hagino, 2019)。 これらは、植物細胞の細胞壁や植物繊維の主成分であるセルロースやヘミセルロースの熱分解物であり (Simoneit et al., 1999)、バイオマス燃焼の指標成分として広く用いられている。 特にレボグルコサンについては世界各地で観測が行われており、数ng/m3程度から1000 ng/m3と非常に検出濃度の範囲が広い (Bhattarai et al., 2019)。

　国内における観測事例も多く、都市部や郊外部いずれも夏季より冬季に高く検出される傾向にある (Hagino, 2019)。 国内では、レボグルコサンの同期観測により、都市部でも郊外部と同等の濃度レベルでレボグルコサンが観測された事例が報告されている (Ikemori et al., 2021a)。 また、数時間単位でのレボグルコサン観測により、都市部におけるレボグルコサン高濃度が周辺の郊外部からの移流で引き起こされる事例も確認されている (Ikemori et al., 2022)。 その他の解析事例として、レボグルコサンとマンノサンの比により燃焼物を区別する試みもされており、発生源解析に活用されている (Bhattarai et al., 2019; Fujii et al., 2015; Ikemori et al., 2021b)。

〇植物の起源の二次生成

イソプレン由来のSOA指標成分としては、2-メチルトレイトール，2-メチルエリスリトールが広く用いられている (図２, Claeys and Maenhaut, 2021; Edney et al., 2005)。 また、2-メチルグリセリン酸が高濃度NOx存在化におけるイソプレンSOAの指標として用いられることがある (Sato, 2008; Claeys and Maenhaut, 2021; Edney et al., 2005)。 近年では、新規の指標成分として、2-メチル酒石酸が提案されている (Jaoui et al., 2019)。 ピネン由来のSOA指標物質としては、ピン酸，3-ヒドロキシグルタル酸，3-メチルブタン-1,2,3-トリカルボン酸（MBTCA）が広く用いられている (図３, Claeys et al., 2007; Jaoui and Kamens, 2001; Szmigielski et al., 2007)。 生成順としては、ピン酸がさらに酸化されMBTCAが生成すると考えられている（Müller et al., 2012; Sato et al., 2016; Szmigielski et al., 2007）。 上記で述べた植物起源二次生成の有機指標成分の大気観測例は比較的多く、その季節傾向の把握や都市間比較に加え、これらを用いた発生源寄与解析も試みられている (Ding et al., 2014, 2016a, 2016b; Ikemori et al., 2021c; Kleindienst et al., 2007; Lewandowski et al., 2013)。

〇人為的起源の二次生成

トルエンなど単環の芳香族炭化水素SOA指標物質として、2,3-ジヒドロキシ-4-オキソペンタン酸 (図４, DHOPA, Al-Naiema and Stone, 2017; Al-Naiema et al., 2020; Kleindienst et al., 2004; Sato et al., 2022) が提案されている。 またナフタレンなど二環の芳香族炭化水素SOAの指標として、フタル酸 (図４, Al-Naiema et l., 2020; Kautzman et al., 2010; Kleindienst et al., 2012; Sato et al., 2022) が提案されている。 また、近年では、ニトロサリチル酸類など、極性基とニトロ基を有した芳香族炭化水素が新規の人為起源二次生成の指標物質として注目されており、野外観測や室内実験によりその有用性が議論されている (Al-Naiema et l., 2020; Ikemori et al., 2019; Sato et al., 2022)。 特にDHOPAの観測とそれを用いた発生源寄与解析は数多く報告されている (Al-Naiema et l., 2020; Ding et al., 2014; Ikemori et al., 2021c; Kleindienst et al., 2007; Lewandowski et al., 2013)。

参考文献

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（名古屋市環境科学調査センター・池盛文数）　2022年4月19日 　　★