エアロゾル粒子は大気中のギ酸の供給源であることが判明しました

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Anonim
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ヨーロッパ諸国の科学者は、いくつかの質量分析計とオゾンと生体揮発性有機物を含むチャンバーの助けを借りて、大気と同様のエアロゾルを生成し、その粒子で発生する反応を初めて研究することができました。時間の経過とともに、活性酸素化合物との相互作用により、粒子内で化学反応が起こり、ギ酸の供給源になる可能性があることが判明しました。研究の結果は、ジャーナルサイエンスアドバンシスに掲載されています。

地球の大気中のエアロゾルによる太陽光の散乱と吸収、およびそれらが雲の物理的特性に及ぼす影響は、惑星の気候に具体的な影響を及ぼします。揮発性の生体および人為的有機物質の酸化の過程で、いわゆる高度に酸化された揮発性有機化合物が形成され、エアロゾル粒子の形成と成長に重要な役割を果たします。熱力学の観点から、これらの物質の凝縮は、物質の粒子の形への不可逆的な遷移を意味し、したがって、気相中の有機物質の濃度の減少を意味します。現代の方法には限界があるため、これまで、これらの物質のエアロゾル粒子が大気中でリアルタイムに発生するプロセスの研究は行われていませんでした。したがって、粒子内で発生する化学反応の性質は未踏のままです。

Paul ScherrerInstituteのVeronikaPospisilovaらは、質量分析法を使用して、生体揮発性有機化合物α-ピネンのオゾン分解によって形成された高度に酸化された揮発性有機化合物のエアロゾルを分析しました。エレクトロスプレー抽出イオン化飛行時間型質量分析計は、研究者が連続的に注入されたときのエアロゾルの分子式を決定するのに役立ちました。

エアロゾル粒子中の有機化合物の気相形成、凝縮、反応のプロセスを分離するために、科学者たちはテフロンチャンバーで3つの実験を行いました。彼らは、フィンランドの森林の大気条件に対応する約30 ppbv(parts per volume)のアルファピネンと過剰なオゾンを暗い部屋に注入しました。このような条件下では、エアロゾルはチャンバー壁での蒸気損失を最小限に抑えて迅速に形成されました。反応混合物に12時間触れず、所望の圧力を維持するだけであった。

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エアロゾル粒子(A-D)と気相(E)の組成の変化

エアロゾル粒子の組成は、抽出エレクトロスプレーイオン化を伴う飛行時間型質量分析および化学イオン化を伴う質量分析によって決定された。最初の方法では、1秒の分解能で粒子の組成を決定し、2番目の方法では50分で粒子の組成を決定することができました。研究者たちはまた、粒子サイズ分布と総エアロゾル量を監視しました。気相の組成は、他の3つの質量分析計によって監視されました。

得られた質量スペクトルは、C5-C10モノマーとC15-C20ダイマーの含有量を示し、その半分以上がC9とC10モノマーでした:2017年5月にフィンランドの北方林の大気を分析したときに得られたスペクトルの信号と同様です。濃度に応じて、シグナルの80〜88%が一致し、残りのシグナルはニトロ化合物とより小さな分子に起因します。実験室用エアロゾルと天然エアロゾルの組成が同じである場合、チャンバー内で発生する反応は大気中でも発生する可能性があります。

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実験室条件下で調製されたエアロゾル(A)と天然エアロゾル(B)の質量スペクトルの比較

著者によると、彼らの結果は、エアロゾルの発生に大きな影響を与える粒子内の反応が、過酸化物、ペルオキシ酸、ヒドロペルオキシドなどの活性酸素化合物によって開始される可能性が高いことを示しています。粒子内のそのような化合物の寿命は30〜150分の範囲であり、これらの化合物が完全に消費されるとすぐに、エアロゾル組成は実験全体を通して変化しませんでした。これは、古い気団の濃度が新鮮なエアロゾル。活性酸素化合物の分解の速度と遍在性が高いことは、エアロゾルの組成と特性に関するデータをリアルタイムで収集することの重要性を強調しており、得られた速度論的パラメーターは従来の分析への重要な追加となります。

著者らはまた、エアロゾル粒子は、反応の結果として形成された小さな揮発性カルボン酸を残し、その主要部分がギ酸であることも示しました。これは、理論モデルと比較して大気中のこの酸の含有量に関する過大評価されたデータを説明するかもしれませんが、これはまだ証明されていません。

エアロゾル粒子は、光を散乱させることにより、地球の気温の上昇を補うことができます。 2017年、気候学者は、気候とさまざまな自然発生エアロゾルからの光反射の影響との相関関係を評価しました。地球の温度を下げるために大気中にエアロゾルを人工的に導入することによる気候進化のモデルが開発されています。昨年の春、アメリカの研究者たちはこれらの比較的安全な方法の1つを提案しました。地球規模の気候変動について詳しくは、私たちの資料「TheSacredStick」をご覧ください。

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