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Duoclieudongy Research Journal (2012~)環境・エネルギー/Environment & Energy

資料名 / Title

JRJ20130708 技術資料
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大気粉塵標準試料を用いた熱光学式炭素分析におけるキャリアガスの影響調査
Evaluation of carrier gas for thermal-optical carbon analysis using atmospheric particulate matter standard reference materials

萩野 浩之,中山 明美
Hiroyuki HAGINO,Akemi NAKAYAMA

微小粒子状物質(PM2.5)は,2009年に大気環境基準が設定されたが,我が国においてその動態について充分に解明されているわけではなく,特にPM2.5中の主要成分である炭素成分は発生源からの寄与度や生成機構が明らかではないことから,組成解析や各種発生源調査などの科学的な根拠を整備する段階にある。
PM2.5中の炭素成分は,熱光学式炭素分析計により行われ,その分析装置のキャリアガスにヘリウム(He)が用いられる。ヘリウムは工業的に生産する事が出来ず,天然ガス田から抽出生産しているが1),世界最大の生産国である米国での減産により,供給不足が継続しており,世界の二大科学雑誌の一つである『Nature』でも取り上げられる程,話題となっている2)。PM2.5中の炭素分析を継続的に実施するためには,ヘリウムの代替となる再生可能な物質を用いることや装置条件設定を再検討する必要がある。
測定装置の分析条件を検討する場合,市販されている認証標準物質を用い,認証値との相互比較を行うことが多い。微小粒子状物質の炭素成分の分析において,有機炭素(OC)や元素状炭素(EC)の明確な標準物質は存在しないため,参照試料として,アメリカ国立標準技術研究所(NIST)から配布されている石英フィルタに捕集された大気粉塵(RM8785)が利用できる。しかし,フィルタ試料の不均質性(認証値との解離やOC/EC比のばらつき)は高いことが指摘されており3),空間再現性精度(異なる分析機関や従事者による同一試料の分析値の精度)4)を評価することが困難になることが予想される。
本研究では,大気粉塵に関連する認証標準試料である都市大気粉塵や自動車排出粒子,炭素発生器からの粒子など,広範囲の条件を考慮した試料を用い,OCとECの分離分析におけるキャリアガスの影響を調査した。
The speciation of organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) are measured on source and ambient quartz-fiber filter samples by several thermal-optical carbon analysis methods. The split between OC and EC is defined based on combinations of combustion temperatures, residence time at each temperature, the composition of the atmosphere, helium or helium oxygen, surrounding the sample, and light reflected from the filter. In the last several years, the world has experienced a supply shortage and large cost increase for helium. This investigation demonstrated that using nitrogen instead of helium as the carrier gas provided equivalent measures of total carbon (TC), OC, and EC for authentic samples. The determination accuracies were verified by analyzing sucrose solutions for calibration standards, spark graphite (GFG 1000) for EC samples, the National Institute of Standards and Technology (NIST) SRM 1648a for urban dust, SRM 1650a/2975for diesel exhaust, the National Institute for Environmental Studies (NIES) CRM No. 8 for automotive exhaust in tunnels, and CRM No. 28 for urban aerosol in Beijing. Using nitrogen instead of helium yielded equivalent TCs for authentic samples within the electric microbalance errors that would be introduced by electrical charging of dust samples. However, the carbon fractions (i.e., OC/EC splits, or OC1, OC2…) were not well reproduced for several samples for this investigation. More data sets need to be analyzed to evaluate the use of the source and ambient samples.

種別 / Article Type

Duoclieudongy Research Journal (2012~)

資料名 / Title

JRJ20130708 技術資料

発行年月 / Date of Issue

2013/07

分野 / Field

環境・エネルギー/Environment & Energy

分野詳細 / Detailed Field

環境・エネルギ
ID:2
 

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