海洋表面における反応の直接測定のための高感度化学イオン化質量分析計の開発

ティモシー H. バートラム氏

カリフォルニア大学 サンディエゴ校 化学・生化学科

助教 ティモシー H. バートラム氏

※ 所属、役職等は受賞当時のものです

論文要旨

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Chemical reactions at the air-sea interface have been shown to alter oxidant concentrations in the atmosphere.  To date, limitations in trace gas measurement technology have prohibited the direct in situ measurement of air-sea exchange for all but a select number of gases.  Here, we describe the application of high sensitivity chemical ionization mass spectrometry (CIMS) for the selective measurement of trace gas deposition via eddy covariance. We show that eddy covariance techniques, when coupled with high sensitivity CIMS measurements have the sensitivity to directly determine vertical fluxes of reactant and product pairs such as N2O5 and ClNO2[1].  The eddy covariance studies permit a direct assessment of the importance of the air-sea interface as a net source or sink for reactive trace gases in marine environments, while serving to connect mechanistic investigations conducted on the laboratory scale to ambient conditions.

[1] Kim, M., Farmer, D., Bertram, T.H., “A controlling role for the air-sea interface in the chemical processing of reactive nitrogen in the coastal marine boundary layer”, PNAS, 2014.

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研究概要

大気中には様々な物質が含まれており、その生成や反応メカニズムを解析することは、大気汚染防止に非常に重要である。

大気中の極微量の物質を現場で測定するためには、物質に電荷を与え、交流電圧と直流電圧を加えながらそれらの質量によって分離・測定する四重極質量分析計(QMS)がよく用いられているが、従来のQMSでは感度や分解能が不十分であり、海洋表面における窒素酸化物の反応メカニズムについては、実測定に基づいた研究が十分になされていなかった。

バートラム氏は、化学反応によって物質に電荷を与え、それらの飛行速度によって物質を分離・測定する化学イオン化飛行時間型質量分析法(CI-TOFMS)を用いて、現場で、高感度かつ高分解能な測定を可能とするシステムを開発した。このシステムを用いて、海洋表面における窒素酸化物の反応を直接測定することによって、海洋表面が窒素酸化物反応に重要な役割を果たしていることを示唆した。

この研究によって、これまで実測の難しかった大気中の諸現象のメカニズムが解明され、大気環境の正確な把握・予測ができるようになることが期待される。

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