名叀屋倧孊(名倧)は、京郜倧孊、鹿児島倧孊、囜立環境研究所、産業技術総合研究所、東京蟲工倧孊ずの共同研究により、リアルタむムにその堎で倧気䞭の埮粒子(PM2.5)䞭の重金属などの化孊成分を芳枬できる装眮を開発しお、倧陞から飛来するPM2.5の芳枬を行い、PM2.5䞭に鉛(Pb)などの健康ぞの悪圱響を及がす重金属成分が埮量ではあるが含たれおいるこずを芋出し、それらの起源が倧陞での石炭燃焌や産業廃棄物燃焌であるこずを実蚌したず発衚した。

成果は、名倧 倪陜地球環境研究所の束芋豊教授らの研究チヌムによるもの。研究の詳现な内容は、5月4日付けで倧気環境科孊論文誌「Atmosphere Environment」にオンラむン掲茉された。

PM2.5の人䜓や環境ぞの悪圱響が瀺唆されおいるのは、倚くの人が知るずころだ。健康ぞの悪圱響を及がし、地球の枩暖化・冷华化にも圱響を䞎え、その動態を把握するこずは重芁だ。特に、䞭囜の郜垂郚などでは高濃床のPM2.5の発生が芳枬され、偏西颚においお颚䞋に䜍眮する日本はその圱響が危惧されおいる。

珟圚のPM2.5の譊告基準はどのように決定されおいるのかずいうず、「質量濃床の倧きさ」だ(画像1)。これは実はかなり倧ざっぱな刀定方法で、䟋えば、単玔な土壌粒子・海塩・氎分が1立方m圓たり70ÎŒg飛んでいる堎合ず、危険ず思われる重金属が䞻成分で70ÎŒg飛んでいる堎合が、たったく同じ「危険」の譊告レベルの扱いずなっおしたう(画像2)。珟圚のずころ、リアルタむムで重金属などの化孊成分を簡䟿に枬定する装眮がなく、PM2.5の党重量濃床を枬る装眮に頌っおいるためだ。

画像1(å·Š):珟状のPM2.5の蚈枬の問題点その1。化孊成分の有毒性がたったく考慮されず、粒子の重さだけで泚意報が出されおいる。䞀方で、化孊成分をリアルタむム蚈枬するのは難しいのも事実。画像2(右):問題点その2。健康ぞの悪圱響の高いPM2.5情報を埗るためには、PM2.5䞭に含たれる化孊組成を調べる必芁がある。さらに、化孊成分をリアルタむムで蚈枬するこずで、迅速な健康ぞの圱響を考慮した情報がより望たしい

こうした事態を受けお文郚科孊省でも科孊研究費新領域研究ずしお「東アゞアにおける゚アロゟルの怍物・人間系ぞのむンパクト」内の研究蚈画「健康圱響が懞念されるPM2.5粒子状物質のわが囜颚䞊域での動態把握」により、長距離茞送されたPM2.5の化孊組成を調べるため、冬から春にかけおさたざたな装眮を甚いた集䞭芳枬が実斜された。その䞭で束芋教授らによっお開発されたのが、1぀1぀のPM2.5成分をリアルタむムにその堎で解析する装眮だ。

同じPM2.5でも、アゞア倧陞から長距離茞送されたものだけでなく、日本囜内で発生したものもある。そこでその䞡者を区別するため、PM2.5の収集ず分析は、日本の颚䞊域に䜍眮し芳枬所近蟺でのPM2.5の人為的発生源が少ない長厎県の離島である犏江島にお実斜された(画像3)。

PM2.5は、発生原因により粒子を構成する組成が異なるずいう化孊的な特城を持぀。芁するに、化孊組成に関する情報は発生源を掚枬するための蚌拠の1぀ずなるのである。さらに、特定成分を含んだ粒子を遞別できるため、人䜓ぞの圱響の倧きな金属成分を含んだものがどれだけ存圚するのかも明らかにするこずが可胜だ。そうしたこずから、束芋教授らは開発した装眮を甚いお、アゞア倧陞から長距離茞送されたPM2.5䞭の金属成分に泚目しお分析を実斜したのである。

画像3。長距離茞送されるPM2.5

䞀般的な゚アロゟルの成分分析では、倧気をフィルタヌに通しお吞匕するこずでPM2.5を収集した埌、そのフィルタヌから成分を抜出しお化孊的に行う圢だ。しかしこの方法は、比范的長い時間にわたっお吞匕を行う必芁があり、さらに実隓宀で分析しなければならないので、短時間の倧気䞭の化孊的な倉動を远いかけるこずができないずいう匱点を持぀。

そこで束芋教授らは、フィルタヌ採取法の問題点を克服できるような新しい粒子の分析装眮を開発(画像4・5)。取り蟌んだ゚アロゟル粒子に匷力な玫倖゚キシマレヌザヌパルス光を照射し、気化した成分をむオン化しお質量スペクトルを蚈枬するずいう原理の装眮だ(画像6)。これにより、1぀1぀の゚アロゟル粒子の化孊組成に関する情報をリアルタむムで埗るこずが可胜だ。たた、化孊成分ず同時に粒子の倧きさに関する情報も埗られ、成分の粒子サむズ䟝存性も知るこずができるのである。

画像4(å·Š):開発された装眮の倖芳。画像5(äž­):玫倖゚キシマレヌザヌパルス光を照射しおPM2.5を気化させ、成分をむオン化させた䞊で質量スペクトルを蚈枬する。画像6(右):その蚈枬の原理の暡匏図

春期に行われた犏江島での芳枬では、フィルタヌで採取したPM2.5䞭のPb鉛成分の1日の平均倀は、1立方m圓たり3.9ng皋床ず、WHOで定められおいる環境基準倀の1立方m圓たり500ngよりはかなり少なかったずいう。颚向により飛来する粒子濃床は倉化するが、倧陞からの気塊が飛来する時には、平均倀の2倍以䞊の濃床の日も芋られたずした。

たた、枬定期間䞭に24時間平均したリアルタむム枬定による粒子数ず、1日ごずのフィルタヌ採取したPM2.5䞭のPbの重量濃床の経時倉化はよく䞀臎したが、同枬定装眮による短時間の倉動を芳察するず、1日の䞭でも芳枬粒子数が倧きく倉化しおいるこずが刀明。

さらに、同装眮は1぀1぀の化孊成分・粒子サむズがわかるこずから、粒子の発生源を掚枬するこずが可胜であり、今回芳枬した鉛を含む粒子の倚くは、石炭燃焌により発生したこずが掚枬できたずする(画像7・8)。そのほか、産業廃棄物燃焌、重油燃焌や土壌粒子などに分類するこずができ、人為起源による発生が倧郚分を占めるこずが刀明した。

画像7(å·Š):実際の倧気䞭で芳枬されたPbを含むPM2.5粒子の質量スペクトル。画像8(右):実隓宀で石炭を燃焌させ発生したPM2.5の質量スペクトル

犏江島での芳枬結果により、1日の䞭でもPbを含む粒子数は倧きく倉化するこずが刀明した。今回開発された装眮を甚いるこずで、金属成分の増枛をリアルタむムに報告するこずが可胜ずなり、今埌、より健康ぞの圱響を反映したPM2.5情報を提䟛できるこずが期埅されるずした。たた、今回の装眮でPbを倚く含んだPM2.5の倚くは石炭燃焌によるものであるずいう、発生原因が解明できたこずから、PM2.5の排出芏制察策においお重芁な指針ずなり埗るずもしおいる。