自然起源からの温室効果気体量の推定
泥炭地や森林火災から発生する温室効果気体の量は、人為起源による量と匹敵していると考えられていますが、その詳細は不明です。泥炭地での現地調査や広域二酸化炭素観測に基づいた自然起源の温室効果ガスの発生量の推計手法の開発を行っています。
温室効果気体中の安定同位体計測
温室効果気体の安定同位体比を測定することにより、その発生源の特定や、大気中の物質循環を調べることが可能です。従来法では、現場でのリアルタイム測定が出来ない、分析サンプルの前処理が複雑である等の問題がありました。本研究室では、近赤外レーザーを基盤とした二酸化炭素中のリアルタイム安定同位体計測装置の開発に成功し、同装置を用いた二酸化炭素の環境動態解析を行っています。
自動車排出ガス計測
自動車から排出される微量気体成分の計測を下記に示した研究室で開発した装置を用いて交通安全環境研究所と共同で行っています。
中赤外量子カスケードレーザーを用いた
大気中の窒素酸化物濃度測定装置の開発
大気中のNOやNO2といった窒素酸化物(NOx)は，ppbレベルの微量気体でありながら光化学スモッグや酸性雨など環境問題を引き起こす物質として注目されており，NOxの高感度大気濃度測定が求められています．
本研究では中赤外波長の量子カスケードレーザーを用いた吸収分光法による測定装置開発に取り組んでいます．物質中に光を通すと光の一部が吸収され，その吸収量は吸収物質の濃度および光路長に比例するという性質があります(Lambert-Beer則)．よって，吸収された光の量を測定することで目的物質の濃度が分かり，また光路長を長くして吸収を大きくすることで装置の測定感度を上げることができます．小型の装置で長い光路を確保するため，セルの両端に高反射率ミラーを設置しセル内で光を往復させることにより光路長を稼ぎます．
Fig. 1に実験装置の概略図を示します．セル内に気体を流しながらレーザー光を通し，セルから出てきた光を検出します．セル内にNOxがある場合とない場合について検出光強度を測定すれば，NO/NO2による光の吸収量が分かります．
これまでに光路長数kmのキャビティーリングダウン分光法（CRDS法）による測定(写真：Fig. 2)を行い，ppbレベルでのNOxの検出に成功しました。シャーシダイナモメーターを用いた自動車排ガスの計測による装置の性能評価を行い、大気計測に応用します。
Fig. 1 NOx計測装置図
Fig. 2 CRDS法を用いた計測装置
大気中揮発性有機化合物計測のための
可搬型光イオン化飛行時間質量分析計の開発
対流圏大気中の揮発性有機化合物（VOCs）は浮遊粒子状物質や光化学オキシダントの生成に大きく関わっており，その組成や濃度を把握することは対流圏大気化学を理解する上で重要です．
そこで，本研究室では大気中のVOCsのリアルタイム計測を目的に，真空紫外−光子イオン化法と飛行時間質量分析法を組み合わせた可搬サイズの分析装置を開発しています．
「真空紫外−光子イオン化法」は，イオン化の過剰エネルギーを低く抑えるイオン化（ソフトイオン化）で，フラグメントイオンの生成を抑制できます．Nd:YAGレーザーの三倍波（355 nm）からのXeによる第三高調波発生法により得られる118 nm（10.5 eV）の真空紫外光をイオン化に利用しています．
「飛行時間質量分析法」は，イオンの透過率が高く，一回の測定で質量スペクトル全体を取得することができるという利点があります．また，リフレクター（静電ミラー）を利用して飛行距離を長くすることにより質量分解能の向上と省スペースを両立させています．本研究室で開発した装置（写真）は質量分解能800（m/z = 112）であり，VOCsの検出下限は数ppbv（5秒積算）を達成しています．
VUV-TOFMS模式図
超臨界技術を利用したエアロゾル組成解析
大気エアロゾルは、健康影響ならびに気候変動に大きな影響を及ぼすことが知られている。エアロゾルの組成により環境影響の度合いは大きく異なるのでエアロゾルの環境影響評価にはその組成を詳細に知る必要がある。例えば、中国大陸からの黄砂粒子と都心部での２次有機エアロゾルでは異なった環境影響を引き起こす。このような観点から本研究室では、以下のエアロゾル組成解析新技術の開発を行っている。
- 超臨界CO2抽出と質量分析を組み合わせた大気エアロゾル組成解析の新規技術の開発
