SEM/EDX による大気エアロゾルの性状分析

SEM/EDXによる大気エアロゾルの性状分析 交通電子機械工学課程 2000834　根津　拓史 2000844　吉田　健一郎

発表内容 1　研究の背景と動機 2　大気エアロゾルについて 3　電子顕微鏡用のエアロゾルサンプルの捕集 4　観察と元素分析について 5　結果と考察 6　まとめ 7　謝辞

1　研究の背景と動機 ・現在、都市化、工業化の地球規模への拡大に伴い、人工起源の大気エアロゾル（浮遊微粒子）が大量に排出されている。・加えて、砂漠地帯の拡大などの自然環境の変化に伴い、黄砂のような自然起源の大気エアロゾルにも強い関心が集められている。・大気エアロゾルは、大気の放射収支や気象に影響を与えるといわれており、それらの変動を予測するには、大気エアロゾルの影響を知る必要があり、その化学的、光学的特性を知る必要がある。・大気エアロゾルに含まれている元素の成分、形状、性質を分析することは、エアロゾルの特性を知る基礎となる。

自然起源 人工起源粒径　 2　大気エアロゾルについて質量濃度 0.1 1.0 10 ・エアロゾルの大きさは数nmから10μmとされている。・自然起源の粒子　⇒　土壌粒子、海塩粒子など　人工起源の粒子　⇒　排ガスに含まれている硫酸（塩）粒子　　　　　　　　　　　　　　　　や硝酸塩粒子　　

・自然起源の粒子 土壌粒子・・・・・・土壌から発生した鉱物性の粒子。　　　　　［アルミニウム、シリコン、鉄、カリウム、　　　　　　　　カルシウム、マグネシウム］などで構成。海塩粒子・・・・・・海面から発生した粒子。　　　　　［ナトリウム、塩素］などで構成

0.127mm 3　電子顕微鏡用のエアロゾルサンプルの捕集メッシュについて 3㎜電子顕微鏡像コロジオン膜200メッシュ

インパクター捕集装置について 空気の流れここで粒子は一気に加速するここにメッシュを設置

捕集日時と大気の状況 　　捕集場所　　東京海洋大学　　　新２号館屋上 2000年から2001年3月までの計4回、一回の捕集は、流量約1.0L/minで手動で5分間行われた。捕集日時と大気状況

4　観察と元素分析につい 走査型電子顕微鏡（SEM)について電子源電子ビーム電子レンズ（コンデンサ）走査コイル偏向走査コイル試料対物レンズ（走査）２次電子検出器試料投射レンズブラウン管蛍光スクリーンブラウン管像像 CRTスクリーン透過型電子顕微鏡 Transmission Electron Microscope 走査型電子顕微鏡 Scanning Electron Microscope

蒸着について 蒸着・・・・・カーボン棒を、溶解蒸発することに　　　　　　　　よって、薄い膜でメッシュを覆うこと。理由・・・・・捕集された粒子を固定するため。　　　　　　　電子顕微鏡(SEM)で観察する際に電　　　　　　　子が試料に集まりすぎることによって　　　　　　　負の電荷を帯びてしまい、電子が反　　　　　　　発しないようにメッシュに導電性をも　　　　　　　たせるため。

エネルギー分散型X線分光法（EDX）について X線分光法　　　・エネルギー分散型X線分光法　 EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy 　　　・波長分散型X線分光法 WDX：Wavelength Dispersive X-ray spectroscopy 元素から放出されるX線は、それぞれ固有のエネルギーをもっている。　　試料から発生するX線を検出することによって、含有元素を特定する。

入射電子 特性X線２次電子　　電子ビームを照射することによって生じる　　　　　　２次電子と特性X線

（カウント数）/（測定時間） エネルギー（KeV) EDXによる定性分析例

実際の測定、分析の流れ 粒子を捕集カーボン蒸着 SEMによる形状の観察、撮影 EDXによる元素成分の分析・各サンプルに対してフィルター上の粒子の中から無作為に20　から30個の粒子を選択した。・メッシュが銅製のため、元素分析で検出された元素のうち銅は除外した。

5　結果と考察 ・EDXによって検出された、粒子の元素成分・黄砂粒子が大陸から輸送されてくる際に起こる変質や海塩粒子との内部的な混合状態・海塩粒子の変質と土壌粒子との内部的な混合状態・観察された粒子の形状とライダー・データによって示される非球形性との比較

SEM画像　例１　（2000年7月24日　海塩粒子）

SEM画像　例2　（2000年4月9日　黄砂粒子） 2~3μm 50μm

黄砂粒子ｰⅡ（２００１年３月６日） 黄砂時の粒子の元素構成黄砂時ｰⅠ（2000年4月9日）黄砂時ｰⅡ（2001年3月6日）

黄砂時ｰⅠと黄砂時ｰⅡの元素の検出頻度 10個/12個

海風時ｰⅠの元素構成 2000年7月24日（13:18～13:23）

海風時ｰⅡの元素構成 2000年7月24日（13:35～13:40）

海風時ｰⅠと海風時ｰⅡの元素の検出頻度

黄砂時と海風時の元素の検出頻度

元素の個数割合（土壌系成分と海塩系成分の混合）元素の個数割合（土壌系成分と海塩系成分の混合）

2000年4月9日（黄砂時ｰⅠ）のライダー観測データ(532nm)2000年4月9日（黄砂時ｰⅠ）のライダー観測データ(532nm) ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ顕著な黄砂時---非球形な鉱物粒子高い偏光解消度を生ずる

黄砂時ｰⅠのSEM画像

黄砂時ｰⅠのSEM画像（UP）

2000年7月24日のライダー観測データ(532nm) （海風時ｰⅠ＆海風時ｰⅡ）ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ夏、海風の卓越するとき偏光解消度の高くなる原因は海塩or土壌粒子?

海風時ｰⅠのSEM画像

海風時ｰⅡのSEM画像

6　まとめ • 黄砂時の粒子　　黄砂時ｰⅠ･･･比較的、混じり気のない土　　　　　　　　　壌粒子ばかりだった。　　黄砂時ｰⅡ･･･海塩性成分との混合がよく　　　　　　　　　見られた。 • したがって、黄砂粒子は大陸からの輸送環境によって、海塩粒子などとの混合条件が左右されるのではないだろうか。

海風時の粒子･･･海塩粒子と混合している粒 　　　　　　　　　　　子がほとんどだった。 • ただし、海風時－Ⅱでは・・・ • 海塩粒子と混合している粒子の他に、「海塩成分をまったく含まない土壌成分だけの粒子」がいくらか見られたが、これら以外の粒子は　　　　「土壌成分と海塩成分が混合されていた粒子」　と　　　　「土壌成分を含まなかった粒子」　　大きく分かれ、その比は海風時－Ⅰ・海風時－Ⅱともにほぼ１：１で、特に違いは見られなかった。 • 「海塩成分をまったく含まない土壌成分だけの粒子」とは、「別の発生源から、一時的に飛来してきて捕集されてしまった土壌粒子」だったのではないか。

実際に観察された粒子の形状は、ライダー・データから考えられる非球形性について、よく一致した形状であった。実際に観察された粒子の形状は、ライダー・データから考えられる非球形性について、よく一致した形状であった。

7　謝辞 最後に本研究にあたり、海洋電子機械工学科の村山利幸助教授に終始ご指導をいただき、深く感謝しております。　　　また同学科の元田慎一助教授、海事交通共同研究センターの酒井直道博士に実験装置を貸していただき、円滑に研究を進めることができ、深く感謝しております。本当にありがとうございました。　　　　　　　

SEM/EDX による 大気エアロゾルの性状分析