Environmental Chemistry Lab., Department of Applied Chemistry, Faculty of Science and Technology, Keio University
庆应义塾大学 理工学部
应用化学系 環境化学研究室
Led by Tomoaki OKUDA, Ph.D.

研究介绍

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重点

粒子带电状态

悬浮在空气中的细颗粒物(气溶胶)会通过呼吸作用进入生物体内,并对健康产生不利影响令人担忧。当吸入颗粒时在生物体上的沉积量随带电颗粒的数量而增加。然而,几乎没有测量实际环境大气中气溶胶的带电状态的例子。因此,我们的研究室开发了各种独特的实验方法,以阐明控制气溶胶颗粒带电状态的因素,并阐明对环境和人体的影响。

本研究的内容在介绍了整个庆应义塾大学开展的研究活动“KEIO RESEARCH HIGHLIGHTS”中有介绍。→

 

实际环境大气气溶胶带电原理的阐明

在这项研究中,我们使用电迁移率原理开发的专有粒子带电状态测量装置K-MACS(Keio-Measurement System of Aerosol Charging State)测量了实际大气气溶胶的带电状态,目的是阐明带电原理。

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这是本研究室开发的K-MACS的照片。用于获取实际环境中大气气溶胶的电荷分布。该装置相关的论文已连续第二个月入选美国气溶胶学会国际期刊气溶胶科学与技术的最新十大下载文章。

测量实际环境中大气气溶胶带电状态的实验系统。

使用独自开发的K-MACS测量的大气气溶胶带电状态的观测结果。

使用Tandem DMA测量颗粒物的带电状态

通常与大气离子由碰撞和粘附引起的颗粒带电在颗粒的生长和去除原理中很重要,因此一些研究已经研究了非常小的颗粒物。另一方面,据报道对人体有重大影响的亚微米范围内的颗粒的带电状态根据大气条件而有所不同,但是仍然存在许多不清楚的地方,例如粒径的不确定性等。因此,在本研究中,从考虑颗粒物的带电状态来评估颗粒物的危害性,通过关注亚微米颗粒来研究带电状态。

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装置的外观。两台DMA串联Tandem DMA以分析带电状态。

通过在铝容器中燃烧产生的颗粒物来分析带电状态。

这是使用Tandem微分型电迁移率分级器对颗粒的带电状态进行测定。我们自己开发的程序来控制各种装置并研究颗粒物的特性。

使用KPFM方法阐明放射性Cs粒子的电特性

福岛第一核电站发生的事故使放射性物质散布到大气中,对整个日本乃至海外造成了辐射污染。事故发生后的几年,特别是对于放射性Cs,已经清楚的是日本全国各地都存在称为放射性铯的微粒(CsMP: Radiocaesium-bearing microparticles)的不溶性颗粒物。虽然通常的Cs化合物是水溶性的,但是在核事故期间通过将放射性Cs与反应堆材料(例如金属和玻璃等)混合而形成的这些粒子是不溶的。吸入这些颗粒时,它们沉积在呼吸系统上后,由于颗粒物的不溶性,会停留在那里并发出辐射,对健康造成危害令人担忧。 众所周知,大气中的气溶胶颗粒会通过带电而促进沉积在人的呼吸道内,但是先前的研究指出,放射性气溶胶颗粒由于其β衰变而自带电。 因此,为了准确评估放射性Cs粒子的健康影响,有必要弄清它们的带电状态。然而,尚未建立用于测量从实际环境中收集的每个颗粒的详细电学性质的方法,并且还没有对从福岛第一核电站事故中实际获得的颗粒进行具体测量的例子。在这项研究中,我们建立了一种使用原子力显微镜KPFM(Kelvin Probe Force Microscopy)方法测量粒子表面电势的方法,并阐明了放射性Cs粒子的详细电学特性。

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测量装置位于本大学的中央研究室。 通过将本研究室拥有的专用的KPFM模块连接到普通的AFM(原子力显微镜),可以作为KPFM进行测量。

这是对福岛县实际收集到的放射性Cs粒子进行KPFM测量的一个示例。左图是电子显微镜图像,中心是KPFM高度图像,右图是表面电势图像,从右图起,与其他粒子相比视野右下角的放射性Cs微粒具有正的表面电势。

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