空気中のエアロゾルの構成要素としての未処理のフラーレンと官能化されたフラーレンの発生

Sep 02, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4248 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

私たちは、純粋なフラーレンと官能化されたフラーレンが、大気中の微細エアロゾルの実際の構成要素である可能性があるかどうかを調査しました。 マトリックスレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法 (MALDI-MS) により、1 µL 抽出物からのフラーレンの包括的なプロファイルが数分以内に作成されました。 [C60]-・に対応する m/z 720 のイオンは、1 μL のα-シアノ-4-ヒドロキシ桂皮酸マトリックス溶液を乾燥抽出物上にスポットした後、フラーレンとして同定されました。 C70、C76、C84、C100、C118、C128、および C130 に対応する m/z を持つイオンも、サンプル内で検出された他のフラーレン種に起因すると考えられます。 m/z 878 のイオンは、フラーレン誘導体であるジエチル メタノ[60]フラーレンジカルボキシレートであることが判明しました。 断片化されたフラーレン分子のイオンは高いレーザーエネルギーでも検出されなかったため、フラーレンはサンプルに対するレーザー作用のアーチファクトとして形成されるのではなく、実際の大気粒子マトリックスの元の構成要素として発生すると考えました。 したがって、このプロトコルは、環境中の未処理または官能化フラーレンの分布と、典型的な条件下での大気化学へのそれらの関与の理解、およびその in vitro および in vivo (生態) 毒性研究の応用に役立ちます。

元のフラーレンまたは非置換フラーレン (特に C60 および C70 など) およびその誘導体 (官能化フラーレン) は、主にバッキーボールのように球形に配置された炭素原子によって形成される化合物です 1、2、3、4、5。 フラーレンとその誘導体の化学的多用途性により、フラーレンはエネルギー生成 6、エレクトロニクス、光学、太陽光発電、（生物）医学、パーソナルケア製品など 7、8、9 を含む広範な用途に役立ちます。 実際、2012 年までは、フラーレンの推定生産量は年間約数万トンでした 7,10。 2014 年から 2019 年にかけて、フラーレンの生産量は約 6% しか増加しませんでしたが 11、その生産量はおそらく近いうちに増加するでしょう。

フラーレンが下水や地表水 13、堆積物 14、15、16、土壌 7、14、エンジンのすす 17、石炭から排出される浮遊粒子 18 で見つかっているという事実にもかかわらず、環境中でのフラーレンの実際の存在は依然として文献でコンセンサスが得られていません 3、12。 、19、ディーゼル20の燃焼、および隕石2。 環境中のフラーレンの存在は、実際に存在するものであるか、レーザー脱離イオン化 (LDI) またはマトリックス支援レーザー脱離イオン化 (MALDI) 質量分析 (MS) 分析中のレーザー アーティファクトの形成に起因すると考えられています 12。

フラーレンとその誘導体は、おそらく環境サンプルや生物学的サンプル中での存在を検出するのが難しいため、いくつかの研究で関連付けられています4,12。 もう一つの理由は、フラーレンは、凝集、コーティング、酸化 21 や光酸化 22 などの反応を含むいくつかのプロセスで大気中で変化する可能性があることです。 いくつかの研究では、金属の化学組成と微細エアロゾル（PM2.5）の水溶性有機部分に関する探索的調査が行われ、主に工業（Cu、Cd、Pb）および交通（Cr、Mn、 Ni、V、Zn）の排出と自然排出（Na、K、Ca、Ti、Al、Mg、Fe）からの排出23。 しかし、フラーレン誘導体の形成に対する金属含有量の影響とは関係がありません。 フラーレンは一般に微量または超微量レベルで存在するため、従来の方法では定量的に抽出することが困難です。 したがって、使用されるサンプル抽出および分析技術に応じて、干渉物質として機能する可能性のある数百から数千の他のサンプル成分を考慮すると、環境マトリックスでそれらを検出および定量化することも困難になる可能性があります。