有機化合物のガラス遷移と相の状態：分子特性への依存と大気中の二次有機エアロゾルへの影響

最近、大気中の有機エアロゾル粒子は、アモルファス半固体または固体（すなわちガラス状）状態に存在する可能性があることが提案されています。この観点では、有機液体からのアモルファス半固体とメガネの形成と特性を分析して議論します。広範囲の有機化合物の系統的調査に基づいて、大気中二系有機エアロゾル（SOA）のガラス形成特性の推定値を提示します。特に、化合物の融解温度、モル質量、原子酸素と炭素比（O：C比）などのさまざまな分子特性へのガラス遷移温度T（g）の依存性を調査します。また、異なる化合物を混合することの効果と、周囲の相対湿度に応じて吸湿水取り込みの影響を調査します。温度の影響に加えて、有機エアロゾル粒子が液体、半固体、またはガラス状の状態にあるかどうかを特徴付けるための、モル質量と水分量がO：C比よりもはるかに重要であることを示唆しています。さらに、液体、半固体、ガラス状の状態の粘度が、有機マトリックスを構成する分子の拡散率と、水や酸化剤などのゲスト分子の拡散率にどのように影響するかを示し、大気中の多病相プロセスへの影響を議論します。。最後に、現在の知識の状態と科学的理解のレベルを評価し、既存の不確実性を解決するための将来の研究の手段を提案します。

Recently, it has been proposed that organic aerosol particles in the atmosphere can exist in an amorphous semi-solid or solid (i.e. glassy) state. In this perspective, we analyse and discuss the formation and properties of amorphous semi-solids and glasses from organic liquids. Based on a systematic survey of a wide range of organic compounds, we present estimates for the glass forming properties of atmospheric secondary organic aerosol (SOA). In particular we investigate the dependence of the glass transition temperature T(g) upon various molecular properties such as the compounds' melting temperature, their molar mass, and their atomic oxygen-to-carbon ratios (O:C ratios). Also the effects of mixing different compounds and the effects of hygroscopic water uptake depending on ambient relative humidity are investigated. In addition to the effects of temperature, we suggest that molar mass and water content are much more important than the O:C ratio for characterizing whether an organic aerosol particle is in a liquid, semi-solid, or glassy state. Moreover, we show how the viscosity in liquid, semi-solid and glassy states affect the diffusivity of those molecules constituting the organic matrix as well as that of guest molecules such as water or oxidants, and we discuss the implications for atmospheric multi-phase processes. Finally, we assess the current state of knowledge and the level of scientific understanding, and we propose avenues for future studies to resolve existing uncertainties.