カリフォルニア州政府

技術助言文書　パートA

　

環境たばこ煙の空気汚染毒物としての鑑別の提言

　

　

カリフォルニア州環境保護局

大気資源局

環境危険因子評価局

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

大気資源局

固定発生源部

空気環境測定課

２００５年６月

　

　

大気中での残留性（第６章）

　

　種々の要因の中でも、たばこの可燃性、酸素の不十分な供給、炎心での温度勾配の存在は、ＥＴＳを数千の成分の化合物に変化させる。ＥＴＳの科学的性質は複雑なため、化合物全体の空気中での残留性を議論するのは実際的ではない。しかしながら、いくつかのＥＴＳに関連する化学物質グループの大気中での反応のデータは存在している。それゆえ、この章では、我々は、ニコチン、Ｎ−ニトロアミン、ＰＡＨを含むＥＴＳ内の化学物質グループの大気中で残留性についてわかっていることに関して議論をすることとする。

　

　研究ではたばこの燃焼には、熱分解、熱合成、蒸留という３つの重要な化学反応の型が含まれていることを示されている（NIH,1988）。この反応の結果として、数千種類のガス、粒子成分が発生する。最終的に、これらの複雑な構成物は周囲の空気によって薄められるにしたがって、更なる化学変化することとなり、独自の寿命を持つことになる独自の化合物を生成してゆく。Morawska　et　al. （１９９７）によれば、実験室と室内環境の研究から、ＥＴＳ成分の混合体の空気中における寿命は、換気割合、湿度、大気の状態により、数時間の違いが生じるとされている。

　

　

Ａ　ガス状物質の大気中での反応

　

　ガス状のＥＴＳ成分は大気中で他の汚染物質、日光との反応し、新しい化学種を生成しうる（第３章　表３−２　ＥＴＳで見いだされるガス状成分を見よ；付録　Ａには網羅的なリストがある）。１，３−ブタジエンは最初、大気中で、水酸化ラジカル（ＯＨ）、硝酸ラジカル（ＮＯ_３）、オゾン（Ｏ_３）と反応し、アクロレインとホルムアルデヒドを生成する（Atkinson,1994;Skov et al. 1992)。ガス状物質は粒子状物質に変化しうる。例えば、ガス状態のアンモニアは、ガス状の硝酸と反応し、硝酸アンモニウムの粒子を生成する。硝酸アンモニウム暴露は、目や皮膚の激しい疼痛を引き起こす(ARB,199a)。逆に、時間が経過するにつれて、ニコチン、ネオフタジエンなどの反揮発性のＥＴＳ成分は粒子状態からガス状態へと移行する。

　

ガス状のＥＴＳ化合物は最初次のように反応する。

　

・日光による光分解

・Ｏ_３ （オゾン）

・夜間におけるＮＯ_３ラジカル

・硝酸ガス（ＨＮＯ_３）

・二酸化窒素（ＮＯ_２）

・主に午後、夕刻におけるヒドロペルオキシラジカル（ＨＯ_２）

　

　ほとんとのガス状態の有機化合物にとって重要な反応は光分解とそれに続く、ＯＨ，ＮＯ_３とＯ_３との反応である。いくつかの化合物では、ひとつまたはそれ以上の化学種（ＨＯ_２，ＮＯ_２，またはＨＮＯ_３）が相当の速度で反応する。例えば、ＨＯ_２ラジカルはホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、グリオキサルと反応し、ＮＯ_２は複合化ジエンと反応し、ＨＮＯ_３ガスはアミンと反応する。表６−１はＥＴＳで見出されるガス状物質の大気中での寿命と、主要な除去過程を示している。

　

表４−１

いくかのＥＴＳ成分の大気中での寿命の概算

　

出典：ARB,1998

１/ 　日中の１２時間平均（ＯＨは2.0×10⁶mol/cm³)

２/　 １日＝ＯＨは2.0×10⁶mol/cm³で１２時間

　

　ガス状物質が粒子に吸収されるとさらなる化学変化は起こりにくいといえる。粒子に吸収されたガス状物質は光分解と地表におけるＯ_３、５酸化２窒素（Ｎ_２Ｏ_５）、ＮＯ_２、ＨＮＯ_３、亜硝酸（ＨＮＯ_２），硫酸（ＨＳＯ_４），過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）との反応により分解しうる。

　

　

Ｂ　粒子状物質の大気中での反応

　

　０．０１−１０μｍの粒子はしばしばＰＭ_１０と呼ばれる。特に、ＥＴＳに関連する粒子の大きさはすべて０．０１から１．０μｍに入る（U.S. EPA,1992)。ＥＴＳは粒子の大きさによる独自の持続性を持つ粒子状物質を含んでいる。大気中の粒子状物質に与える二つの大きな影響過程は、

・粒子の乾燥沈積、湿潤沈積（すなわち、物理的除去）と

・粒子に吸収された物質の大気中での変性

　

　乾燥沈積は、広く、降雨のないときに空気汚染物資が大気中から物質表面に移動することと定義されている(Davidson and Wu,1989:Seinfeld and Pandis,1998).。乾燥沈積に影響する主要な要因は大気の乱れ、空気汚染物質の化学的、物理的性質、沈積する物質表面の性質である。０．０５から０．１μmの大きさの粒子は、空気中に長時間そのまま存在し、はるか遠くまで移動しうるとされている(Cohen,1998)。

　直径０．０５から１μｍの粒子のほぼ完全な除去は湿潤沈着による（Leuenberger et al.,1985,Ligocki et al.,1985 a,b)。ＥＴＳ粒子はこの（０．１−１μm）大きさの範囲にあるので、湿潤沈積によって大気中から効率よく除去される。湿潤沈積は、降雨、曇天、霧、降雪にときに発生する。

　

　

Ｃ　ニコチン

　ニコチンはたばこの中の主要なアルカロイドであり、たばこの中毒性の主要な寄与源である。ＥＴＳでは、ニコチンは環境中でほとんどすべてガス状態で見いだされる(Eudy et al.,1986;Thome et al.,1986;Eatough et al.,1986;Hammond et al.1987)。周辺温度で蒸気圧１０^−６と１０パスカル(Pa)の間にある有機化合物は反揮発性有機化合物と分類されている。２９８゜Ｋで、ニコチンは蒸気圧２．７Paであり、大半がガス状態で存在している（Von Loy et al.,2001)。ＥＴＳのニコチンで粒子状態となっているのは５パーセント未満である(Jenkins et al.,2000)。また、副流煙では、環境空気のアルカリの性質がニコチンを粒子状態よりもガス状態へと誘導する。

　

　ニコチンなどの反揮発性のＥＴＳ成分は環境状態により、異なる残留性を示す。環境空気中では、ニコチンと光化学的に生成されたハイドロキシルラジカル、オゾンとの反応が生じうる。環境空気中におけるニコチンの半減期はおよそ１日と報告されている(Spectrum Chemical Facy Sheet,2003)。

　

　室内空気中では、ガス状態のニコチンは周囲の表面へと素早く拡散し、その表面と相互反応し、他のＥＴＳ成分よりも速く環境から除去されるとされている。(Eudy et al.,1986)。研究は様々な周囲の表面にニコチンが吸着される結果として、ニコチンのレベルは急速に減衰することを示している(Eatough et al.,1986;Piade et al.,1999;Von Loy et al.,2001)。それゆえ、ニコチンは室内での半減期が約２時間であることより、数時間前に発生したＥＴＳ暴露の合理的指標である(Trinh and Huynh,1989)。研究はまた吸収されたニコチンが周囲の壁やカーペットなどの物質に存在していて、時間をかけて環境に再放出されうることを示している(Trinh and Huynh,1989)。Piade et al.(1999)の研究によると１�rのニコチンは１�uの綿の服に吸収され、数時間にわたり再放出されうるとされている。The Von Loy et al.(2001)の実験室の実験ではニコチンの周囲の物質からの脱着が観察された。 カーペットで覆われた２０ｍ^３環境検査室において、一瞬ニコチンを昇華させ（計測ニコチン濃度4.4μg/ｍ^３)、その後、実験室を清浄な空気で３日間にわたり、清浄化してみた。実験室を再度封鎖すると、ニコチン濃度は徐々に１μg/ｍ^３,にもどり、ニコチンが周囲の物質の表層から再放出されていることが示された。

　

　

D　タバコに特有のＮ−ニトラサミン

　

　ニコチンは発ガン物質とされてはされていないのに対し、いくつかのたばこ特有のニコチンと他のたばこアルカロイドから生成されてくるニトロサミン（ＴＳＮＡ）は、発ガン性があるとされている(Hecht and Hoffmann,1988)。ＴＳＮＡ（図６−１を見よ）は、乾燥過程、製造過程、発酵、たばこ製品の燃焼の間のニコチンのＮ−ニトロソ化によって生成される(IARC 1986;Ashley et al.,2003)。ＴＳＮＡの喫煙による生成量は、たばこの硝酸塩成分の量による。いくつかの黄色種タバコは乾燥過程でＮＯｘにさらされるとより高い濃度のＴＳＮＡを含むようになる(Ashley et al.,2003.)。

　

図４−１

ニコチン遷移

　

　

　

　

　

　

ＮＮＮ：Ｎ’−ニトロソノルニコチン

ＮＮＫ：４−（メチルニトロサミノ−）−１−（３−ピリディル）−１ーブトン

ＮＡＴ：Ｎ’−ニトロソアナタビン

　

Ｎ’−ニトロソノルニコチン（ＮＮＮ）と４−（メチルニトロサミノ−）−１−（３−ピリディル）−１ーブトン（ＮＮＫ）は、ＴＳＮＡ類の中で最も潜在的に発ガン性があるとされている(Ashey et al.,2003)。

　

　Ｎ−ニトロソ化合物は紫外線と可視光線によって、分解する。熱で分解されると、これらの化合物はニトロジェンオキサイドという毒性の煙霧を放出する。

　

　

Ｅ　ＰＡＨとＰＡＨ派生物

　研究者はＥＴＳの中に少なくとも１０の多環芳炭化水素（ＰＡＨ）の異性体を特定しており、それらガンを引き起こす毒性を持つ空気汚染物とされている(Hoffmann and HOffmann,1997;OEHHA,1997)。あるＰＨＡは大気中のＮＯ_Ｘ の放射物と反応しニトロ派生のＰＨＡを生成する。ＥＴＳの中では、ガス状態と粒子状態のＰＡＨが計測されている(Gundel et al.,1995)。表６−２は、ＥＴＳの中で特定されているガス状態と粒子状態のＰＡＨのリストである。

　

表６−２

ＥＴＳの中で検出されるＰＡＨ

　

出典；Gundel et al.,1995.

1/ PHAはガスと粒子の間の状態で放出される

　

　ＥＴＳの中で最も潜在的に発ガン性のあるＰＡＨの一つはベンゾ[a]ピアレンである。ベンゾ[a]ピアレンは大気中でほとんと完全に粒子状態で大きさ３μｍ以下で存在する、それゆえ、湿潤沈積、乾燥沈積をする(ARB,1997b)。ベンゾ[a]ピレンの粒子の大気中での半減期は平均３．５から１０日くらいとされ、寿命は５から１５日である(ARB,1997b)。他のＰＡＨの寿命は表６−３に示されている。

　

表６−３

いくつかのＰＡＨの大気中での寿命

　

　

出典：ARB,1988

a/　日中１２時間の平均ＯＨラジカル濃度　1.5×10⁶ モルcm^-3　(prinn et al.,1987)

b/　夜間１２時間の平均ＮＯ_３ラジカル濃度　2.4×10⁶ モルcm^-3 ＮＯ₂濃度　2.4×10¹² モルcm^-3　 (Atkinson et al.,1986)

c/　２４時間の平均Ｏ_３濃度　7×10¹¹ モル　cm^-3　(Logan,1985)

d/　イオン化ポテンシャルと比例関係のＯＨラジカル反応割合を使用(Biemann et al.,1985,1990;Atkinson et al.,1990)

　

揮発性の２環から４環のＰＡＨは大気中でほとんどがガス状態で存在する(Atkinson and Arey,1994)。ガス状態のＰＡＨは大気中のハイドロオキシル（ＯＨ）ラジカル、ＮＯ_３ラジカル、オゾンと反応するが、ＰＨＡの減衰過程で一般的に優勢なのはＯＨラジカルとの反応である(atkinson and Arey,1994)。ＯＨラジカルとＰＡＨの反応の生成物はハイドロキシルＰＡＨ、ニトロＰＡＨ，開環のジカルボニルの生成物を含む(ARb,1997b)。大気中のガス状態の２環、４環の揮発性ＰＡＨの半減期は、ＯＨラジカルとの反応のため、２から１９時間であり、寿命は３から２７時間とされている(ATkinso and Arey,1994).。

翻訳：河村昌弘

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