Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
付表 4-47 ごみのエネルギー生産効率(図 4-47 に対応)

ごみのエネルギー生産効率(-)	第3四分位点	最大値	最小値	第1四分位点	中央値	平均値	外れ値	データ数
焼却灰溶融なし(n=24)	0.10	0.15	0.01	0.05	0.07	0.08	0.34	24
焼却灰溶融あり電気式(n=35)	0.09	0.17	0.00	0.02	0.06	0.08	0.22	0.62	35
焼却灰溶融あり燃料式(n=4)	0.11	0.13	0.04	0.05	0.08	0.08	4
ガス化溶融流動床式(n=10)	0.05	0.09	0.00	0.02	0.04	0.06	0.26	10
ガス化溶融シャフト式(n=22)	0.06	0.08	0.00	0.01	0.02	0.09	0.23	0.50	0.80	22
ガス化溶融キルン式(n=5)	0.05	0.06	0.00	0.01	0.03	0.03	5

付表 4-48 エネルギー産出/投入比(図 4-48 に対応)

(外部へ取り出し電力発熱量＋外部へ蒸気供給発熱量)/(ごみ発熱量＋燃料発熱量＋電気発熱量)

エネルギー産出/投入比(〜)	第3四分位点	最大値	最小値	第1四分位点	中央値	平均値	外れ値	データ数
焼却灰溶融なし(n=24)	0.10	0.15	0.01	0.05	0.07	0.08	0.31	24
焼却灰溶融あり(n=39)	0.09	0.17	0.00	0.03	0.05	0.08	0.21	0.60	39
ガス化溶融(n=37)	0.05	0.08	0.00	0.01	0.02	0.06	0.20	0.25	0.39	0.56	37

付表 4-49 燃焼装置形式別の運転操作人員数と管理人員数(図 4-49 に対応)

炉数あたり運転操作人員数(人/炉)	第3四分位点	最大值	最小值	第1四分位点	中央值	平均值	外れ值	データ数
焼却灰溶融なし(n=45)	13.5	21.0	4.3	8.5	10.0	12.6	22.5	26.5	28.0	41.0	45
焼却灰溶融あり(n=60)	16.7	24.0	6.3	10.7	13.0	14.1	26.0	26.5	26.5	30.0	60
ガス化溶融(n=59)	14.0	18.0	6.7	10.8	12.5	12.8	19.0	20.7	24.0	59

炉数あたり管理人員数(人/炉)	第3四分位点	最大值	最小值	第1四分位点	中央值	平均值	外れ值	データ数
焼却灰溶融なし(n=39)	5.0	8.0	0.5	1.2	2.7	4.0	14.0	14.5	19.0	39
焼却灰溶融あり(n=56)	7.1	15.5	0.3	1.3	2.9	4.2	56
ガス化溶融(n=53)	3.5	5.5	0.5	1.5	2.0	3.0	7.0	7.0	8.0	8.5	10.0	13.0	53

付表 4-50 建設工事費 (図 4-50 に対応)

規模あたり建設工事費(百万/(t/日))	焼却	ガス化溶融	規模あたり建設工事費(百万/(t/日))	灰溶融あり	灰溶融なし
<20	9	6	<20	2	7
20≤	17	10	20≤	7	10
40≤	49	28	40≤	26	23
60≤	28	14	60≤	21	7
80≤	4	1	80≤	4	0

規模あたり建設工事費(百万/(t/日))	電気式	燃料式	規模あたり建設工事費(百万/(t/日))	流動床式	シャフト式	キルン式
<20	1	1	<20	2	3	1
20≤	5	2	20≤	6	4	0
40≤	18	8	40≤	10	10	8
60≤	13	8	60≤	2	11	1
80≤	2	2	80≤	0	1	0

規模あたり建設工事費[百万/(t/日)]	第3四分位点	最大值	最小值	第1四分位点	中央值	平均值	外れ值	データ
焼却灰溶融なし(n=47)	54.6	69.8	0.1	32.8	47.0	41.8	47
焼却灰溶融あり電気式(n=39)	68.2	89.7	25.9	45.8	55.8	55.3	39
焼却灰溶融あり燃料式(n=21)	66.9	95.4	24.6	47.0	59.5	60.3	147.0	21
ガス化溶融 流動床式(n=20)	51.4	69.4	6.6	30.2	44.8	41.7	20
ガス化溶融 シャフト式(n=29)	64.2	77.8	5.1	40.4	56.1	51.1	120.5	29
ガス化溶融 キルン式(n=10)	49.4	52.1	44.9	46.6	48.4	45.6	67.0	10
定期整備
あり施設
数	回答あり
施設数	比率
焼却灰溶融なし
(n=48)	27	48	56
焼却灰溶融あり
電気式(n=39)	24	39	62
焼却灰溶融あり
燃料式(n=21)	10	21	48
ガス化溶融
流動床式(n=20)	11	20	55
ガス化溶融
シャフト式(n=30)	25	30	83
ガス化溶融
キルン式(n=10)	8	10	80

付表 4-51 定期整備補修費（規模あたり）（図 4-51 に対応）

規模あたり定期整備補修費[(千円/年)/(t/日)]	第3四分位点	最大値	最小値	第1四分位点	中央値	平均値	外れ値	データ数
焼却灰溶融なし(n=23)	927.8	1597.2	231.2	435.0	599.2	699.3	23
焼却灰溶融あり電気式(n=20)	1378.9	2650.6	360.3	498.8	849.9	1009.1	20
焼却灰溶融あり燃料式(n=11)	1671.2	2867.9	133.5	755.5	1183.2	1282.7	11
ガス化溶融流動床式(n=8)	2307.7	3044.3	897.0	1272.4	1967.8	1877.4	8
ガス化溶融シャフト式(n=19)	1551.1	2184.0	44.0	930.8	1140.8	1239.8	2500	19
ガス化溶融キルン式(n=6)	2905.3	3134.9	2070.1	2189.1	2708.8	2372.5	6

付表 4-52 運転・管理委託費（規模あたり）（図 4-52 に対応）

運転管理
委託あり
施設数	回答あり
施設数	比率
焼却灰溶融なし
(n=48)	34	48	71
焼却灰溶融あり
電気式(n=39)	32	39	82
焼却灰溶融あり
燃料式(n=21)	18	21	86
ガス化溶融
流動床式(n=20)	15	20	75
ガス化溶融
シャフト式(n=30)	26	30	87
ガス化溶融
キルン式(n=10)	8	10	80

規模あたり運転・管理委託費[(千円/年)/(t/日)]	第3四分位点	最大値	最小値	第1四分位点	中央値	平均値	外れ値	データ数
焼却灰溶融なし(n=31)	808.0	1276.2	20.0	329.7	623.3	701.5	2317.3	2547.3	31
焼却灰溶融あり電気式(n=28)	1003.2	1611.5	223.3	533.8	722.0	781.7	28
焼却灰溶融あり燃料式(n=16)	1734.8	2478.8	862.8	955.7	1445.1	1494.4	3165.8	16
ガス化溶融流動床式(n=13)	1816.5	3031.5	365.2	997.0	1153.7	1373.0	13
ガス化溶融シャフト式(n=22)	2053.2	2608.2	489.9	998.3	1383.4	1646.4	3680.5	4000.7	22
ガス化溶融キルン式(n=6)	1556.3	2156.5	816.1	950.7	1225.4	1324.9	6

付表 4-53 ごみあたり薬剤費と用水費(図 4-53 に対応)

ごみあたり薬剤費(円/t)	第3四分位点	最大値	最小値	第1四分位点	中央値	平均値	外れ値	データ数
焼却灰溶融なし(n=40)	816.5	1374.7	46.2	346.5	553.6	584.6	40
焼却灰溶融あり(n=49)	1128.2	2104.7	71.9	474.7	656.3	869.5	4333.2	49
ガス化溶融(n=39)	1103.0	2044.7	130.0	315.0	611.4	828.5	4108.2	39

ごみあたり用水費(円/t)	第3四分位点	最大値	最小値	第1四分位点	中央値	平均値	外れ値	データ数
焼却灰溶融なし(n=28)	190.7	220.2	5.8	78.9	137.5	165.0	433.7	440.1	487.1	513.0	28
焼却灰溶融あり(n=40)	281.2	539.8	17.8	101.9	161.8	224.8	808.2	961.4	40
ガス化溶融(n=34)	295.7	445.8	14.3	125.8	203.7	241.3	559.6	584.0	598.5	861.6	34
付表 4-54 ごみあたり燃料(図 4-54 に対応)

ごみあたり燃料費(円/t)	第3四分位点	最大値	最小値	第1四分位点	中央値	平均値	外れ値	データ数
焼却灰溶融なし(n=36)	164.4	297.2	6.6	55.5	107.2	167.4	1774.2	36
焼却灰溶融あり電気式(n=30)	328.0	443.6	39.3	81.5	131.1	206.4	762.5	30
焼却灰溶融あり燃料式(n=20)	1634.8	2204.0	51.8	491.4	878.9	1510.7	3482.8	3783.9	8164.2	20
ガス化溶融流動床式(n=15)	1048.4	1251.3	9.7	511.4	599.7	1053.4	2240.9	3135.6	3394.0	15
ガス化溶融シャフト式(n=29)	3293.2	4708.5	1684.3	2342.5	2867.5	4449.0	6000.6	6995.9	45174.5	29
ガス化溶融キルン式(n=8)	1899.2	2268.6	120.8	580.5	1128.6	2339.7	11157.3	8

付表 4-55 ごみあたり 電気代 (図 4-55 に対応)

ごみあたり電気代(円/t)	第3四分位点	最大値	最小値	第1四分位点	中央値	平均値	外れ値	データ数
焼却灰溶融なし(n=36)	2190.9	3585.8	1.5	424.9	1118.5	1373.2	5324.7	38
焼却灰溶融あり電気式(n=30)	1060.9	1724.8	218.0	502.5	769.7	924.9	2002.4	2366.9	2369.3	2518.5	31
焼却灰溶融あり燃料式(n=20)	3328.9	5083.4	392.1	1797.7	2697.9	3124.6	6879.8	13880.6	21
ガス化溶融流動床式(n=15)	3963.0	5460.8	269.3	778.6	1868.2	2327.0	19
ガス化溶融シャフト式(n=29)	3229.3	6487.9	454.6	898.5	1502.0	2348.3	7492.0	27
ガス化溶融キルン式(n=8)	2912.4	4276.4	324.0	1000.4	2300.2	2072.8	9

付表 4-56 ごみ処理費用のまとめ (図 4-56 に対応)

運転・管理費(円/t)	焼却灰溶融なし	灰溶融あり電気式	灰溶融あり燃料式	ガス化溶融流動床式	ガス化溶融シャフト式	ガス化溶融キルン式
定期整備補修費(ありのみ)	1641.6	2328.4	3241.5	5391.1	3125.4	7421.3
運転・管理委託費(ありのみ)	1707.7	1978.0	3959.1	3160.8	3790.0	3357.3
燃料費	107.2	131.1	878.9	599.7	2867.5	1128.6
電気代	1118.5	769.7	2697.9	1868.2	1502.0	2300.2
薬品費	553.6	656.3	656.3	611.4	611.4	611.4
用水費	137.5	161.8	161.8	203.7	203.7	203.7

付表 4-58 燃焼装置別の性能比較図 (図 4-58 に対応)

焼却灰溶融なし(ストーカ式)	焼却灰溶融あり電気式	焼却灰溶融あり燃料式	ガス化溶融流動床式	ガス化溶融シャフト式	ガス化溶融キルン式	焼却灰溶融なし(ストーカ式)	焼却灰溶融あり電気式	焼却灰溶融あり燃料式	ガス化溶融流動床式	ガス化溶融シャフト式	ガス化溶融キルン式
管理コスト	4.9	4.1	3.2	3.1	3.2	3.0	用役	3.5	3.8	3.2	3.7	3.7	3.7
環境対策	3.8	4.3	4.3	5.0	5.0	5.0	エネルギー収支	3.8	3.2	3.0	1.8	1.8	1.8
物質収支	2.6	3.4	2.8	3.4	2.8	3.0
スミルノフ・グラッブス検定の棄却限界表

データ数n	上側確率( $ \alpha $ )
0.1	0.05	0.025	0.01
3	1.148	1.153	1.154	1.155
4	1.425	1.463	1.481	1.493
5	1.602	1.671	1.715	1.749
6	1.729	1.822	1.887	1.944
7	1.828	1.938	2.020	2.097
8	1.909	2.032	2.127	2.221
9	1.977	2.110	2.215	2.323
10	2.036	2.176	2.290	2.410
11	2.088	2.234	2.355	2.484
12	2.134	2.285	2.412	2.549
13	2.176	2.331	2.462	2.607
14	2.213	2.372	2.507	2.658
15	2.248	2.409	2.548	2.705
16	2.279	2.443	2.586	2.747
17	2.309	2.475	2.620	2.785
18	2.336	2.504	2.652	2.821
19	2.361	2.531	2.681	2.853
20	2.385	2.557	2.708	2.884
22	2.429	2.603	2.758	2.939
24	2.468	2.644	2.802	2.987
26	2.503	2.681	2.841	3.029
28	2.536	2.714	2.876	3.068
30	2.565	2.745	2.908	3.103
35	2.630	2.812	2.978	3.178
40	2.684	2.868	3.036	3.239
50	2.772	2.957	3.128	3.337
60	2.841	3.027	3.200	3.411
80	2.946	3.132	3.306	3.521
100	3.024	3.210	3.384	3.600
150	3.159	3.343	3.517	3.734
200	3.250	3.432	3.606	3.822
300	3.373	3.552	3.724	3.938
400	3.457	3.634	3.803	4.017
500	3.520	3.695	3.863	4.075
1000	3.707	3.877	4.040	4.247
課題名 5RF-1302 環境ナノ粒子を介した有機汚染物質の人体曝露に関する研究

課題代表者名 鳥羽 陽 （金沢大学医薬保健研究域薬学系 准教授）

研究实施期间 平成25～27年度

累計予算額 35,703千円（うち平成27年度：11,497千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキーワード環境ナノ粒子、PM_{0.1}、携帯型（個人）サンプラー、多環芳香族炭化水素、バイオマーカー

研究体制

(1)環境ナノ粒子を介した有機汚染物質の人体曝露に関する研究(金沢大学医薬保健研究域薬学系)

研究協力機関

産業医科大学、大阪府立公衆衛生研究所、（一財）日本自動車研究所、中国瀋陽市疾病預防控制中心、中国科学院生態環境研究中心

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

近年、呼吸器疾患等の要因の一つに大気汚染が挙げられ、特に燃焼由来の微小粒子状物質（PM_{2.5}）の関与が指摘されている。さらに、PM_{2.5}に含まれる環境ナノ粒子（粒径100 nm以下）は、容易に肺胞まで達して循環器系に移行すると推定され、粒子表面の有害物質の毒性が増強する可能性があるが、その環境動態やヒトの曝露実態は不明である。また、肺の最深部まで到達した環境ナノ粒子中の有機物質の生体内への移行量を検証し、粗大粒子と比較して曝露量に対するナノ粒子の寄与度を解明する必要がある。以上より、環境ナノ粒子をキャリアーとする有害物質の曝露という視点から健康影響を評価することが急務となっている。一方、ナノ粒子の環境からの曝露量を見積もるためには、利便性の高い捕集機器の開発が望まれる。現時点でナノ粒子を捕集できる電源不要で携帯型のナノ粒子サンプラーは市販されておらず、様々な環境下でのナノ粒子測定や個人曝露評価に利用できる携帯型小型ナノ粒子サンプラーの開発が望まれている。個人曝露評価に利用できる小型サンプラーを開発する場合、携帯型のミニポンプを使用しなければならず、ポンプ性能の制限から、できるだけ低圧力損失でナノ粒子（PM_{0.1}）を分級することが必須条件である。本研究では、他の分級装置と比べて小型・軽量化を行うことができ、ナノ粒子をほぼ常圧で分離可能な慣性フィルタを用いたサンプラーを開発し、実環境での捕集に耐える実用性の高い携帯型ナノ粒子サンプラーの開発を目指した。

### 2. 研究開発目的

本研究は、環境ナノ粒子 $ \left(PM_{0.1}\right) $ を含めて $ PM_{2.5} $ を4段分級できる世界初の携帯型ナノ粒子個人サンプラーを開発し、様々な生活環境（微小環境）において開発したサンプラーを使用してヒトに対するナノ粒子及びナノ粒子中の有害有機物の曝露量を測定し、サンプラーの実用性を評価すると共に、評価対象とする微小環境のナノ粒子曝露量の違い、有機汚染物質組成や燃焼発生源の寄与、 $ PM_{2.5} $ に対するナノ粒子の寄与度を明らかにすることを目的とする。具体的には以下の項目について実施した。

（1）様々な生活環境や多数の被験者を対象としたナノ粒子個人サンプラーの性能評価

(2) 実用性を高めるためのサンプラーの改良と応用

（3）有機汚染物質のナノ粒子からPM_{2.5}までの粒径分布の解明

（4）環境ナノ粒子に対する発生源寄与度の解明

（5）環境ナノ粒子に由来する有機汚染物質のバイオマーカーの開発と評価

上記の研究成果から、新たなナノ粒子個人曝露評価法を提供し、環境ナノ粒子をキャリアーとする有機汚染物質の健康影響に直結する知見を得て、将来的な環境基準PM $ _{0.1} $ を考慮する上で環境政策上有用な情報を提示することを最終目標とする。ただし、ナノ粒子個人サンプラーを用いたフィールド調査と同時にバイオマーカーに関わる調査を実施するのは困難と判断し、手順に従い、担当POへの相談、環境省への確認、部会の承認を受け、社会的関心の高いサンプラーの評価を優先させるため、バイオマーカーに関わる内容を平成26-27年度は削減した。
### 3. 研究開発の方法

## (1) 環境ナノ粒子を介した有機汚染物質の人体曝露に関する研究

## 1 ) サンプラーの開発と基礎性能評価

PM_{0.1}捕集用の個人サンプラー捕集部は、プレカットインパクタ部、SUS-Web構造を持つプレカット慣性フィルタ、TEMグリッド積層型メイン慣性フィルタ、バックアップフィルタから構成（柴田科学との共同作成）され、サンプラーの出口側にバッテリー式ミニポンプ（HSP-5000，ハリオサイエンス製）を接続し、吸引流量5 L/minで使用した（図1）。測定粒子として電気移動度相当径に分級したZnCl_{2}粒子を慣性フィルタに導入し、ノズルのみとフィルタ装着時それぞれの粒子量を粒子カウンター等により測定し、捕集効率を求めた。また、大気粉じんや粉じん負荷試験において試験用粉体も使用した。従来型サンプラーとの比較を行うため、各環境調査や個人曝露調査において、PNSで捕集された各画分の粒子濃度やそれを合計して得られるPM_{2.5}濃度と従来型のPM_{2.5}用小型インパクタ（ATPS-20H，柴田科学）、慣性フィルタ方式の既存の固定式ナノサンプラー（5段分級）による捕集結果や測定局のPM_{2.5}データとの比較を行った。

図 1 PM $ _{0.1} $ 捕集用個人サンプラー捕集部の構造

## 2 )高濃度の自動車排ガス曝露が推定される環境における捕集調査

中国・瀋陽市においてタクシー運転手を対象に調査を実施し、タクシー車内に開発したPM_{0.1}捕集用個人サンプラー（PNS）を設置して車内外のPM捕集を行った。また、PM_{2.5}捕集用の個人サンプラー（ATPS-20H）、パーソナルダストセンサー、ビデオカメラ及びGPSを設置して各種の情報を得た。ビデオ映像から読み取った大型車の接近時間とGPSの記録データによる走行距離を用いて、大型車の接近頻度：Approach Frequency (AF) = V·T/D (cars·hour/km)を算出した。国内の大規模交差点（東京と大阪）において、タクシー調査と同様の装置類をスポーツバッグに収納した捕集バッグを作成して調査を行い、近傍の建物屋上を参照地点としてデータの比較を行った。また、金沢市内の山側環状道路涌波トンネル内においてもトンネル内の大気粉じんを24時間捕集した。いずれの調査も夏季と冬季の2回実施し、トンネル調査については1回実施した。捕集前後のフィルタの秤量により粉じん重量を算出した後、有機汚染物質の分析に供した。

## 3 ) 高密度船舶航行海域における海上船舶排気調査

国内で最も大型船の航行量が多い東京湾の海上において、開発したサンプラーの電源不要で小型・携帯性の高い特性を活かして、航行する大型船の船尾付近で排ガスを捕集した。携行機器として、タクシー等の調査と同様に開発したPNSを含む機器類に加えて、ハンドヘルドCPC、パッシブサンプラ(NOx)を釣り船の船首に設置してPM捕集とリアルタイムPM個数濃度測定、航跡の記録等を行った。航行する大型船の船尾付近へ繰り返し調査船を接近させて捕集し、湾内から東京湾外へ向かう南航船に対して、船尾200～500 mの距離で数分間大型船を追尾した。得られたPM試料について、秤量後有機汚染物質の分析に供した。

## 4 )調理ヒューム中のナノ粒子曝露に関する調査

定量的に食材を調理した場合に排出されるナノ粒子中の有機汚染物質を測定するために、豚肉（100 g）10枚
をフライパンで油を添加せずに調理した際に排出される調理ヒュームの捕集を行った。また、飲食者の近くで調理を行う飲食店を対象とした調査を焼肉店において実施した。飲食者の周囲に呼吸域の高さにサンプラーを設置して焼肉用ガスロースターで肉のみを調理した。捕集時間は飲食者が焼肉調理を行った2時間とした。

## 5 )多環芳香族炭化水素類の分析

開発したPNS等を用いて捕集されたフィルタ試料は、内部標準物質を加えてジクロメタンで超音波抽出した後、減圧濃縮して分析試料とした。多環芳香族炭化水素類(PAH)10種及びPAHのニトロ体(NPAH)8種について、同時分析可能なオンライン還元一蛍光検出HPLCによる分析を行った。多環芳香族炭化水素キノン(PAHQ)について、1～5環の全37種類のPAHQを測定対象とする分析法を開発し、6種類のPAHQの重水素化体を内部標準物質として用いた。亜鉛により還元すると同時にトリメチルシリル誘導体化し、GC-MS/MSによる選択反応モニタリング(SRM)法で測定した。

## 6 )9,10-フェナントレンキノン(PQ)のヒト尿中代謝物の分析

PAHQの代表的な物質で、活性酸素を生成する9,10-フェナントレンキノン(PQ)のヒト尿中代謝物としてPQのモノグルクロン酸抱合体(PQHG)を測定するために、尿試料50 mLをOASIS MAX固相カートリッジで精製した後、LC-MS/MSによるSRM法で測定した。金沢在住の健康で職業曝露のない日本人16人及びすでに採尿して保存してあるタイ住民(農村部住民、タクシー運転手、大学生)の尿試料(387人)を対象としてPQHGを測定した。

### 4. 結果及び考察

## (1) 環境ナノ粒子を介した有機汚染物質の人体曝露に関する研究

## 1 ) サンプラーの開発と基礎性能評価

粗大粒子を除去するためのプレカットインパクタの接続、及び各慣性フィルタの改良を行い、実用性をより高めた。プレカットインパクタ、プレカット慣性フィルタ、メイン慣性フィルタを組み合わせた際の分級性能を評価した結果、カットオフ径100 nmを5 kPa程度の圧力損失で達成した（図2）。また、試験用粉体を用いてメイン慣性フィルタに0.1 mgの粉じん負荷をかけても分級特性に影響を与えないことから、粉じん濃度が高い条件下でも十分に捕集可能であることを証明できた。装置の総重量は1 kg以下であり、十分に携帯しながら捕集できるより実用性の高いナノ粒子個人サンプラーを開発することに成功した。開発したPNSサンプラーで得られた粒径別PM濃度を合計して得られるPM_{2.5}濃度と従来型サンプラーによるPM_{2.5}濃度との相関性を評価したところ、PNSの各分級画分の総和として算出されるPM_{2.5}濃度は、従来のPM_{2.5}用個人サンプラーから得られたPM_{2.5}濃度との間に高い相関性（r = 0.974）を示したことから、PNSによる実環境中での信頼性の高い捕集が実施できていることが証明された。

図2 開発したナノ粒子サンプラーのプレカットインパクタ、プレカット慣性フィルタ、メイン慣性フィルタの捕集効率曲線

## 2 )PAH及びその誘導体の分析法の高感度化

個人サンプラーの吸引流量が低いために捕集できる粉じん量は少なく、さらにナノ粒子はその一部でしかないため、濃縮率の高い試料前処理と高感度な分析法が必要となる。まず変異原性の観点で重要視される多環芳香族炭化水素（PAH）及びそのニトロ体（NPAH）の同時分析法として、カラムスイッチングによる蛍光検出HPLC法を開発した。活性酸素（ROS）を生成することで酸化ストレスを引き起こすことが知られているPAHキノ類（PAHQ）37種について高感度・高選択的なGC-MS/MS一斉分析法を開発し、その検出限界は、従来法と比較して200～12万倍程度高感度であった。標準大気粉じん試料の分析に適用した結果、37種のうち、32種のPAHQを同定・定量し、そのうち15種は本法により初めて検出された。開発した分析法は従来法と比較して実用性が高く、標準的な分析法となり得る。
## 3 )高濃度の自動車排ガス曝露が推定されるタクシー車内の捕集調査

タクシー車内の$\mathrm{PM}_{2.5}$ 濃度は、50～270 μg/m³で、日本の環境基準(日平均35 μg/m³)及び、中国の環境基準(日平均75 μg/m³)をほとんどのケースで超えており、$\mathrm{PM}_{2.5}$ 濃度の点でタクシー車内の汚染度は高かったが$\mathrm{PM}_{2.5}$ の粒径別濃度では粒径による差は小さかった。自動車排ガスに由来するNPAHの1種である1-二トロピレン(1-NP)の粒径分布は、$\mathrm{PM}_{0.1}$、$\mathrm{PM}_{0.1-0.45}$ の微小粒子側の2画分($\mathrm{PM}_{0.45}$)への分布が50%以上を占め、特に夏季では$\mathrm{PM}_{0.45}$ に占める割合が80%以上であった。自動車排ガス由来の有機汚染物質は、$\mathrm{PM}_{2.5}$ の中でもより微小側の粒子と共に排出されて道路環境中に存在していることが明らかとなった。次に、各粒径画分ごとの主要発生源、特に自動車排ガスの寄与を考察するため、PAH同士の比及びNPAH/PAH濃度比を用いて解析を行った。その結果、$\mathrm{PM}_{0.1}$ 画分が捕集粒径の中で最も自動車の寄与が高く、特に冬季では粒径が大きくなるに従ってその寄与度が低下した。さらにビデオ映像から算出した大型車の接近頻度:Approach Frequency(AF)を算出して、昨年度測定した各粒子画分の粒子濃度やPAH及びNPAH濃度との相関性を観察したところ、PAH及びNPAH濃度について、ほぼ$\mathrm{PM}_{0.1}$ 画分のみに大型車の接近頻度との間に相関性が観察された(表1)。特に、自動車排ガスの指標として知られる1-NP等との相関性が高く、それらの変異原性物質に対して大型車から排出されたナノ粒子の車内流入の寄与が大きいことが判明した。図3に示されるように、前方の大型車の排ガスが10 m程度離れた車内に流入する場合、その乗員がナノ粒子と共に有機汚染物質に曝露することを意味しており、携帯型ナノ粒子個人サンプラーにより初めて明らかにできた現象である。

表 1 タクシーへの大型車接近頻度と車内有機汚染物質濃度との相関 (n=18)

$ PM_{0.1} $	$ PM_{0.1-0.45} $	$ PM_{0.45-1.0} $	$ PM_{1.0-2.5} $	$ PM_{2.5} $
PM重量濃度	0.01	0.01	-0.12	0.16	0.10
1-ニトロピレン(1-NP)	0.79**	0.08	0.07	0.16	0.20
2-ニトロフルオランテン(2-NFR)	0.69**	0.19	0.32	0.39	0.49*
ベンゾ[ghi]ペリレン(BghiP)	0.79**	0.18	0.29	0.23	0.32
ベンゾ[a]ピレン(BaP)	0.60**	0.13	0.20	0.15	0.21
PAH合計	0.62**	0.14	0.20	0.17	0.25

Pearson's correlation $ (r) $ ** 有意水準: 1%未満 $ (P<0.01) $ , * 5%未満 $ (P<0.05) $

図 3 大型車から排出されたナノ粒子のタクシー車内への流入

## 4 )高濃度の自動車排ガス曝露が推定される大規模交差点及びトンネル内の捕集調査

交通量の多い交差点での曝露量を推定することを目的とし、開発したPNSの携帯性を活かして歩行者を想定した調査を東京と大阪で実施した。各調査地点におけるPM_{2.5}濃度は、いずれも日本の環境基準（日平均35μg/m^{3}）より低く、PM_{0.1}濃度は、5μg/m^{3}前後で、PM_{2.5}に対してPM_{0.1}が占める割合は夏季において23～32%、冬季において11～23%であった。季節を問わず、交差点周辺では、1-NPの微小画分への高濃度分布が観察された。前述のタクシー調査と同様に、燃焼起源粒子は、初期段階の粒子及び排気の冷却に伴う凝集により生成する粒子が核モードを形成し、さらに一部は凝集や凝固といった物理的な変化により凝集モードの粒子を形成し、PM_{0.1}あるいはPM_{0.45}に燃焼（一次生成）由来のNPAHが高濃度分布したと考えられる。タクシー調査と同様に、濃度比を用いて発生源解析を行ったところ、PM_{0.1}画分が捕集粒径の中で最も自動車の寄与が高く、粒径が大きくなるに従ってその寄与度が低下していた。自動車走行数が非常に多く、停車と発進を繰り返す走行形態を特徴とする大規模交差点周辺では、自動車排ガスに特異的な有機汚染物質へのナノ粒子を介した曝露量の増大が推定された。トンネル調査においても同様の結果が得られた。
## 5 )個人曝露調査の検討

ほぼ屋内で生活していた被験者に対して48時間PNSを携行させたところ、PM_{2.5}平均濃度は、15 $ \mu $ g/m^{3}程度で、日本の環境基準である日平均35 $ \mu $ g/m^{3}を大きく下回った。室内のような一般環境における低捕集流量のサンプリングで、かつ分級により各画分の試料量はごく微量であるにもかかわらず、十分にPAH及びNPAHの定量を行うことができた。

## 6 ) 高密度船舶航行海域における海上船舶排気調査

東京湾の浦賀水道航路の海上で大型船から排出されるナノ粒子を捕集して、有機汚染物質の特性を明らかにした。調査船が大型船の船尾を追尾している際にハンドヘルドCPCの粒子個数濃度が著しく増加し、微細な粒子が大型船舶から船尾方向に排出されていることが明らかとなった。商船の多くはディーゼルエンジンでC重油を燃料とし、自衛隊の艦船の場合はガスタービンエンジンで軽油を燃料としていると考えられ、どちらのタイプの排ガスからもナノ粒子の排出が確認できた。1-NPは、PM_{0.1}もしくは0.45 μm以下の微小粒子側に分布する傾向にあり、PAHとNPAHの比率を用いた発生源解析ではディーゼル排ガスの強い寄与が認められた。開発した携帯型ナノ粒子サンプラーを用いることで、大型船舶から排出されたナノ粒子を直接捕集し、有機汚染物質を測定できたことは、特筆すべきことである。

## 7 ) 調理ヒューム中のナノ粒子曝露に関する調査

焼肉店における調理ヒュームをグリル近傍でPNSにより捕集して得られたPM_{2.5}濃度は1,300 ± 220 μg/m^{3}で、PM_{0.1}及びPM_{0.1-0.45}濃度が特に高く、飲食者の呼吸域には、高濃度のナノ粒子が存在していることが明らかとなった。また、調理時に生成したナノ粒子は、生成してすぐに凝集してしまい、テーブルから離れた店内では、PM_{0.1-0.45}程度の粒子濃度が増大することが分かった。フライパンで豚肉を油なしで調理した際に排出される調理ヒューム中のPAH類を測定したところ、調理温度が164℃と低いため、高温燃焼で生成しやすいNPAHはほとんど検出されなかった。PAHは、粗大粒子側(PM_{1.0-2.5})で濃度が高く、オイルミスト由来のPM_{0.1}画分では4環のPAHが大部分を占めることが判明した。この結果から、調理過程において発生するヒュームがナノ粒子とそれを介した有機汚染物質の曝露源であることが明確になった。

#### 8 )様々な生活環境で捕集したPM_{2.5}中のPAH類に基づく発がんリスクに対するPM_{0.1}の寄与

各調査により得られたPAH類の濃度から発がんリスクを算出したところ、国内では全体的にリスク自体は低かったが、交差点など、ナノ粒子 $ \left(PM_{0.1}\right) $ の寄与の高い微小環境（ホットスポット）が存在することが分かった。粒子サイズと肺胞への蓄積の度合いとの関係では、0.5μm以下になると急激に蓄積効率が上昇することから、より小さな粒子ほど粒子サイズと吸着する汚染物質との相加的・相乗的な効果がその毒性にも反映する可能性が高い。従って、生活環境の中には、ナノ粒子を介した曝露と毒性の評価を特に重要視しなければならない環境があると考えられ、本研究で開発したPNSがそのような環境の評価に今後重要な役割を果たすと期待される。

## 9 )PAH関連物質の新規バイオマーカーの開発

バイオマーカーは、血液や尿等の生体試料中の曝露指標となるような代謝物を測定することを指し、個人サンプラーのような機器を必要としないことから疫学研究のような多検体解析に適している。活性酸素種(ROS)を生成して酸化ストレスを引き起こす可能性があるPAHQの9,10-フェンナントレンキノン(PQ)に着目し、PQのヒト尿中代謝物の同定と定量を行った。PQは、代謝過程でカテコール体を生成し、さらにそのグルクロン酸抱合体(PQHG)として排泄されていることをPQ投与ラット及びヒト尿試料を用いて確認することに成功し、PQが代謝されてPQHGが生成することが世界で初めて明らかとなった。尿中PQHGは、PQもしくはPAHQの曝露を反映する有力なバイオマーカー候補と考えられたことから、あらかじめ採取しておいたタイ住民の尿試料中のPQHGを測定したところ、PQへの曝露量に応じて尿中濃度が増大していると考えられ、尿中PQHGはPAHQの曝露量を評価する有力なバイオマーカーの候補物質であると結論付けられた。

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

1）環境中のナノ粒子を捕集できる小型、軽量の携帯型個人サンプラー（PNS）は存在しなかったが、本研究の成果により、世界初の実用的な携帯型ナノ粒子個人サンプラーの開発に成功した。

2）個人サンプラーで捕集できる粉じんはごく微量であることから、従来の分析法ではPAH、NPAH及びPAHQの分析が困難であったが、新たな分析法の開発により、環境中で捕集されるナノ粒子中のPAH関連物質の測定が可能となった。

3）タクシー車内や大規模交差点近傍のような自動車排ガスの発生源直近の微小環境では、発生したナノ粒子が凝集した粒子だけでなく、ナノ粒子自体を介して有機汚染物質に曝露する可能性が極めて高いことが本研究で開発したサンプラーにより初めて明らかになった。

4）タクシー車内で捕集したPM試料について37種類のPAHQを定量し、自動車排ガス由来のPAHQと大気内二次生成が優位なPAHQが存在することが初めて明らかとなり、本研究で開発したPAHQの高感度分析法の
有用性が明確になった。

5）PNSにより、捕集時間を48時間とすることで日常生活において特別な曝露がない状況でも、ナノ粒子の個人曝露評価を行うことができ、また有機汚染物質を確実に測定できることが分かった。

6）PNSの携帯性を活かして、大型船舶から排出されたナノ粒子を海上で捕集し、有機汚染物質を測定した結果、大型船の排気ガスにナノ粒子が含まれ、海上でディーゼル排ガスの特徴を示す有機汚染物質組成が観察された。

7）調理過程において発生するヒュームがナノ粒子とそれを介した有機汚染物質の曝露源であることが明確になった。

8）PAH類の粒径別濃度や組成比を用いた発生源解析や大型車の接近頻度との相関により、タクシー車内や交差点、大型船舶の船尾後方のような発生源近傍での環境ナノ粒子に対するエンジン排ガス由来の有機汚染物質の寄与度が捕集粒径の中で最も高いことが判明した。

9）生活環境の中には、ナノ粒子を介した有機汚染物質曝露と毒性の観点で重要と考えられるナノ粒子 $ \left(\mathrm{PM}_{0.1}\right) $ の寄与の高い微小環境（ホットスポット）が存在し、本研究で開発したサンプラーがそのような環境の評価に有用であることが判明した。

10）活性酸素を生成する代表的なPAHQで、かつ環境中濃度の高いPQに着目し、そのヒト尿中代謝物(PQHG)を世界で初めて同定・定量し、PQHGは、PQ及びPAHQの曝露量を評価するバイオマーカー候補として期待できる。

## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

厚生労働省が中央労働災害防止協会に委託している事業（化学物質に関する安全衛生対策事業）の中に「ナノマテリアル測定手法等検討分科会」があり、個人曝露測定法の検討の一環としてナノマテリアル製造現場（平成25、26年度）及び粉体塗装工場（平成27年度）においてPNSを使用した個人曝露測定を実施した（金沢大学理工研究域環境デザイン学系 古内 正美 教授により実施、平成26年度業績評価報告書に記載）。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

ナノ粒子を捕集できる携帯型個人サンプラーを初めて開発したことは、これまで比較的大型の装置を用いて定点観測しかできなかったナノ粒子の捕集が場所を選ばずに、一般的な生活環境である交差点近傍や家庭内、ナノ粒子を取り扱う工場内等の様々な微小環境においてナノ粒子捕集を行えることを意味する。また、個人曝露評価用のサンプラーとして使用できるため、今後疫学的な研究への利用が期待できる。ナノ粒子の曝露量評価は、リスク評価を行う上で最も重要であり、本研究で開発したナノ粒子サンプラーの活用により様々な環境下でのナノ粒子曝露の実態が今後明らかになると考えられる。本研究により、発生源直近の微小環境において、ナノ粒子（PM_{0.1}）を介して有機汚染物質への曝露が起こり得ることが明らかとなっており、そのことはPM2.5に含まれるナノ粒子について健康影響等の議論の対象にする必要があることを示唆している。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文>

1) A. TORIBA, C. HOMMA, M. KITA, W. UOZAKI, Y. BOONGLA, W. ORAKIJ, N. TANG, T. KAMEDA and K. HAYAKAWA: J. Chromatogr. A, in press (2016)

Simultaneous determination of polycyclic aromatic hydrocarbon quinones by gas chromatography-tandem mass spectrometry, following a one-pot reductive trimethylsilyl derivatization.

2) 柿本健作、東條俊樹、先山孝則、永吉晴奈、小西良昌、梶村計志、中野武、畑光彦、古内正美、唐寧、早川和一、鳥羽陽：環境化学，26(2)，89-93（2016）

塩素系難燃剤デクロラン類の大気粉塵粒形分布の解明

3) 鳥羽陽、本間千春、宇於崎和香、T.CHUESAARD、唐寧、早川和一：分析化学，63(1)，23-29（2014）

蛍光検出HPLCを用いるタバコ煙粒子中多環芳香族炭化水素の定量

4) M. ASAHI, M. KAWAI, T. TOYAMA, Y. KUMAGAI, T. CHUESAARD, N. TANG, T. KAMEDA, K. HAYAKAWA and A. TORIBA: Chem. Res. Toxicol., 27, 76–85 (2014)

Identification and Quantification of in Vivo Metabolites of 9,10-Phenanthrenequinone in Human Urine Associated with Producing Reactive Oxygen Species.

5) T. CHUESAARD, T. CHETIYANUKORNKUL, T. KAMEDA, K. HAYAKAWA, A. TORIBA: Aerosol Air Qual.
15）比嘉志歩、加賀野井祐一、唐寧、符文華、斉宏業、畑光彦、古内正美、早川和一、鳥羽陽：日本薬学会北陸支部第126回例会（2014）

中国瀋陽市のタクシー車内における携帯型ナノ粒子サンプラーを用いた大気中のナノ粒子捕集と多環芳香族炭化水素類の分析

16）宇於崎和香、鳥羽陽、本間千春、唐寧、早川和一：日本薬学会北陸支部第126回例会（2014）たばこ煙中多環芳香族炭化水素キノ類の測定

17) A. TORIBA, Y. KAGANOI, N. TANG, W. FU, H. QI, M. HATA, M. FURUUCHI, K. HAYAKAWA: International Conference of Asian Environmental Chemistry, Bangkok, Thailand, (2014)

Exposure Assessment of Taxi Drivers to Environmental Nanoparticles in Shenyang, China.

18）加賀野井祐一、比嘉志歩、唐寧、符文華、斉宏業、畑光彦、古内正美、早川和一、鳥羽陽：日本薬学会第135年会（2015）

中国瀋陽市において走行するタクシー車両内で捕集した大気中ナノ粒子に含まれる多環芳香族炭化水素類の分析

19）本間千春、宇於崎和香、北将大、唐寧、早川和一、鳥羽陽：日本薬学会第135年会（2015）GC-MS/MSによる大気粉塵中多環芳香族炭化水素キノ類の定量と大気内挙動評価

20) T. THONGYEN, M. HATA, T. IKEDA, H. KOYAMA, Y. OTANI, M. FURUUCHI, 9th Asian Aerosol Conference, Ishikawa, Japan, (2015)

Online Monitoring of Nlack Carbon in $ PM_{0.1} $ using MAAP with $ PM_{0.1} $ Inertial Filter Unit.

21) A. TORIBA, S. HIGA, Y. KAGANOI, N. TANG, W. FU, H. QI, M. HATA, M. FURUUCHI, K. HAYAKAWA: 9th Asian Aerosol Conference, Ishikawa, Japan, (2015)

Analysis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Environmental Nanoparticles Collected inside Taxes in Shenyang, China.

22）永吉晴奈、柿本健作、稲角直也、谷篤史、小西良昌、梶村計志、大浦健、中野武、早川和一、鳥羽陽：第24回環境化学討論会（2015）

ヒトチトクロームP450によるクロロピレンのin vitro代謝解析

23）柿本健作、永吉晴奈、小西良昌、梶村計志、大浦健、畑光彦、古内正美、唐寧、早川和一、鳥羽陽：第24回環境化学討論会（2015）

塩素化多環芳香族炭化水素類のナノ粒子中における粒径分布の解明

24）山本祐介、畑光彦、張瞳、鳥羽陽、ソンゲンタニアパット、池田卓司、小山博巳、井上隆弘、大谷吉生、古内正美：第56回大気環境学会年会（2015）

慣性フィルタとインパクタを組み合わせたナノ粒子分級性能向上の検討

25）加賀野井祐一、柿本健作、畑光彦、古内正美、早川和一、鳥羽陽：第56回大気環境学会年会（2015）都市部の大規模交差点において捕集した大気中ナノ粒子に含まれる多環芳香族炭化水素類の解析

(26) 鳥羽陽、加賀野井祐一、長岡祐樹、比嘉志歩、柿本健作、唐寧、符文華、斉宏業、畑光彦、古内正美、早川和一：フォーラム2015 衛生薬学・環境トキシコロジー(2015)

生活環境において捕集したPM $ _{2.5} $ に含まれる多環芳香族炭化水素類の粒径分布解析

27）本間千春、宇於崎和香、北将大、唐寧、早川和一、鳥羽陽：日本薬学会第136年会（2016）GC-MS/MSによる大気粉塵中多環芳香族炭化水素キノ類の発生源評価

### 7. 研究者略壓

## 課題代表者:鳥羽陽

北里大学薬学部卒業、北里大学大学院薬学研究科修士課程修了、東京大学大学院薬学系研究科博士課程中退、博士（薬学）、現在、金沢大学医薬保健研究域薬学系准教授

## 研究分担者

## 1 ）烟 光彦

金沢大学工学部物質化学工学科卒業、金沢大学大学院自然科学研究科博士課程修了、博士（工学）、現在、金沢大学理工研究域環境デザイン学系准教授
## 5 RF-1302 環境ナノ粒子を介した有機汚染物質の人体曝露に関する研究

## （１）環境ナノ粒子を介した有機汚染物質の人体曝露に関する研究

金沢大学
医薬保健研究域薬学系	鳥羽 陽
理工研究域環境デザイン学系	畑 光彦
<研究協力者>
金沢大学理工研究域環境デザイン学系	古内 正美
大阪府立公衆衛生研究所	柿本 健作
阿久津 和彦
（一財）日本自動車研究所	森川 多津子（平成25～26年度）
柏倉 桐子（平成27年度）
産業医科大学	嵐谷 奎一（平成26～27年度）
中国藩陽市疾病預防控制中心	符 文華（平成25～26年度）
斉 宏業（平成25～26年度）
中国科学院生態環境研究中心	趙 利霞（平成25～26年度）

平成25～27年度累計予算額：35,703千円（うち平成27年度：11,497千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

近年、呼吸器疾患等の要因の一つに大気汚染が挙げられ、特に燃焼由来の微小粒子状物質( $ PM_{2.5} $ )の関与が指摘されている。さらに、 $ PM_{2.5} $ に含まれる環境ナノ粒子（粒径100 nm以下）は、容易に肺胞まで達して循環器系に移行すると推定され、粒子表面の有害物質の毒性が増強する可能性があるが、その環境動態やヒトの曝露実態は不明である。本研究では、環境ナノ粒子( $ PM_{0.1} $ )を含めて $ PM_{2.5} $ を4段分級できる慣性フィルタを用いた世界初の携帯型ナノ粒子個人サンプラー（PNS）を開発し、サンプラーの実用性を評価すると共に、様々な生活環境（微小環境）におけるナノ粒子（曝露）濃度及び有機汚染物質組成や燃焼発生源の寄与、 $ PM_{2.5} $ に対するナノ粒子の寄与度を明らかにすることを目的とした。開発したサンプラーは、分級部上部のプレカットインパクタにより粗大な粒子を除去することで実環境への適用性を高め、またメイン慣性フィルタのカットオフ径100 nmを5 kPa程度の圧力損失で達成した。装置の総重量は1 kg以下で、携帯捕集できることから、個人曝露評価にも適用できた。実環境中で性能評価を行い、従来の $ PM_{2.5} $ 用個人サンプラーの結果と高い相関性を示した。次に、様々な燃焼発生源の特徴を有する実環境（タクシー車内、大規模交差点、船舶、調理場、飲食店）下で調査を実施し、エンジン排ガスに由来する有機物質が、発生源のごく近傍ではナノ粒子に高い比率で分布し、ナノ粒子を介した高濃度曝露が推定された。これまでナノ粒子は排出源から離れるとすぐに凝集し、ナノ粒子としてヒトが曝露
する可能性は低いと考えられてきたが、発生源直近では、ナノ粒子と共有機汚染物質に曝露することが初めて明らかになった。また、捕集流量の少ない微量な試料に対応するため、有機汚染物質の分析法の高感度化を行い、曝露量評価のためのバイオマーカー候補として、酸化ストレスを引き起こす有機物質の尿中代謝物を新たに同定・定量することに成功した。本研究で開発したサンプラーは、様々な微小環境のナノ粒子曝露評価に今後重要な役割を果たすと期待される。

## [キーワード]

環境ナノ粒子、$\mathrm{PM}_{0.1}$、携帯型（個人）サンプラー、多環芳香族炭化水素類、バイオマーカー

### 1. はじめに

近年、気管支喘息、アトピ一性皮膚炎、花粉症といったアレルギー疾患が特に若年層や都市部で増加している。その原因として挙げられる要因の一つに大気汚染がある。特に燃焼排出源に由来する微小粒子状物質（\mathrm{PM}_{2.5}）の関与が指摘され、粒子の周囲に吸着して存在する有機化学物質が呼吸器疾患を悪化させる可能性がある。大気中の粒子状物質の中で、超微小粒子（粒径100 nm以下）やナノ粒子（粒径50 nm以下）は、\mathrm{PM}_{2.5}（粒径2.5 μm以下）よりもさらに小さく、容易に肺の最深部の肺胞まで達し、肺胞での呼吸運動により循環器系に移行すると推定され、粒子表面に吸着する有害化学物質の毒性がより強く発現する可能性がある。産業的、意図的に生産されるナノ粒子自体の物理的作用による健康影響が取りざたされているが、燃焼により非意図的に大気環境中に存在する環境ナノ粒子中の毒性物質の評価を軽視してはならない。環境ナノ粒子の発生源としてのディーゼル排ガスについて、交通量の多い道路沿道では粒径の大きい粒子が減少傾向にあっても、ナノ粒子は低減していない現状にある。また、日本に飛来する黄砂の粒径は約3ミクロン以下であり、ナノ粒子が含まれることは容易に予測できるが、その曝露について検証した事例はない。また、肺の最深部まで到達した環境ナノ粒子中の有機物質の生体内への移行量を検証し、粗大粒子と比較して曝露量に対するナノ粒子の寄与度を解明する必要がある。以上より、環境ナノ粒子をキャリアーとする有害物質の曝露という視点から健康影響を評価することが急務となっている。一方、ナノ粒子の環境からの曝露量を見積もるためには、利便性の高い捕集機器の開発が望まれる。現時点でナノ粒子を捕集できる電源不要で携帯型のナノ粒子サンプラーは市販されておらず、様々な環境下でのナノ粒子測定や個人曝露評価に利用できる携帯型小型ナノ粒子サンプラーを開発する場合、携帯型のミニポンプを使用しなければならず、ポンプ性能の制限から、できるだけ低圧力損失でナノ粒子（\mathrm{PM}_{0.1}）を分級する必要がある。本研究では、他の分級装置と比べて小型・軽量化を行うことができ、ナノ粒子をほぼ常圧で分離可能な慣性フィルタを用いたサンプラーを開発した。粒子の捕集効率と粒径との関係に関する概念図を図(1)-1に示す $ ^{1)} $ 。通常のフィルタでは、青線のように、拡散効果と慣性効果により大きな粒子も小さな粒子も捕集されてしまい、粒径分離を行うことができない。一方、慣性フィル

図(1)-1 フィルタによる粒子分級の概念 $ ^{1)} $
タは、微細な繊維に高速でエアロゾルを衝突させることにより、慣性効果を促進させ、拡散効果を抑制させて、赤線のように、大きな粒子のみ捕集し、小さな粒子を透過させることができる。ろ過条件を適切に選択することで任意の粒径で捕集効率50% $ (d_{p50}) $ のカットオフ径を得ることができる。本研究では、この原理に基づいてナノ粒子 $ (PM_{0.1}) $ を分級でき、実環境での捕集に耐える実用性の高い携帯型ナノ粒子サンプラーの開発を目指した。

## 2 ．研究開発目的

本研究は、環境ナノ粒子（$\mathrm{PM}_{0.1}$）を含めて$\mathrm{PM}_{2.5}$を4段分級できる世界初の携帯型ナノ粒子個人サンプラーを開発し、様々な生活環境（微小環境）において開発したサンプラーを使用してヒトに対するナノ粒子及びナノ粒子中の有機汚染物質の曝露量を測定し、サンプラーの実用性を評価すると共に、評価対象とする微小環境のナノ粒子曝露量の違い、有機汚染物質組成や燃焼発生源の寄与、$\mathrm{PM}_{2.5}$に対するナノ粒子の寄与度を明らかにすることを目的とする。具体的には以下の項目について実施した。

(1) 様々な生活環境や多数の被験者を対象としたナノ粒子個人サンプラーの性能評価

(2) 実用性を高めるためのサンプラーの改良と応用

(3) 有機汚染物質のナノ粒子からPM_{2.5}までの粒径分布の解明

(4) 環境ナノ粒子に対する発生源寄与度の解明

(5) 環境ナノ粒子に由来する有機汚染物質のバイオマーカーの開発と評価

上記の研究成果から、新たなナノ粒子個人曝露評価法を提供し、環境ナノ粒子をキャリアーとする有機汚染物質の健康影響に直結する知見を得て、将来的な環境基準PM $ _{0.1} $ を考慮する上で環境政策上有用な情報を提示することを最終目標とする。ただし、ナノ粒子個人サンプラーを用いたフィールド調査と同時にバイオマーカーに関わる調査を実施するのは困難と判断し、手順に従い、担当POへの相談、環境省への確認、部会の承認を受け、社会的関心の高いサンプラーの評価を優先させるため、バイオマーカーに関わる内容を平成26-27年度は削減した。

### 3. 研究開発方法

## （１）ナノ粒子個人（携帯型）サンプラーの性能評価

## 1 ）サンプラーの開発と基礎性能評価

PM_{0.1} 捕集用の個人サンプラー捕集部は、プレカットインパクタ部、SUS-Web 構造を持つプレカット慣性フィルタ、TEM グリッド積層型メイン慣性フィルタ、バックアップフィルタから構成（柴田科学との共同作成）され、サンプラーの出口側にバッテリー式ミニポンプ（HSP-5000，ハリオサイエンス製）を接続し、吸引流量 5 L/min で使用した（図(1)-2）。プレカットインパクタ部には 2 つのステージがあり、第 1 ステージ（グリースを塗布した金属捕集版）のカットオフサイズを 2.5 μm、第 2 ステージ（10 mm T60A20 フィルタ）のカットオフサイズを 1.0 μm とした。プレカット慣性フィルタは、内径 4.75 mm のカートリッジに SUS-Web (10 mg) を充填してカットオフサイズを 450 nm とし、メイン慣性フィルタは内径 1.9 mm のスペーサーと TEM グリッド（G600HSS, Gilder 社製）を交互に 5 枚積層してカットオフサイズを 100 nm とした（図(1)-3）。バックアップフィルタ（47 mm T60A20 フィルタ）に捕集された粒子を PM_{0.1} とした。

図(1)-4 に捕集効率を求めるための実験装置の概略を示す。測定粒子には大気粉じんと $ ZnCl_{2} $ 粒