溴化二噁英类筛选法的介绍
国立研究开发法人国立环境研究所 资源环境及废弃物研究中心 基础技术及物质管理研究室
（兼任）生态儿童调查核心中心 研究开发室 铃木刚
◆溴化二噁英类
溴化二噁英类是十溴联苯醚等溴系阻燃剂中含有的杂质，通过产品的生命周期（制造、使用、废弃、回收利用）产生的意外生成物。阻燃剂是一种用于防止塑料或纤维等易燃材料燃烧的物质，由于能防止火灾发生及蔓延，阻燃剂具有降低火灾引起的死亡风险的作用。对此，含有阻燃剂的产品成为了日常生活中不可或缺的物品，在我们身边就有家用电器，阻燃窗帘，汽车及飞机的内部设备等。根据日本环境部门的统计，2015年日本国内有机阻燃剂的使用量分别为，溴系阻燃剂41,250吨／年，氯系阻燃剂4,600吨／年，磷系阻燃剂28,000吨／年，其中溴系阻燃剂的使用量最高。所以，溴化二噁英类的环境排放今后也会通过产品的生命周期持续下去。2011年3月，世界卫生组织和联合国环境规划署的专家会议根据现有的科学知识汇总出的综述1）指出，从毒性等价系数（WHO-TEF）能看出溴化二噁英类风险管理的重要性，还提出溴化二噁英类应该和二噁英类一样，在毒性当量（TEQ）基准中接受国际标准的管理。在日本国内，二噁英类对策特别措施法（特措法）的附则2条指出，通过在销售溴系阻燃剂的阻燃纤维加工设施和产品的回收利用工场进行溴系二噁英类的排放实际情况调查，环境部门发现，溴化二噁英类的排放量大幅超过了二噁英类的排放标准量2）。环境部门将着眼于溴化二噁英类排放的废水和废气，持续调查其主要的排放源头。
◆溴化二噁英类筛选法的需求
全球的溴化二噁英类分析都使用气相色谱高分辨率质谱仪（GC-HRMS）法。用GC-HRMS法进行分析，能高精度获得可推断出污染源的个别异构体信息，但另一方面，分析规模受到高额分析费用及分析时间较长等条件的限制。UNEP／WHO专家会议指出，有关持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约（POPs公约）及特别措施法规定，溴化二噁英类和二噁英类一样需要受TEQ基准的管理。这时，必须要用GC-HRMS法分别对二噁英类和溴化二噁英类进行分析，这就要花费比以往更多的费用和时间。因此，当务之急是确立活用了溴化二噁英类筛选法的拥有优异成本效益的监测调查系统。
◆筛选法的研发及有效性评估
作为环境部门的“环境研究综合推进费补贴循环型社会形成推进研究事业”，作者团队从2013年到2015年，实行了“研究有关用生物检定法确立和高度利用氯化／溴化二噁英类测量评估法”，及溴化二噁英类筛选法的研发。具体来看就是进行了以下研究：（1）评估有关检测溴化二噁英类的现行生物检定法的有效性，（2）研发分别评估二噁英类和溴化二噁英类的新前处理法，（3）按照生物检定法，用新前处理法测量评估已知浓度的样品，（4）评估研发测量评估法的可用性。下面将介绍评估及研发成果的概要。
（1）评估有关检测溴化二噁英类的现行生物检定法的有效性3）
为弥补用GC-HRMS法分析二噁英类时的缺点，环境部门在2004年12月修正了一部分特别措施法实施条例，除了在测量垃圾焚烧炉排放的废气（限定是焚烧能力不足2,000kg／h的小型焚烧炉）或粉尘及煤渣里含有的二噁英类的一部分中补充了简易测量法，还在2005年9月依据特别措施法实施条例第二条第一项第四号的规定，规定了环境部部长指定的办法（2005年环境部告示第92号），并指定了4种生物检测法。2010年3月又修正了一部分告示，指定了现在的10种生物检测法作为二噁英类的简易测量法。在生物检测法（AhR结合检测法6种，免疫检测法4种）中，我们在思考以应答二噁英类AhR的基因表达来评价的“AhR结合检测法”的检测原理和期待它能应用于测量评估溴化二噁英类物质。研究采用“AhR结合检测法”中的CALUX检测法（告示号1-1）和DR-CALUX检测法（告示号1-4），进行溴化二噁英类（共计32个异构体）的活性评估，和以二噁英类和溴化二噁英类的混合溶液的活性评估为基础的相加性评估，还评估了两种方法应用于实行任务中的有效性。评估18种溴化二噁英类（PBDDs 7异构体，PBDFs9异构体，Co-PBBs 2异构体）和14种溴化氯化二噁英类（PXDDs6异构体，PXDFs 8异构体）时，有关根据WHO-TEF风险管理推荐在2,3,7,8-位中溴置换溴化二噁英类，能显示出显著的剂量反应，得出的剂量反应曲线的形状和2,3,7,8-TCDD（TCDD）非常相似。溴化氯化二噁英类也基本显示出相同的趋势。由TCDD和溴化二噁英类以及溴化氯化二噁英类的细胞应答浓度的比较得出的TCDD比活性（REP），和对应的WHO-TEF的差约在1位数以内，这很好地反映出WHO-TEF。而且，在测量评估改变了混合比例的二噁英类和溴化二噁英类混合溶液时，根据相加性算出的理论值和实验值相等，就能证明其相加性。结果证实了CALUX检测法和DR-CALUX检测法能有效监测溴化二噁英类。
（2） 研发分别评估二噁英类和溴化二噁英类的新前处理法4）
现行的生物检测法已经概括评估了二噁英类和溴化二噁英类，但其缺点是不能掌握超过了管理标准的样品的组成成分（二噁英类和溴化二噁英类所占的比例等）。所以，我们和和光纯药工业株式会社共同研发出了Presep®55%硫酸硅胶（纯化柱）（产品编号293-35581）和Presep®10%硝酸银硅胶（分馏柱）（产品编号296-35571），作为简易的用于纯化和分馏的前处理法。我们评估了该柱中二噁英类和溴化二噁英类的回收条件，还探讨了对二噁英类和溴化二噁英类分别进行评估的可能性。纯化柱中使用己烷的化学物标准物质的回收率，是对各种环境样品在TEQ 所占比例较高的异构体（1, 2,3, 4, 6, 7, 8-HpCDD，2, 3, 7, 8-TCDF，1, 2, 3, 7, 8-PeCDF，2, 3, 4, 7, 8-PeCDF，1, 2, 3, 4, 7, 8-HxCDF，2, 3, 4, 6, 7, 8-HxCDF，2, 3, 7, 8-TBDF）中达到90%以上。此外，还能通过使用焚烧炉排放的废气，粉尘和煤渣，表层土，堆积物，房屋灰尘，工作环境或废水的提出物进行的柱层析，掌握能用于试验的样品量。在分馏柱中，能用己烷回收二噁英类，用4%丙酮／己烷回收溴化二噁英类。标准物质的平均回收率（n=3）良好，在二噁英类29异构体中是65~102%，在溴化二噁英类11异构体中是68~96%。根据上述结果，先馏分纯化柱处理后的提出物，再用分馏柱处理过馏分的提出物作为二噁英类馏分和溴化二噁英类馏分。这样，就能用纯化柱和分馏柱的方法用作分别评估二噁英类和溴化二噁英类的新前处理法。
（3）用新前处理法和生物检测法测量评估已知浓度的样品4）
如果考虑关系到溴化二噁英类的问题，我们希望只适用于小型焚烧炉排放的废气，粉尘及煤渣的生物检测法也能适用于其他样品中。因此，我们用二噁英类和溴化二噁英类的GC-HRMS法进行了一次化学分析，分析以小型焚烧炉排放的废气（n=3），粉尘（n=3），煤渣（n=3），表层土（n=3），堆积物（n=3），房屋灰尘（n=3），工作环境（n=3）及废水（n=3）为对象，得到了已知浓度的样品。下一步是将已知浓度的样品作为对象，按照公定法进行抽样，用上述（2）中研发出的新前处理法配制各种馏分，再用生物检测法进行测量评估。比较GC-HRMS法和生物检测法得出的测量值，二噁英类和溴化二噁英类的WHO-TEQ及馏分的TEQ（用生物检测法能得到TCDD等的量）呈正相关。考虑二噁英类的排放标准及环境标准，设立与TEQ相适应的管理标准，能筛选二噁英类和溴化二噁英类的污染样品。分馏柱得到的二噁英类馏分和溴化二噁英类馏分的TEQ比与GC-HRMS法得到的二噁英类和溴化二噁英类的WHO-TEQ比基本一致（图）。通过用生物检测法评估分馏柱配制好的馏分，能掌握样品的组成成分。
（4）评估研发测量评估法的可用性
最后，我们用研发的测量评估法评估了来源、经历各异的小型焚烧炉排放的废气，垃圾焚烧炉的粉尘和煤渣，废水，表层土，堆积物，建筑物内的空气以及房屋灰尘共计341个样品。首先，以二噁英类的排放标准及环境标准作为管理标准筛选出超过管理标准的样品。然后了解超过管理标准的样品的组成成分。结果显示，在溴系阻燃剂产品的生命周期中，存在高浓度排放溴化二噁英类的事例。具体来看，在生产过程中排放的有电子设备制造业的小型焚烧炉排放的废气和阻燃产品加工工场排放的废水，在使用过程中排放的有房屋灰尘，在处理废弃物时排放的有垃圾焚烧炉排放的废气，粉尘和煤渣，回收利用时排放的有在废弃电子设备拆卸地方采集到的表层土和堆积物等。该结果与至今环境部门发布的调查结果2）相符，也是对调查方针的支持。此外，从使用溴系阻燃剂的制造业的小型焚烧炉排放的废气，进入市区污水处理厂的废水以及垃圾焚烧炉排出的废水等调查事例较少的样品中，也存在溴化二噁英类污染的事例。结果显示，以多种媒介为对象，在现行的溴化二噁英类实际排放情况调查中，我们公司研发的筛选法是能够作为测量评估法使用的。
图. 二噁英类和溴化二噁英类的WHO-TEQ比，和用10%硝酸银硅胶柱配制的二噁英类馏分和溴化二噁英类馏分的生物检测法TEQ比（图引用于文献4））
WHO-TEQ：按照GC-HRMS法从实测浓度和WHO-TEF中得到的WHO-TEQ
DR-CALUX-TEQ：用DR-CALUX检测法得到的TEQ
XDS-CALUX-TEQ：用CALUX检测法得到的TEQ
◆结语
2012年10月，POPs公约中增加了一种新物质——溴系阻燃剂的六溴环十二烷，除了建筑用的发泡聚苯乙烯珠粒和挤塑发泡聚苯乙烯，其他方面禁止生产或使用六溴环十二烷。作为溴系阻燃剂的十溴联苯醚也一样，除了用作汽车和飞机的特定替换零件，其他方面也将禁止生产和使用。已发售的溴系阻燃剂产品可继续使用，但要从接近使用期限的产品开始逐渐处理掉。不仅需要管理好六溴环十二烷和十溴联苯醚，还要管理好产品中附带的作为意外生成物或杂质的溴化二噁英类。所以，为了进行合理的管理，我们期待活用溴化二噁英类筛选法来调查溴化二噁英类的实际排放情况。另外，在亚洲和非洲的一些发展中国家，不恰当地处理及回收利用含有溴系阻燃剂的废弃电子设备和汽车，已经成为一个社会问题，我们认为，现在的首要任务就是要掌握由溴化二噁英类引起的实际污染情况。
◆参考文献
[1] van den Berg, M. et al . : Toxicol. Sci. , 133, 197（2013）.
[2] 环境部门水及大气环境局总务科二噁英对策室，溴系二噁英类排放实际情况调查结果报告书，2001年~2015年．
[3] Suzuki, G. et al . : Toxicol. in Vitro （under review）.
[4] Suzuki, G. et al . : Anal. Chim. Acta （in press）.
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