ヒ素は泣いている、それは重金属の「重金属」ではない

水質汚染、環境汚染、さらには化粧品汚染[1]に関して、重金属というと、水銀、鉛、ヒ素、カドミウムなどを思い浮かべる人が多いでしょう。では、ヒ素は重金属なのでしょうか？重金属の定義は何ですか?重金属汚染でヒ素が言及されるのはなぜですか?

1.重金属の定義

化学では、重金属は密度が 4.5 g/cm3 を超える金属と定義されます。原子番号23（バナジウム）から92（ウラン）までの範囲で、ヒ素、セレン、臭素、クリプトン、テルル、ヨウ素、キセノン、アスタチン、ラドンの9つの非金属元素と人工元素のテクネチウムを除いた、天然に存在する金属元素は、図1に示すように合計60種類あります。これらの60種類の元素のうち、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、セシウム、バリウム、フランシウムを除いた残りの54種類の金属の密度は4.5 g/cm3以上です（表1を参照）。したがって、密度の観点から見ると、これら 54 種類の金属はすべて重金属です。ただし、元素を分類すると、一部は希土類金属、一部は貴金属などに分類されます（表2参照）。残りの13の金属のうち、深刻な汚染事故と密接に関係している4つの金属は、鉛、水銀、カドミウム、クロムです。

図1 周期表における天然金属元素23～92の配置（ボックス内参照）

表1 60種の天然金属元素の密度

表2 54種の重金属元素の分類

2. 重金属の危険性と毒性

環境意識の欠如により、人々は鉱石採掘、金属精錬、機械製造、農業灌漑などの工業生産や農業生産の過程で、意図せず大量の重金属元素を環境に排出し[2]、それが水や土壌の汚染を引き起こし、人々の健康と安全に影響を与えています。重金属汚染は、蓄積しやすく、分解しにくく、毒性が高く、処理が難しいという特徴があります。重金属汚染事故のほとんどは経口摂取によって引き起こされます[3]。重金属を過剰に摂取すると、主に嘔吐、腹痛、下痢、呼吸困難、潰瘍などの急性中毒症状を引き起こす可能性があります。体内に吸収されると、さまざまな組織の生理機能を損傷し、死に至ることもあります。さらに、重金属、特に水銀は胎児の発育にさらに有害であり、これは日本の「水俣病」事件で確認されている[4]。以下は、いくつかの一般的な重金属の毒性についての簡単な紹介です（表 3 を参照）。

表3 一般的な重金属の毒性

3. ヒ素

ヒ素は一般にヒ素として知られ、化学元素周期表の第 4 周期、VA グループに位置します。非金属元素であり、自然界に広く分布しています。動物、植物、魚介類には微量のヒ素が含まれている可能性があります。自然界では、ヒ素は主に鶏冠石などの硫化物の形で存在します[5]。ヒ素化合物も広く使用されており、除草剤、殺菌剤のほか、木材保存剤、医薬品、顔料などの産業でもよく使用されています。

3.1 名前の進化

ヒ素化合物は数多く存在し、古代から現代に至るまでさまざまな国で「伝統薬」として使われてきましたが、同じ鉱物でも国や時代によって名前が異なる場合があります。ヒ素鉱物は主に鶏冠石と雄黄です。紀元前 4 世紀には、アリストテレスは著作の中で、この石を「強力な」という意味を持つアルセニコン (もともとは黄黄を指す) と名付けました。鶏冠石黄は、ローマの博物学者プロニウスの Auripigmentum (金色の顔料) から派生したものです。英語の「Realgar」という言葉は「cockscomb stone」に近いです。例えば、鶏冠酒は「鶏冠酒」と呼ばれ、中国の祭りの風習を紹介するときによく使われます。中国では、ヒ素鉱物の命名はより複雑です。古代の錬金術師や医師は、謎を保つために、表 4 と図 2 に示すように、これに多くの名前を付けました。

表4 古代中国におけるヒ素鉱物の別名

図2 ヒ素とその化合物の外観（インターネットからの画像）

三酸化ヒ素は三酸化ヒ素 As2O3 の最も古典的な名前です。ヒ素鉱石から​​加工・精製されます。純度が高くなり、特性が変化しました。ヒ素石は細菌を殺すためによく使われ、風邪、痰、喘息、マラリア、痔、白癬の治療に使われます。一方、三酸化ヒ素には傷を腐食させ、腐敗を除去し、昆虫を殺す効果があり、より毒性が強いです。

3.2 ヒ素とその化合物の毒性

ヒ素について話すと、私たちの最初の反応はそれが有毒であるということです。これはすべて、最も古典的なヒ素含有毒物である三酸化ヒ素 (As2O3)、別名三酸化ヒ素のおかげです。実際、元素ヒ素は基本的に無毒であり、ほとんどの硫化ヒ素もそれほど毒性はありません。化合物の性質によって、有機ヒ素と無機ヒ素に分けられます。無機ヒ素の毒性は有機ヒ素よりも強いです。無機ヒ素の中では、三価ヒ素と五価ヒ素が一般的です。三価ヒ素は五価ヒ素の約60倍の毒性があります。

ヒ素は人体に入ると骨、肝臓、腎臓、脾臓などの部位に蓄積され、神経系、心臓血管系、呼吸器系、生殖器系、血液系などのシステムに害を及ぼします。中程度のヒ素中毒は、初期段階では主に痛みや反応の鈍化などの感覚神経に影響を及ぼします。重度のヒ素中毒は、四肢の衰弱、麻痺、脳組織の損傷など、運動神経に影響を及ぼす可能性があります。慢性ヒ素中毒は神経障害を引き起こす可能性があり、これは主に神経衰弱症候群、皮膚損傷、口腔炎、または肝臓や腎臓の損傷として現れます。回復には非常に長い時間がかかり、数年かかることもあり、完全に回復する可能性は非常に低いです。ヒ素への曝露による最も一般的な症状は、角質層の肥厚、皮膚の色の黒ずみ、そして重篤な場合には皮膚がんである。ヒ素は胎盤を通して胎児の発育にも影響を与える可能性があります。急性または慢性のヒ素曝露は血液系に影響を及ぼし、白血球、赤血球、血小板の減少、好酸球数の増加を引き起こします[7]。

4. ヒ素と重金属の関係

ヒ素は周期表の中で金属元素と非金属元素の境界に位置するため、半金属とも呼ばれ、半金属とも呼ばれます。その物理的、化学的性質も金属と非金属の中間にあります。銀灰色の金属光沢があり、密度は 5.72 g/cm3 です。また、環境中で生体蓄積性および非分解性の特性も有します。その毒性と処理方法は重金属と同様です。そのため、ヒ素は環境汚染や医学の分野では重金属とみなされている[8]。そのため、我が国の「優先管理化学物質リスト（第1弾）」[9]、「有毒有害水質汚染物質リスト（第1弾）」[10]、「有毒有害大気汚染物質リスト（2018年）」[11]では、ヒ素は鉛、水銀、カドミウム、クロムの4つの重金属とともに重要な汚染物質として管理されています。

5. 結論

ヒ素は、私たちがよく目にする重金属汚染のいわゆる「五毒」、すなわち水銀、カドミウム、鉛、クロム、ヒ素に含まれていますが、ヒ素は重金属ではありません。非金属です。金属と非金属の境界に位置するため、半金属とも呼ばれます。環境汚染や毒性の点では重金属と非常に類似しており、環境分野や医療分野では重金属として扱われています。

参考文献

[1] チャン・ハン、ソン・ホンジエ、ルー・イー。化粧品界の「重金属汚染事件」。大学化学、2022年、37(9): 264
[2] 竇鴻斌、郭偉。重金属汚染とそれが水と土壌に及ぼす害。生態経済、2022年、38(11): 5
[3] 井村慎三、長沼章、周耀群。重金属環境汚染の毒性メカニズム。農業環境科学ジャーナル、1982(4):24
[4] ワン・シュアンシュウ、ワン・ジュンドン。水銀が人体の神経に及ぼす毒性とその害。微量元素と健康研究、2005(2):67
[5] Chen Yang、Wang Chuyin、Yao Ni 他。鶏冠石中のヒ素の形態とヒ素価の変化と蓄積。セントラルサウス薬学ジャーナル、2022年、20(6): 1359
[6] Wang Kuike、Zhu Cheng、Zheng Tong、他。中国におけるヒ素の歴史。自然科学史研究、1982(2):21
[7] 王鳳娟日焼け止め化粧品中の紫外線吸収剤および重金属鉛・ヒ素の品質管理検出法に関する研究 [論文]華東理工大学、2014年
[8] Xu Ke、Ye Jing、Tian Yi、他。第14次5カ年計画期間中の我が国における重金属汚染の予防と制御に関する研究。中国資源総合利用、2022年、40(9):127
[9] 環境保護省優先管理化学物質リスト（第1弾） (2017-12-28) [2023-03-01].
[10] 中華人民共和国生態環境部。有毒および危険な水質汚染物質のリスト（第 1 バッチ）。 (2019-07-24) [2023-03-01].
[11] 中華人民共和国生態環境部有毒および危険な大気汚染物質のリスト（2018 年）。 (2019-01-25) [2023-03-01].
著者プロフィール：張衛衛（1986-）、女性、河北省雄県出身、上級エンジニア、主に分析化学、無機化学の研究に従事。