ナノテクノロジーは、私たちの時代に急速に成長しているテクノロジーです。ナノ粒子は、直径が 1 ～ 100 nm の非常に小さな物体で、1 nm は 10 億分の 1 メートル (10 m) に相当します。対照的に、ナノ粒子のサイズは、単純な分子と複雑なウイルスの間の範囲に及ぶ可能性があります。
銀ナノ粒子 (AgNP) は抗菌効果をもたらすため、機能性衣料用の生地、包帯や手術器具などの医療用途、化粧品、食品保存システムなど、幅広い消費財に使用されています。これらの製品の使用と最終的な廃棄は、必然的に環境への AgNP の放出につながります。下水処理場 (WWTP) は一種の流域として機能し、AgNP を収集し、川や湖などの自然水域内の WWTP 排水を介して分配します。 WWTP は流入水に存在するすべての AgNP の 95% 以上を保持しますが、AgNP の痕跡は環境水に存在します。
AgNPs は実際の水域の複雑な環境マトリックスに埋め込まれ、数ナノグラムの非常に低い濃度で溶解 Ag 種と共存するため、川や湖の水に含まれるこれらのナノ物質の検出、特性評価、および定量化は、これまで分析化学者にとって大きな課題でした。 （10グラム）/リットル。ミュンヘン工科大学 (ドイツ) の Michael Schuster 教授を中心とするワーキング グループは、廃水、河川、および湖の水から環境に関連する濃度 (数 ng L) の AgNP を抽出、定量化、および特性評価する方法を開発しました。初めて。いわゆる曇点抽出 (CPE) を使用して、AgNP は、水性サンプルから界面活性剤液滴に選択的に抽出された種であり、溶解した銀種とマトリックス成分の大部分から同時に分離され、約 100 倍に濃縮されます。この種の後にのみの抽出は、質量分析または原子吸光分析によって実際の水サンプルで測定可能な AgNP です。
その後の最初の研究では、著者はイザール川で AgNP を探していました。この川はオーストリア アルプスに源を発し、ミュンヘンの大都市圏に到達する前にドイツの農村地域を通過し、最終的に他のいくつかの小さな都市に出会い、ドナウ川の河口。 Isar 川は、ほぼ 300 km の範囲全体でサンプリングされましたが、研究では、WWTP が自然水域での AgNPs の発生にどの程度影響するかを調査しました。ミュンヘンの下流部分とは対照的に、川の上流部分では、メソッドの検出限界である 0.2 ng L を超える AgNP は検出されませんでした。ここで、AgNP 濃度は、WWTP 放電スポットのすぐ隣のサンプリング サイトで最大 10 ng L に達しました。これらの負荷のピークでさえ、健康や環境に有害な濃度とはほど遠いものです.
それにもかかわらず、AgNP 濃度は川の手の届く範囲内で 1 ～ 2 ng L の一定レベルに急速に希釈されました。結果として、著者らは、Isar 川に存在する AgNPs は明らかに人為起源であり、下水処理場の排出に起因する可能性があるという結論を導き出しました。著者らは、人為的な影響がある湖とない湖で AgNP を調査したところ、興味深い観察結果に出会いました。人為的な影響のない湖でさえ、検出可能な微量 (0.5 ～ 1 ng L) の AgNP が含まれていました。環境中の AgNPs には一種の地質学的背景がありますか?
そこで著者らは、ドイツ南部の 2 つの湖、富栄養湖であるヴァージンガー湖と、ドイツで最も貧栄養な湖の 1 つであるケーニヒスゼー湖に焦点を当てた別の研究を実施しました。どちらの湖も環状下水道によって人為的な影響から保護されています。初めて、AgNPs の自然な形成は、このフィールド調査で調べることができます。両方の湖には同程度の量の総銀 (1 桁の ng L 範囲) が含まれており、これはおそらく地質学的痕跡に起因すると考えられますが、AgNP はかなりの量の天然有機物 (NOM) を含む富栄養湖でしか見つかりませんでした。この湖の表面には、総銀の約 40% (5.7 ng/L) がナノ粒子の形で存在していました。
NOM が Ag(I) をナノ粒子に還元できるという結論を立証するために、5 mg L NOM (富栄養湖の NOM 含有量) と混合した自然関連の Ag(I) 濃度を使用した追加のラボ実験が実施されました。測定は、AgNPs が NOM の影響下で溶解種から形成されることを明らかにしました。 50 ng の L Ag(I) と 5 mg L NOM の 24 時間のインキュベーション時間の後、最初に使用された溶解銀の 46% がナノ粒子に変換されました。粒子サイズ (約 20 nm) は、反応時間の増加とともに増加し、オストワルド熟成がこのような低濃度でも発生することを示しています。共存する硫化物の場合、形成された AgNPs の粒子サイズ分布はより小さく、より狭かった。
提示された研究は、バイエルン州の環境および消費者保護省によって資金提供されました。彼らは、AgNP は非常に低い濃度 (ng L) で河川水中で測定可能であることを示しており、これは主に下水処理場の排水などの人為的発生源に起因します。それにもかかわらず、環境状況を模倣したラボ実験と組み合わせた湖中の AgNP の詳細な調査により、AgNP も地質起源であり、人類がナノテクノロジーを意図的に使用し、促進する前でさえ、長い間存在していた可能性があることが明らかになりました。
現在の測定に基づくと、環境中の AgNP は濃度が非常に低いため、人間や環境の健康にリスクをもたらすことはありません。それにもかかわらず、AgNP 濃度は今後も着実に監視する必要があります。特に、ナノ粒子の重要性と生産量の増加に関してはなおさらです。
これらの調査結果は、Water Research ジャーナルに最近掲載された、自然および半自然条件下での銀ベースのナノ粒子の形成に関する新しい洞察と題する記事に記載されています。 この作業は、ミュンヘン工科大学の Andreas Wimmer、 Anna Kalinnik、および Michael Schuster によって実施されました。
参考文献:
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