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ダイオキシン類

最終更新日 2019年3月12日

1 ダイオキシン類とは...

「ダイオキシン類」は、塩素(Cl)を含む有機化合物の一種で、「ダイオキシン類対策特別措置法」第1条では、「人の生命及び健康に重大な影響を与えるおそれがある物質」とされています。
人工的に作られる化学物質は、その物質を「製造しようとする意図をもって」作られていますが、ダイオキシン類の場合はこれとは異なり、塩素を含む物質を燃やしたときに発生したり、化学物質を製造する過程で同時に生成されてしまう副産物あるいは不純物などとして、非意図的に生成されてしまう物質(作ろうと意図して作ったものではない物質)であり、同法 第6条では、「人の活動に伴って発生する化学物質であって本来環境中には存在しないものである」とされています。

2 ダイオキシン類の定義

ダイオキシン類は、「…類」という名前が示すとおり単一の物質ではなく、類似した化学的性質を有する複数の物質をひとまとめにした集団に対してつけられた総称です。
ダイオキシン類対策特別措置法 第2条では、化学構造が異なる次の3種類のグループに含まれる物質を「ダイオキシン類」と定義しています。
1. ポリ塩化ジベンゾフラン(PCDF)
2. ポリ塩化ジベンゾ-パラ-ジオキシン(PCDD)
3. コプラナーポリ塩化ビフェニル(Co-PCB)

3 ダイオキシン類の種類

(1) PCDDs
「ダイオキシン」とは、本来は、1,4-ジオキシン(図1)のことでしたが、環境汚染に関連した分野では、塩素を含む物質を燃やしたときなどに非意図的に生成されてしまう有機塩素化合物の一種である「ポリ塩化ジベンゾ-パラ-ジオキシン」(PCDDs : 末尾の s は複数存在する同族体を表す複数形)のことを、一般に「ダイオキシン」と呼んでいました。
このPCDDsの化学構造(図2)は、2個(ジ)のベンゼン環(ベンゾ)が、2個(ジ=ダイ)の酸素原子(オキシン)を間に挟んで、同一平面上で結合しており、これら2つのベンゼン環の1~4の位置と6~9の位置にある合計8個の水素原子(H)のうち、1~8個が塩素原子(Cl)に置換(ポリ塩化)しています。
ダイオキシンという名前はこの化学構造に由来しており、「ダイオキシン」は英語読みで、「ジオキシン」はドイツ語読みです。

PCDDsには、2個のベンゼン環からなる基本的な構造は同じですが、2個のベンゼン環に結合している塩素原子の数が異なる同族体が8種類存在します(1塩化物~8塩化物)。さらに、ベンゼン環に結合している塩素原子の数は同じ(化学式が同じ)ですが、塩素原子が結合している位置が異なる異性体が、理論的には75種類存在します。
これら75種類のPCDDsの中で、ベンゼン環の2、3、7及び8の位置に4個の塩素が結合している 2,3,7,8- 四塩化ジベンゾ-パラ-ジオキシン(2,3,7,8-TCDD)が、ダイオキシン類の中で最も毒性が強いといわれており、ダイオキシン類の濃度を評価する際の基準物質(TEF = 1.0)となっています(図5)。

(2) PCDFs
上記のPCDDsと化学的に類似した構造をもち、毒性も類似している有機塩素化合物として、「ポリ塩化ジベンゾフラン」(PCDFs)があります(図3)。
このPCDFsは、上記のPCDDsよりも酸素原子が1個少なく、2個のベンゼン環が1個の酸素原子を間に挟んで結合しており、8種類の同族体と135種類の異性体が存在します。
「フラン」という名前は、2個のベンゼン環に挟まれた野球のホームベースのような5角形の化学構造を「フラン環」と呼ぶことに由来しています。
PCDFsは、変圧器の絶縁油などに使用されていた有機塩素化合物である「ポリ塩化ビフェニル」(PCB)の中に不純物として存在していました。
1990年代までは一般に、このPCDFsとPCDDsを合わせて「ダイオキシン類」と呼んでいました。
1997年8月には大気汚染防止法が改正され、「有害大気汚染物質のうち人の健康に係る被害を防止するためその排出又は飛散を早急に抑制しなければならないもの」として指定物質にダイオキシン類が追加されましたが、その際のダイオキシン類は、PCDDsとPCDFsでした。

(3) Co-PCBs
ポリ塩化ビフェニル(PCB)は、2個のベンゼン環が結合したビフェニル(C12H10)を構成する水素原子のうちのいくつかが塩素原子で置換された有機塩素化合物ですが、上記のPCDDsやPCDFsとは異なり、2個のベンゼン環が直接結合し、酸素原子が含まれておらず、10種類の同族体と209種類の異性体が存在します。
PCBの中には、置換された塩素原子がつく位置によっては、2個のベンゼン環が同一平面上にあって、扁平な化学構造(共平面性:Coplanarity)を有しているものがあり、その化学構造から「コプラナーポリ塩化ビフェニル」又は「コプラナーPCB」(Co-PCBs)と呼ばれています(図4)。
この種のPCBは、平面構造をもつため、PCDDsやPCDFsと化学構造が類似しており、その他のPCBよりも毒性が強いことが知られています。
このほか、2個のベンゼン環が同一平面上にはなく、ねじれた構造をしているPCBの中にもダイオキシン類と類似した毒性を示すものがあり、これらを合わせて「コプラナーPCB」と分類し、十数種類の同族体・異性体があります。

このCo-PCBsは、ダイオキシン類と同様な毒性を示す物質であることから、「ダイオキシン類似化合物」と呼ばれていますが、世界保健機構(WHO)では、1998年5月からは、それまでのPCDDsとPCDFsに加え、Co-PCBsもダイオキシン類に含むこととしました。
このため、2000年1月に施行されたダイオキシン類対策特別措置法 第2条では、化学構造や毒性が類似しているこれら3つのグループに含まれる物質を総称して、「ダイオキシン類」と定義しています。

ダイオキシン類の分類
ダイオキシン類の種類略称分子中の
酸素原子数
同族体の数異性体の数異性体の中で
毒性を有する
物質の数
1 ポリ塩化ジベンゾフランPCDFs8種類135種類10種類
2 ポリ塩化ジベンゾ-パラ-ジオキシンPCDDs8種類75種類7種類
3 コプラナーポリ塩化ビフェニルCo-PCBs10種類十数種類12種類
合計約230種類29種類

図1 1,4-ジオキシンの化学構造図

化学構造図
図2 ポリ塩化ジベンゾ-パラ-ジオキシン(PCDDs)の化学構造図図3 ポリ塩化ジベンゾフラン(PCDFs)の化学構造図図4 コプラナーポリ塩化ビフェニル(Co-PCBs)の化学構造図
3種類のダイオキシン類の化学構造図 (Oは酸素原子)
緑色の位置にある水素原子(H)のいくつかが塩素原子(Cl)に置換しています。
化学構造図
図52,3,7,8-四塩化ジベンゾ-パラ-ジオキシン(2,3,7,8-TCDD)の化学構造図
2,3,7,8- 四塩化ジベンゾ-パラ-ジオキシンの化学構造図

4 ダイオキシン類の性質

ダイオキシン類は、常温では無色の固体で、蒸発しにくく、水には溶けにくいものの、油(脂肪)には溶けやすい性質があります。
また、他の化学物質や酸、アルカリとも反応しにくく、熱にも強いなど極めて安定な物質です。
ダイオキシン類の中には、ごく微量でも強い毒性を持っているものが存在します。

5 有害大気汚染物質としてのダイオキシン類の性質

1996年の中央環境審議会の答申により、有害大気汚染物質に該当する可能性のある234物質の一つに選定されました。
さらに、この234物質の中でも健康リスクがある程度高い22の「優先取組物質」の一つに選定されました。
2010年に有害大気汚染物質の見直しが行われた際にも、引き続き、有害大気汚染物質に該当する可能性のある248物質の一つに選定されるとともに、23の優先取組物質の一つに選定されています。
なお、ダイオキシン類は、大気汚染防止法に定める指定物質でしたが、ダイオキシン類対策特別措置法の施行に伴い、大気汚染防止法の指定物質からは除外されました。

6 ダイオキシン類の濃度の算出方法

ダイオキシン類には、2個のベンゼン環に結合している塩素原子の数と、塩素原子が結合している位置の違いにより、約230種類の異性体がありますが、それらの毒性の有無や毒性の強さはそれぞれ異なり、毒性を有するものはそのうちの29種類です。
また、大気や河川など環境中のダイオキシン類は、一般的には複数の異性体が混じり合っている混合物として存在しているので、ダイオキシン類全体の毒性の強さは、ダイオキシン類に含まれている個々の異性体の存在比率によって大きく異なります。
つまり、同じ量(重さ)のダイオキシン類のサンプルであっても、毒性の強い異性体がより多く含まれている方が、それだけダイオキシン類全体としての毒性も強くなります。
このため、毒性の異なる異性体の混合物であるダイオキシン類全体の毒性の強さは、ダイオキシン類の重さだけでは決められません。
そこで、毒性の異なる異性体の混合物であるダイオキシン類全体としての毒性の強さ(濃度)を表現する場合には、まず、個々の異性体ごとにその毒性の強さを何らかの尺度で数量化して、異性体ごとの毒性の強さを相対的に比較できるようにしておく必要があります。

ダイオキシン類の毒性の強さ(濃度)は次式で定義されます。
毒性等量(TEQ)の定義式
TEQ : 毒性等量(濃度)
fi : 第 i 番目の異性体の毒性等価係数 (TEF)
gi : 第 i 番目の異性体の存在量
n : 異性体の種類の総数

上式における「毒性等価係数」(TEF = Toxicity Equivalency Factor)とは、ダイオキシン類の中で最も毒性の強い 2,3,7,8- 四塩化ジベンゾ-パラ-ジオキシン(2,3,7,8-TCDD)の毒性の強さを基準 (1) としたときに、他の異性体の毒性の強さを相対的に表した換算係数で、0.0~1.0 の範囲の値をとります。TEF = 0 の物質は毒性がありません。
また、「毒性等量」(TEQ = Toxicity Equivalency Quantity)とは、ダイオキシン類全体としての毒性の強さ(濃度)を表す符合であり、まず個々の異性体について、その存在量(重量)にその毒性等価係数(TEF)を乗じて個々の毒性量を算出しておき、その後に全異性体についての毒性量を合計したものです。

7 ダイオキシン類の環境基準

ダイオキシン類対策特別措置法 第7条に基づき、大気、水質、土壌に関するダイオキシン類の環境基準が、1999年12月の環境庁告示により次表のとおり定められました。
次いで、2002年7月の環境基準の改訂で、水底の底質に関する環境基準が追加されました。

ダイオキシン類の環境基準
大気年平均値が 0.6 pg-TEQ/m3 以下
水質年平均値が 1 pg-TEQ/L 以下
水底の底質150pg-TEQ/g 以下
土壌1,000 pg-TEQ/g 以下
ただし 250 pg-TEQ/g 以上の場合は必要な調査を実施する。

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