PFASの化学構造と定義｜類似物質との違いや主な構成要素
投稿日：2024年12月26日
PFAS（有機フッ素化合物）は一部の物質に人体・生物への影響が指摘されており、環境中に長期間残留することから、日本を含む世界各国で製造、使用、輸出入が厳しく制限されています。
PFASに区分される化学物質は1万種類以上あるうえに未解明のものも多く、今後も注意が必要になるでしょう。
この記事では、PFASの化学構造と定義について分かりやすく解説します。
INDEX
PFASの定義と特徴
PFASとは、有機フッ素化合物のうち、ペルフルオロアルキル化合物及びポリフルオロアルキル化合物を総称したものです。
フッ素と炭素が強く結びついているのが大きな特徴であり、耐熱性・撥油性・撥水性に優れていることから、生活雑貨や医療機器、建築用製品など様々な用途で活用されてきました。
PFASの概要や問題点については、以下の記事で詳しく解説しています。
【関連記事】PFAS（有機フッ素化合物）とは？問題視される理由や具体的な規制を解説
PFASの化学構造
実はPFASに関して、国際的に統一された定義はありません。
OECD（経済協力開発機構）によれば、PFASとは「完全にフッ素化されたメチルまたはメチレン炭素原子を少なくとも一つ含むフッ素化合物」を指すとされています。
つまり、以下の図において、赤字で示された独特な構造により、炭素・水素・フッ素を含んでいる化合物であれば、PFASに分類される化学物質となります。
（第4回 PFASの基礎と現状｜環境風｜EICネット より）
代表的なPFASの化学構造
PFASに分類される物質は1万種類以上あると言われています。
ここでは代表的なPFASとして、下記3種類の化学物質の化学式や特性について詳しく解説します。
PFOSの化学式
PFOSの化学式は以下の通りです。
炭素鎖8のフッ化アルキル基にスルホン酸が結合しているのが大きな特徴です。
半導体の製造や泡消火剤など、様々な用途に使われてきました。
日本では2010年4月に化審法（化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律）により、製造・使用が原則として禁止されています。
PFOAの化学式
PFOAの化学式は以下の通りです。
炭素鎖7のフッ化アルキル基にカルボン酸が結合しているのが大きな特徴です。
生活用品や食品の包装材を中心に、様々な用途に使われてきました 。
日本では2021年4月に化審法（化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律）により、製造・使用が原則として禁止されています。
PFHxSの化学式
PFHxSの化学式は以下の通りです。
炭素鎖6のフッ化アルキル基にスルホン酸が結合しているのが大きな特徴です。
PFHxSはPFOS・PFOAが国際条約で厳しく規制されたことを受けて、代替物質として広く使われてきました。
しかし、PFOSやPFOAと同様、人体・生物への健康リスクや難分解性が指摘されたため、日本でも2024年6月1日から化審法により製造・輸入が禁止されています。
短鎖PFASと長鎖PFASの違い
炭素鎖とは、多くの炭素原子が鎖状に結びついた化合物における炭素原子間の結びつきのことを指します。
PFASにはこの炭素鎖の長さが異なる複数の形 が存在し、性質が異なるのが特徴です。
なお、有機フッ素化合物のうち、炭素鎖の長さ が短いものを「短鎖PFAS」、長いものを「長鎖PFAS」と言いますが、明確な定義は決まっていません。
短鎖PFAS、長鎖PFASの性質の違いについて、以下4つの観点から解説します。
残留性
残留性とは「環境中に放出された化学物質がどの程度その場に留まるか」という意味であり、長鎖PFASの方が残留性が高い性質があります。
その理由として、長鎖PFASの方が親水性が低い（短鎖PFASと比較して水になじまない）ので、雨や河川水、地下水の影響を受けにくく、その場に留まります。
また、長鎖PFASの方が分解スピードが遅いことも残留性が高い要因の一つです。環境中で数十年にわたり分解されずに存在し続けることが確認されています。
なお、短鎖PFAS、長鎖PFASどちらも他の化学物質と比較すると残留性は高いため、環境中で自然に完全分解される可能性は極めて低くなっています。
長距離移動性
長距離移動性とは「環境中に放出された化学物質がどの程度拡散されるか」という意味であり、短鎖PFASの方が長距離移動性が高い性質があります。
その理由として、短鎖PFASの方が親水性が高い（長鎖PFASと比較して水になじむ）ので、雨や河川水、地下水の影響を受け拡散されます。
一方、長鎖PFASは親水性が低いため、水中を粒子として移動します。河川水や地下水には溶けにくいものの、結果として遠隔地で検出されることもある点に注意が必要です。
生体蓄積性
生体蓄積性とは「摂取した化学物質がどの程度蓄積されるか」という意味であり、長鎖PFASの方が生体蓄積性が高い性質があります。
社会医療法人社団・健生会PFAS専門委員会が公開しているPFASガイドブックによると、PFOS（C8）とPFBS（C4）の生物的半減期（PFAS摂取を止めても体内に吸収された量の半分が排泄される時間）は、PFOSが5年、PFBSが44日となっています。
毒性
PFASの毒性に関しては、発がん性、発達への影響、出生時体重の減少 などが確認されており、長鎖PFASの方が毒性が高いと言われています。
その理由として、長鎖PFASの方が生体蓄積性が高く、体内でより高いレベルに蓄積されるからだと考えられています。
短鎖PFASは長鎖PFASと比較して相対的に毒性が低いとされていますが、これに関しては明確な結論が得られていないのが実情です。
今後の研究次第では、人体・生物に対する何らかの影響が発見される可能性もあるため、動向を注視しましょう。
短鎖PFASと長鎖PFASの規制動向
環境への影響や健康リスクの懸念から、多くの国で長鎖PFASの使用規制が進んでいます。
使用規制を受け、企業やメーカーは自社の製品により短鎖のPFASや非フッ素系代替物質が代用されるようになっています。
しかし、短鎖PFASとはいえ、安全とは言い切れない点に注意しなくてはいけません。
担当者が知っておきたいPFASの基礎知識
PFASは国際的な定義が統一されておらず、1万種類以上の化学物質を含むため、その多様性や化学構造について深く理解することが重要です。
特に短鎖PFASと長鎖PFASでは、残留性、生体蓄積性、長距離移動性、毒性の観点で性質が異なります。
PFASの性質や問題点を正しく理解して、今後も海外の規制動向や最新の情報を追いかけましょう。
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記事の監修者
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ユーロフィン日本環境株式会社 ラボラトリー事業部 POPsグループ PFAS・PCBチーム 緒方 駿 |
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<経歴> 2017年 日本分析化学専門学校 生命バイオ分析学科 卒業 |
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【参考資料】
- PFOS、PFOA に関するＱ＆Ａ集 2024 年８月時点｜環境省
- 第4回 PFASの基礎と現状｜環境風｜EICネット
- 日本薬学会 環境・衛生部会ホームページ
- PFOS、PFOA の国内の製造状況等｜環境省
- PFASガイドブック 学習資料｜社会医療法人社団・健生会PFAS専門委員会
- PFOS、PFOA 以外の PFAS に係る国際動向
- PFOS、PFOA の国内の製造状況等｜環境省
- Human and Ecological Health Effects and Risk Assessment of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) (itrcweb.org)