エアロゾル

エアロゾル：気体中に漂う微粒子の世界

はじめに

エアロゾルとは、空気などの気体中に、微小な液体や固体の粒子が浮遊している状態を指します。霧や煙、粉塵などがその代表例です。化学的には、分散相が固体または液体、連続相が気体であるゾルの一種と定義されますが、一般的にはエアゾール噴霧器全体を指すこともあります。本記事では、化学的な定義に基づいたエアロゾルについて詳しく解説します。

エアロゾルの定義と性質

エアロゾルは、気体中に分散した微粒子（エアロゾル粒子または煙霧質と呼ばれる）の集合体です。粒子の大きさは10nmから1mm程度と幅広く、1µm以上の比較的大きな粒子は塵埃と呼ばれます。分散媒は空気だけでなく、プロパンなどの他の気体の場合もあります。また、粒子の大きさはコロイドサイズ（約100nm以下）に限定されず、それより大きい粒子も含まれます。

エアロゾルの歴史

地球誕生以来、大気中には様々な粒子状物質が存在し、自然現象や生命活動に影響を与えてきました。特に産業革命以降は、人為的なエアロゾルが増加し、大気汚染や健康問題が深刻化しました。エアロゾルという用語は、アイルランドの物理学者フレデリック・ドナンによって提唱されたとされています。1923年のWhytlaw-Grayらの論文が、学術文献における最初の使用例とされています。

エアロゾルの研究は、ヨーロッパにおける大気汚染対策や労働衛生管理の必要性から始まりました。初期の研究は、チンダル現象、ケルビン効果、マクスウェルのエネルギー等分配の法則といった物理学の基礎概念に基づいて行われました。アインシュタインのブラウン運動やミーの光散乱理論、スモルコフスキーの凝集理論なども、エアロゾル研究に大きな貢献をしました。

第二次世界大戦後、原子力利用や新たな大気汚染問題に対応するため、エアロゾル研究は加速しました。特に、国際放射線防護委員会による肺動態モデルは、有害エアロゾルの定量的評価に大きな成果をもたらしました。ロサンゼルスの光化学スモッグ研究なども、エアロゾル研究の発展に貢献しました。

近年では、クリーンルーム技術や地球環境問題への関心の高まりから、エアロゾルの精密な測定・制御技術の開発が進んでいます。気象学においても、雲の凝結核、太陽光放射、地球温暖化など、エアロゾルの役割が注目されています。

エアロゾルの分類

エアロゾルは、微粒子の状態（液体または固体）、発生過程、あるいは気象学的な観点から分類されます。

物質状態による分類

液体エアロゾル：霧、ミストなど
固体エアロゾル：煙、粉塵など

発生過程と性状による分類

粉塵：固体の物理的破砕によって生じる。
フューム：固体の蒸発と凝縮によって生じる。
煙：燃焼によって生じる。
ミスト：液体の蒸発凝縮や噴霧によって生じる。

気象学的な分類

霧：水平視程1km未満の水滴エアロゾル
もや：水平視程1km以上の水滴エアロゾル
煙霧（ヘイズ）：乾いた粒子が浮遊する状態
スモッグ：煙と霧が混ざった状態
大気汚染物質：ばい煙、粉塵、浮遊粒子状物質、二次粒子など

生物由来エアロゾル

花粉
* 胞子

エアロゾルの物理的性質

エアロゾル粒子は、ハイドロゾル（分散媒が液体のゾル）に比べて活発な運動を示し、不安定な性質を持っています。

人体への影響

エアロゾル粒子は呼吸器から体内に侵入し、その性質によって様々な健康影響を及ぼします。難溶性粒子は呼吸器に沈着し、塵肺などの呼吸器疾患を引き起こす可能性があります。可溶性粒子は、呼吸器や消化器から吸収され、様々な臓器に影響を及ぼす可能性があります。

有用なエアロゾル

エアロゾルは、医薬品などの分野で有用な技術として利用されています。特に、超微小粒子やナノ粒子の技術は、薬物送達システムなどに活用されています。

呼称に関する注意

エアロゾルの表記や発音には、いくつかのバリエーションがあります。メディアによっては「アエロゾル」と表記されることもありますが、一般的には「エアロゾル」が用いられています。気象分野では「エーロゾル」という表記も使われています。

まとめ

エアロゾルは、自然環境や人間の活動と深く関わる重要な物質です。その性質や影響を理解することは、大気汚染対策や健康維持、そして様々な産業分野の発展に不可欠です。

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