光分解

光劣化とは、光による物質の変化です。一般的に、この用語は、酸化と加水分解を引き起こす太陽光と空気の複合作用を指すために緩く使用されています。光劣化は絵画やその他の工芸品を破壊するため、意図的に避けられることがよくあります。しかし、光劣化はバイオマスの再鉱化に部分的に関与しており、一部の消毒技術では意図的に使用されています。光劣化は、赤外線や熱によって物質が老化または劣化する方法には適用されませんが、紫外線のすべての波長帯での劣化が含まれます。

食品を光劣化から守ることは非常に重要です。例えば、栄養素の中には日光にさらされると劣化するものがあります。ビールの場合、紫外線はホップの苦味成分を3-メチル-2-ブテン-1-チオールに劣化させるプロセスを引き起こし、味を変えます。琥珀色のガラスは紫外線を吸収する性質があるため、ビール瓶は紫外線の劣化を防ぐためにこのようなガラスで作られることが多いです。

有機塗料、インク、染料は、非有機塗料、染料よりも光劣化の影響を受けやすいです。セラミックは、ほとんど例外なく、非有機由来の材料で着色されており、最も過酷な条件下でも光劣化に耐え、色を維持します。

農業の規模と化学物質の集中的な使用のため、農薬の光分解は大きな関心を集めています。しかし、農薬は殺生物活性を発揮できるように、日光で容易に光分解しないように選択されています。そのため、光増感剤、光触媒（例：二酸化チタン）の使用、農薬を攻撃するヒドロキシルラジカルを生成する過酸化水素などの試薬の添加など、光分解を促進するためのより多くの方法が実施されています。^[1]

医薬品の光分解は、多くの水源で発見されているため、興味深いものです。医薬品は、毒性、内分泌かく乱、遺伝子損傷など、水生生物に有害な影響を及ぼします。^[2]しかし、一次包装材料でも医薬品の光分解を防ぐ必要があります。このため、Fiolax amberやCorning 51-Lなどの琥珀色のガラスが、医薬品を紫外線から保護するために一般的に使用されています。ヨウ素（ルゴール溶液の形態）とコロイド銀は、劣化を防ぐために紫外線をほとんど通さない包装に広く使用されています。

攻撃を受ける可能性のある一般的な合成ポリマーにはポリプロピレンやLDPEがあり、その鎖構造の三級炭素結合が攻撃の中心となります。紫外線はこれらの結合と相互作用してフリーラジカルを形成し、それがさらに大気中の酸素と反応して主鎖にカルボニル基を生成します。製品の露出面は変色したりひび割れたりし、極端な場合には製品が完全に崩壊することもあります。

屋外用途で使用されるロープなどの繊維製品では、外側の繊維が最初に攻撃され、たとえば摩耗によって簡単に損傷するため、製品寿命は短くなります。ロープの変色も発生する可能性があり、これにより問題の早期警告が発せられます。

芳香環などの紫外線吸収基を持つポリマーも紫外線による劣化に敏感である可能性があります。たとえば、ケブラーのようなアラミド繊維は紫外線に非常に敏感であるため、太陽光の有害な影響から保護する必要があります。

多くの有機化学物質は酸素の存在下では熱力学的に不安定であるが、室温では自発的な酸化速度は遅い。物理化学の用語では、このような反応は速度論的に制限されている。この速度論的安定性により、環境中に複雑な環境構造が蓄積される。光を吸収すると、三重項酸素は一重項酸素に変換される。一重項酸素は反応性の高いガス形態で、スピン許容酸化を引き起こす。大気中では、有機化合物は水とオゾンから生成されるヒドロキシルラジカルによって分解される。 ^[3]

光化学反応は、通常、地球の表面で 290～700 nm の波長範囲にある光子の吸収によって開始されます。吸収された光子のエネルギーは分子内の電子に伝達され、その構成を一時的に変化させます (つまり、分子を基底状態から励起状態にします)。励起状態は、本質的に新しい分子を表します。励起状態の分子は、O ₂または H ₂ O の存在下では運動学的に安定しておらず、自発的に分解 (酸化または加水分解) することがあります。分子が分解して高エネルギーの不安定な断片を生成することもあり、この断片は周囲の他の分子と反応する可能性があります。この 2 つのプロセスは、総称して直接光分解または間接光分解と呼ばれ、どちらのメカニズムも汚染物質の除去に寄与します。

プラスチックの光劣化試験に関する米国連邦規格は、40 CFR Ch. I (7–1–03 版) PART 238 です。

プラスチックやその他の材料の光劣化は、広く使用されているポリマー安定剤で抑制できます。これらの添加剤には、劣化プロセスを中断する酸化防止剤が含まれます。一般的な酸化防止剤はアニリン誘導体です。別のタイプの添加剤は紫外線吸収剤です。これらの薬剤は光子を捕捉し、熱に変換します。一般的な紫外線吸収剤は、日焼け止めに使用される化学物質に関連するヒドロキシ置換ベンゾフェノンです。^[4]古いおもちゃの黄ばんだプラスチックの修復^[5]は、レトロブライトと呼ばれています。

• ビニール袋
• ポリマーの劣化
• 紫外線による劣化

• Castell, JV; Gomez-L, MJ; Miranda, MA; Morera, IM (2008)、「イブプロフェンの光分解。単離された光生成物の線維芽細胞および赤血球に対する毒性」、光化学および光生物学、46 (6): 991–96、doi :10.1111/j.1751-1097.1987.tb04882.x、PMID  3438349、S2CID  41693238
• サルガド、R;ペレイラ、VJ。カルヴァーリョ、G;ソエイロ、R;ガフニー、V;アルメイダ、C;ヴァーレ・カルドーソ、V;フェレイラ、E; MJ ベノリエル。テネシー州テルネス。オーメン、A;レイス、ママ。 Noronha、JP (2013)、「純水および処理廃水におけるケトプロフェン、ジクロフェナクおよびアテノロールの光分解反応速度論および変換生成物」、Journal of Hazardous Materials、244–245: 516–52、Bibcode :2013JHzM..244..516S、土肥：10.1016/j.jazmat.2012.10.039、PMID  23177274
• ベッティーン、ボルトレス、「ガラスと製薬が出会うとき」、ECV Editio Cantor、2015 年、ISBN 978-3-87193-432-2