すす

すす（すす/ s ʊ t / suut ）は、炭化水素の不完全燃焼によって生じる不純な炭素粒子の塊です。^{[ 1 ]}すすは発がん性のある有害物質とみなされています。^{[ 2 ]}最も広義には、このプロセスによって生成されるすべての粒子状物質が含まれ、黒色炭素や、石炭、セノスフィア、炭化した木材、コークスまたはチャーに分類される石油コークスなどの残留熱分解燃料粒子が含まれます。多環芳香族炭化水素や水銀などの重金属が含まれる場合もあります。 ^{[ 3 ]}

すすは様々な種類の癌や肺疾患を引き起こす。^{[ 4 ]}

環境中の空気汚染物質としてのすすにはさまざまな発生源があり、それらはすべて何らかの熱分解の結果です。それらには、石炭燃焼、内燃機関、^{[ 1 ]}発電所のボイラー、ホッグ燃料ボイラー、船舶のボイラー、中央蒸気暖房ボイラー、廃棄物焼却、局所的な野焼き、住宅火災、森林火災、暖炉、炉からのすすが含まれます。これらの外部発生源は、植物の燻製、調理、オイルランプ、ろうそく、堆積した塵のある石英/ハロゲン電球、暖炉、車両からの排気ガス、^{[ 12 ]}および欠陥のある炉などの屋内環境の発生源にも寄与します。非常に低い濃度のすすは、表面を黒くしたり、換気システムからの粒子凝集物を黒く見せたりする可能性があります。すすは、壁と天井、または壁と床の接合部が変色する「ゴースティング」の主な原因です。これは一般的に、電気式ベースボードヒーターの上部の壁の変色の原因となります。

すすの生成と特性は燃料組成に大きく依存するが、火炎温度にも影響される可能性がある。^{[ 13 ] [ 14 ]}燃料組成に関して、燃料成分のすす生成傾向の順位は、ナフタレン→ベンゼン→脂肪族である。しかし、脂肪族（アルカン、アルケン、アルキン）のすす生成傾向の順序は、火炎の種類によって大きく異なる。脂肪族と芳香族のすす生成傾向の違いは、主に生成経路の違いに起因すると考えられる。脂肪族はまずアセチレンとポリアセチレンを生成するようで、これは遅いプロセスである。芳香族は、この経路と、既存の芳香族構造に基づいて構築される環状縮合または重合反応を含むより直接的な経路の両方によってすすを生成することができる。^{[ 15 ] [ 16 ]}

気候変動に関する政府間パネル（ IPCC ）は、CharlsonとHeintzenberg（1995）の用語集に記載されているすす粒子の説明を採用した。「有機蒸気の炎の外縁でガスが消火される際に形成される粒子で、主に炭素からなり、少量の酸素と水素がカルボキシル基とフェノール基として存在し、不完全なグラファイト構造を示す」^{[ 17 ] 。}

すすの形成は複雑なプロセスであり、数ミリ秒以内に多数の分子が多くの化学的および物理的反応を受ける物質の進化です。^{[ 1 ]}すすには常にグラファイトとダイヤモンドのナノ粒子が含まれており、これは宝石すすとして知られる現象です。すすは粉末状の非晶質炭素です。気相すすには多環芳香族炭化水素（PAH）が含まれています。^{[ 1 ] [ 18 ]}すす中のPAHは変異原性物質として知られており^{[ 19 ]} 、国際がん研究機関（IARC）によって「既知のヒト発がん物質」に分類されています。 ^{[ 20 ]}すすは、アセチレンなどの前駆体分子からの不完全燃焼中に形成されます。すすは、直径が6～30 nmの凝集したナノ粒子で構成されています。すす粒子は金属酸化物や鉱物と混合され、硫酸でコーティングされることがあります。^{[ 1 ] [ 21 ]} 

すす生成化学の多くの詳細は未解決で議論の的となっているが、いくつかの合意が得られている: ^{[ 1 ]}

• すすは、いくつかの前駆物質または構成要素から発生する。
• 重い分子の核生成が起こり、粒子が形成される。
• 粒子の表面成長は、気相分子の吸着によって進行する。
• 凝集は、反応性の粒子同士の衝突によって起こる。
• 分子やすす粒子の酸化は、すすの生成を抑制する。

煤煙、特にディーゼル排気ガスによる汚染は、大気中の有害汚染物質全体の4分の1以上を占めている。^{[ 12 ] [ 22 ]}

ディーゼル排出物の成分の中でも、粒子状物質は呼吸器系に直接的かつ広範囲に影響を与えるため、人間の健康にとって深刻な懸念事項となっています。以前は、医療専門家はPM10 _（直径10μm未満）を慢性肺疾患、肺がん、インフルエンザ、喘息、死亡率の上昇と関連付けていました。しかし、最近の科学的研究では、これらの相関関係は微粒子（PM2.5）や超微粒子（PM0.1）とより密接に関連していることが示唆され_てい_ます。^{[ 1 ]} 

すすを含む都市大気汚染への長期曝露は、冠動脈疾患のリスクを高める。^{[ 23 ]}

ディーゼル排気ガス（DE）は、燃焼由来の粒子状物質大気汚染の主な原因物質です。 ^{[ 12 ]}曝露チャンバーを用いたヒト実験研究では、DEは急性血管機能障害および血栓形成の増加と関連付けられています。^{[ 24 ] [ 25 ]}これは、粒子状物質大気汚染と心血管疾患罹患率および死亡率の増加との関連性について先に述べたことと、もっともらしいメカニズム上のつながりとなります。

暖炉が1つ以上ある住宅の煙突にもすすが溜まりやすい。煙突に大量のすすが溜まると、引火して煙突火災を引き起こす可能性がある。煙突掃除業者による定期的な清掃でこの問題は解消されるはずだ。^{[ 26 ]}

すす生成メカニズムは、ディーゼル燃料の主要成分の数が多いこと、複雑な燃焼メカニズム、すす生成中の不均一な相互作用のため、数学的にモデル化するのが困難です。 ^{[ 1 ]}すすモデルは、大きく3つのサブグループに分類されます。経験的（実験的なすすプロファイルに合うように調整された方程式）、半経験的（粒子数密度、すす体積、質量分率に使用される数学方程式と経験的モデルの組み合わせ）、および詳細な理論的メカニズム（すべてのフェーズにおける詳細な化学反応速度論と物理モデルを網羅）です。^{[ 1 ]}

まず、経験的モデルは実験データの相関関係を用いてすす生成の傾向を予測します。経験的モデルは実装が容易で、特定の運転条件に対して優れた相関関係を提供します。しかし、経験的モデルはすす生成の根本的なメカニズムを調査するために使用することはできません。したがって、これらのモデルは運転条件の変化に対応できるほど柔軟ではありません。これらは、特定の条件下で事前に確立された設計実験をテストするためにのみ役立ちます。^{[ 1 ]}

第二に、半経験的モデルは、実験データを使用して較正された速度方程式を解きます。半経験的モデルは、主にすすの生成と酸化の化学を単純化することによって計算コストを削減します。半経験的モデルは、化学反応機構の規模を縮小し、アセチレンなどのより単純な分子を前駆体として使用します。^{[ 1 ]}詳細な理論モデルは、数百の化学反応を含む広範な化学反応機構を使用して、すすの濃度を予測します。詳細な理論すすモデルには、すすの生成に存在するすべての成分が、詳細な化学的および物理的プロセスとともに含まれています。^{[ 1 ]}

最後に、包括的なモデル（詳細モデル）は、経験的モデルや半経験的モデルよりもはるかに複雑であるため、通常は計算コストが高く、計算に時間がかかります。近年の計算技術の進歩により、詳細な理論モデルを使用してより現実的な結果を得ることがより現実的になりましたが、包括的な理論モデルのさらなる進歩は、形成メカニズムのモデリングの精度によって制限されています。^{[ 1 ]}

さらに、近年、現象論的モデルが広く利用されるようになった。半経験的モデルに分類される現象論的すすモデルは、経験的に観測された現象を、基本理論と整合する形で相関させるが、理論から直接導出されるものではない。これらのモデルは、燃焼過程中に観測されるさまざまなプロセス（または現象）を記述するために開発されたサブモデルを使用する。現象論的経験的モデルのサブモデルの例としては、噴霧モデル、リフトオフモデル、熱放出モデル、着火遅延モデルなどがある。これらのサブモデルは、観測から経験的に開発することも、基本的な物理的および化学的関係を使用して開発することもできる。現象論的モデルは、比較的単純であるため正確である。特に、モデルパラメータの精度が低い場合に有用である。経験的モデルとは異なり、現象論的モデルは、複数の運転条件が変化しても妥当な結果が得られるほど柔軟性がある。^{[ 1 ]}

歴史的に、すすは美術用絵具や靴磨きの製造、またロシア製ブーツの黒染め剤として使用されていました。印刷機の登場により、20世紀まで印刷インクに使用されました。^{[ 27 ]}

• 「黒人」 。『アメリカ百科事典』。1920年。