UVフィルター
55mmのフィルタースレッドを備えたL39 UVフィルター

UVフィルターは、紫外線（UV）を遮断または吸収する化合物、混合物、または材料です。UVフィルターの主な用途の一つは、日焼け止めとして肌を日焼けやその他の日光や紫外線によるダメージから守ることです。

UV フィルターは、紫外線に敏感なハードウェアを保護するために、カメラのレンズに取り付けられたガラス ディスクをコーティングするために使用されてきました。

背景

以前の写真フィルムは紫外線に非常に敏感で、曇りや曇り、カラーフィルムでは青みがかった色調の原因となっていました。UVフィルターは、可視光線を透過したまま短波長の紫外線をカットするために使用されていました。しかし、現代の写真フィルムとデジタルカメラは紫外線に対する感度が低くなっています。

UVフィルターは、遮断する光の波長によってL37フィルターまたはL39フィルターと呼ばれることもあります。例えば、L37フィルターは370ナノメートル（nm）未満の波長の紫外線を除去し、L39フィルターは390nm未満の波長の紫外線を除去します。

印刷と写真への応用

UVフィルターは幅広い色スペクトルをカバーし、幅広い用途に使用されています。いわゆるオルソレッドやディープオルソレッドライトは、拡散転写、フィルムや紙の植字、その他オルソクロマチック材料を扱う用途で広く使用されています。イエローゴールド、イエロー、リソスターイエロー、フジイエローなどのフィルターまたはセーフライトは、スクリーン印刷や製版などのコンタクトプルーフ用途において安全な作業環境を提供します。パングリーン、赤外線グリーン、ダークグリーンなどのフィルターまたはセーフライトは、スキャニング用途、パンクロマチックフィルム、紙、X線などの用途で広く使用されています。

多くの写真家や映画撮影者は、レンズのガラスとコーティングを保護するために、依然としてUVフィルターを使用しています。しかし、他の光学フィルターと同様に、UVフィルターはレンズフレアを発生させ、コントラストとシャープネスを損なう可能性があります。フードは衝撃からレンズを保護し、光学素子を遮光することでレンズフレアの発生を防ぐため、この問題に対処することができます。また、高品質のUVフィルターは、レンズの汚れをある程度防ぎながら、レンズ特有の歪みを最小限に抑えます。

写真撮影において、「UVフィルター」という用語は、光スペクトル内の紫外線を透過し、他の波長を遮断するフィルターと誤用されることがあります。同様に、「IRフィルター」という用語は、スペクトル全体をフィルタリングするフィルターとして使用されます。これらのフィルターの正しい名称はそれぞれ「UVパスフィルター」と「IRパスフィルター」であり、非常に特殊な写真撮影でのみ使用されます。

パーソナルケア製品への応用

紫外線を過剰に浴びると、日焼け、光老化、皮膚がんの原因となるため、日焼け止めなどのケア製品には通常、遮断する特定の波長による分類が含まれています。 [ 1 ]紫外線の分類には、UVA（320〜400 nm）、UVB（290〜320 nm）、UVC（200〜280 nm）があります。紫外線吸収化合物は日焼け止めだけでなく、口紅、シャンプー、ヘアスプレー、ボディーソープ、トイレ用石鹸、虫除け剤などの他のパーソナルケア製品にも使用されています。 [ 2 ]化学フィルターは、紫外線を吸収、反射、または散乱させることで紫外線から肌を守ります。[ 2 ] [ 3 ]反射と散乱は、二酸化チタン（TiO 2）や酸化亜鉛（ZnO）などの無機の物理紫外線フィルターによって行われます。主にUVBの吸収は、化学紫外線フィルターと呼ばれる有機の紫外線フィルターによって行われます。[ 4 ]日焼け止めに含まれるUVフィルターの含有量は通常0.5％から10％ですが、25％に達することもあります。[ 5 ]

有機UVフィルターの例

様々な有機化合物が紫外線フィルターとして機能します。それらはいくつかの構造クラスに分類されます。[ 6 ]

環境面

近年、紫外線と皮膚がんに対する懸念が高まり、特にオゾン層の破壊によって環境への影響が懸念されていることから、UVフィルターの使用が増加している。[ 3 ]

フィルター材は、産業排水を通して直接的に、あるいはシャワー、入浴、排尿、あるいは下水処理を通して家庭排水を通して間接的に環境に排出される可能性があります。下水処理場（WWTP）はこれらの汚染物質を除去するのにあまり効果的ではありません。[ 5 ]複数のUVフィルターが表層水および下水中でppbまたはpptレベルで検出されており、夏季に最高濃度に達します。[ 7 ] [ 8 ]

ほとんどの UV フィルターは親油性であるため、水生環境やそれを起源とする食物連鎖の中で生物蓄積する傾向があります。生物蓄積を確認するために、いくつかの研究で水生生物に UV フィルターが存在することが示されています。スイスとドイツの海域では、マスの筋肉組織から4-メチルベンジリデン樟脳が検出され、フランスの地中海沿岸と大西洋沿岸の貝類からは、エチルヘキシルメトキシシンナメートやオクトクリレンの痕跡が見つかりました。 [ 9 ] [ 10 ]さらに、日本の川や湖の堆積物から、2～約 3000 ng/g の濃度で 18 種類の有機日焼け止めが見つかりました。[ 11 ]有機 UV フィルターの一部 (およびその代謝物) は、in vitro および in vivo の両方で内分泌かく乱物質として作用する可能性があるため、生体内への有機 UV フィルターの蓄積は大きな懸念事項です。[ 12 ]（2009）は、太平洋の外洋における有機紫外線フィルターの濃度を報告し、これらの成分が海洋環境で持続し、広く分散していることを示す証拠を示した。[ 13 ]

UVフィルターは環境条件下で必ずしも安定しているわけではないため、他の化合物に変化することがよくあります。例えば、天然貯水池の水は太陽光照射にさらされ、プールの水は塩素処理、臭素処理、オゾン処理、紫外線照射などによって消毒されることがよくあります。[ 14 ]これらの副生成物は、元のUVフィルターよりも毒性が強い場合が多くあります。例えば、アボベンゾンは塩素系消毒剤と紫外線照射によって変化し、毒性が知られている置換塩素化フェノールとアセトフェノンを生成します。[ 5 ]

有機UVフィルターの中には、紫外線を受けると活性酸素種（ROS）（OH、H 2 O 2）を生成するものがあります（例：BP-3、オクトクリレン（OCR）、オクチルメトキシシンナメート（OMC）、フェニルベンズイミダゾールスルホン酸（PBS、PABAなど）。いくつかの研究では、海岸での過酸化水素やH 2 O 2濃度の上昇がUVフィルターの変化に直接起因すると記録されています。 [ 15 ] H 2 O 2は、脂質、タンパク質、DNAに損傷を与え、海洋生物に高いストレスレベルを生み出す原因となります。[ 16 ]無機UVフィルター（TiO 2など）も、海洋植物プランクトンに有毒な別の化合物であるROSを生成します。

サンゴの白化

白化やオニヒトデによる被害の兆候があるDipsastraea pallida （硬質サンゴ）

UVフィルターは、非常に低濃度でもサンゴの白化を引き起こし、サンゴ礁に深刻な影響を及ぼすことが示されています。その結果、少量の日焼け止めは18～48時間以内に大量のサンゴ粘液を発生させ、96時間以内に硬サンゴの白化を引き起こします。研究によると、サンゴの白化を引き起こすUVフィルターには、エチルヘキシルメトキシシンナメート、ベンゾフェノン-3、および4-メチルベンジリデンカンファーがあり、これらは非常に低濃度であっても白化を引き起こします。白化は温度上昇によって促進され、これが相乗効果として作用します。実験では、サンゴの白化は濃度依存的ではなく、非常に少量の曝露でも発生する可能性があることが示されています。[ 17 ]

サンゴ礁地域を訪れる観光客は年間約7,800万人と概算されており、熱帯諸国における日焼け止めの年間使用量は16,000トンから25,000トンと推定されています。この量の25%は海水浴中に洗い流され、サンゴ礁地域に年間4,000トンから6,000トンが流出しています。これは、日焼け止めによるサンゴの白化だけで、世界のサンゴ礁の10%を脅かすことになります。[ 17 ]日焼け止めは海水中のウイルス産生を著しく促進する可能性があります。[ 17 ]

変換のメカニズム

ベンゾトリアゾール存在下でのベンゾフェノン-3の光分解

光分解

光分解は、紫外線フィルターの変換における主な非生物的経路である。光分解により、有機フィルターはフリーラジカルに分解される。 [ 6 ]

光分解は直接的または間接的に起こります。直接的な方法は、有機フィルターの発色団が特定の波長の太陽光を吸収することで起こります。間接的な方法は、光増感剤の存在下で起こります。表層水中の溶存有機物（DOM）は光増感剤として作用し、ヒドロキシルラジカル、ペルオキシルラジカル、一重項酸素などの反応性光酸化反応を引き起こします。

この例が示すように、日焼け止め製品の光分解は個々の紫外線フィルターの挙動よりも複雑です。他の紫外線フィルター、ベンゾトリアゾール、フミン酸の存在下では、ベンゾフェノン-3のヒドロキシル基とベンゾイル基の脱離により2,4-ジメチルアニソールが生成し、分解が観察されました。[ 18 ]

光異性化

光異性化

光異性化により、元の化合物よりも紫外線の吸収が少ない生成物が生じることがあります。[ 19 ]これは、シナメート、サリチル酸塩、ベンジリジンカンフル、およびジベンゾイルメタン誘導体によって証明されています。オクチルメトキシシナメート（OMC）は光異性化、光分解、および光二量化を起こして、いくつかの二量体と環二量体を得ることができます。市販製品のほとんどはトランス異性体ですが、芳香環に隣接するC=C二重結合の存在により、紫外線にさらされると環境中ではトランス異性体とシス異性体の混合物として存在します。これらの異性体は同一の物理化学的性質を持つ場合もありますが、生物学的挙動や効果は異なる場合があります。[ 6 ]

消毒副産物

プールの水は通常、塩素処理、臭素処理、オゾン処理、または紫外線照射によって消毒されます。プールにアボベンゾンなどの紫外線フィルターが存在する場合、アボベンゾンと活性塩素および紫外線との相互作用により、これらのフィルターが分解し、毒性物質を含む消毒副生成物が発生する可能性があります。[ 5 ]

一部の有機UVフィルターの運命

ベンゾフェノン

ベンゾフェノン-3の代謝経路

ベンゾフェノン（BP）は、UVフィルター、芳香剤、プラスチック添加剤などに広く使用されています。BP-3の主な発生源は、人間のレクリエーション活動と下水処理場（WWTP）の排水であると報告されています。BP -3と4-OH-BP3の陰イオン形態はどちらも直接光分解を受けます。天然水中での両化合物の光分解速度は、純水中よりも速いです。ラジカル消去実験により、海水中のBP-3と4-OH-BP3の間接的な光分解は三重項励起溶存有機物（3DOM*）によるものであるのに対し、淡水中では、これら2つの化合物の間接的な光分解は溶存有機物とOHラジカルによるものであることが明らかになりました。[ 20 ]

p-アミノ安息香酸（PABA）

水中におけるp-アミノ安息香酸UVフィルターの間接光分解

p-アミノ安息香酸は、日焼け止めに使用された最も初期のUVフィルターの1つでした（1943年）。最大5％の濃度で使用されていました。1982年までに、PABAがヒト細胞における特定のDNA欠陥の形成を促進することが発見されました。PABAの光化学的運命は、NO 3 −、溶存有機物（DOM）、HCO 3 −などの水成分の影響を受ける可能性があります。 [ 21 ] PABAは、NO 3が存在する溶液中で直接光分解と間接光分解の両方を起こします。直接光分解はPABAの分解の25％を占め、二次的な経路と考えられています。一方、間接光分解が主要な経路でした。

ZhouとMopperは、硝酸塩がPABAの光分解を2倍に促進することを示した。しかし、炭酸塩や天然有機物（NOM）などのフリーラジカルスカベンジャーが存在すると、PABAの光分解は減少した。PABAの間接的な光分解は、主にNO 3 の光分解生成物である•OHによるものであると提唱された。

重炭酸イオンは水中に豊富に存在します。重炭酸イオンは、•OHイオンの消去活性の10%を占めます。重炭酸イオンと•OHイオンの反応により、炭酸ラジカル（•CO3）が生成されますが、これは•OHイオンよりも反応性が低いです。天然水中では、•CO3イオンは反応性が低いため、•OHイオンよりも高い定常濃度に達することがあります。重炭酸イオンによるPABAの光分解の促進は、炭酸ラジカルによるものです。[ 21 ]

水溶性NOMは有機酸で構成されています。これらの有機酸は主にフミン酸であり、フルボ酸とフミン酸に分類されます。NOMは太陽光を吸収してその強度を弱めることで、PABAの間接的な光分解を促進します。

図に示すように、水中硝酸塩存在下でPABAを分解する際には、2つの反応が起こります。4つの生成物のうち3つはフェノール基を含み、エストロゲン様作用を示す可能性があります。したがって、PABAの光反応中に生成される有害な副生成物は、そのエストロゲン様作用を考慮する必要があります。

4-tert-ブチル-4'-メトキシジベンゾイルメタン（アボベンゾン）

アボベンゾンの互変異性体

4- tert-ブチル-4'-メトキシジベンゾイルメタンは、アボベンゾンとしても知られ、ジベンゾイルメタンに属し、日焼け止め製剤に用いられる最も一般的なUVA（400～320 nm）フィルターの1つである。Parsol 1789またはEusolex 9020という商品名で販売されている。アボベンゾンは、エノール型とケト型の2つの互変異性体で存在する。日焼け止め製剤では、アボベンゾンは主にエノール型で存在し、これは、用いられる溶媒に応じて350～365 nmの波長で最大吸収を示す。エノール型の二重結合は、水中の塩素化の条件において芳香環よりも反応性が高いことが示されている。塩素処理された水環境では、図に示すように、アボベンゾンは2つの対応するアルデヒドと酸に変換される。これらは酸化条件下では安定性が低く、対応する酸に容易に変化します。

塩素化アセトフェノン誘導体も、同じCO-CH 2結合の開裂により生成されます。塩素化アセトフェノン誘導体は催涙ガスを発生させ、皮膚炎の誘発など、様々な健康問題を引き起こします。元のアボベンゾンが芳香環位に塩素化される可能性は低いことが報告されています。CO-Ar結合の開裂により、4-クロロアニソールが生成されます。[ 5 ]

塩素処理水系におけるアボベンゾンの変換生成物

エチルヘキシルメトキシシンナメート（EHMC）

メトキシケイヒ酸エチルヘキシル（EHMC）は、世界中で最も一般的に使用されているUVBフィルターの1つです。Eusolex 2292やUvinul MC80としても知られています。これは、EUで年間1000トン以上製造または輸入されている化学物質を含む高生産量化学物質（HPVC）リストに含まれています。EHMCの寿命は数時間から数日と予測されていました。EHMCは皮膚に対する忍容性が高いですが、紫外線にさらされると活性酸素種（ROS）を生成して人間の皮膚に浸透するなど、いくつかの副作用があります。EHMCは、貝類、魚類、鵜類にもng/gレベルで検出されており、食物連鎖の中で蓄積する可能性があることを示唆しています。[ 22 ] EHMCは、ウイルス感染を促進することでサンゴの白化を引き起こすことが証明されています。 [ 17 ]毒性学的観点から見ると、EHMCは試験管内および生体内の両方でエストロゲン様作用を示す。例えば、この化合物への曝露はラットの子宮重量増加を引き起こした。ラットの出生前EHMC曝露は、子孫の生殖発達と神経発達の両方に影響を及ぼす可能性があり、ヒトは日焼け止めなどの化粧品の使用を通じてこの化合物に日常的に曝露されているため、懸念材料となり得る。

EHMCの主な変換経路は光分解です。直接光分解が主要な変換経路です。一方、OHによる間接光分解はごくわずかで、溶存有機物の影響で副次的な経路となります。紫外線照射により、EHMCから4つの変換生成物が検出されました。4-メトキシベンズアルデヒド（MOBA）と4-メトキシケイ皮酸は、EHMCの脱アルキル化による2つの変換生成物です。中間体であるMOBAは、細菌に対してEHMCよりも毒性が強いです。

参照

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