비소

Arsenic
비소, As
비소
발음
동소체회색(가장 일반적인), 노란색, 검은색(비소의 동소체 참조)
외모메탈릭 그레이
표준 원자량 Ar°(As)
  • 74.921595±0.000006
  • 74.922±0.001 (abridged)[1]
주기율표의 비소
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오븀 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로퓸 가돌리늄 테르븀 디스프로슘 홀뮴 에르븀 툴륨 이터븀 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 칼리포르늄 아인슈타이늄 페르뮴 멘델레븀 노벨륨 로렌시움 러더포디움 두브늄 시보르기움 보륨 하시움 미트네륨 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로븀 모스코비움 리보모륨 테넨신 오가네손
P

~하듯이

Sb
게르마늄 비소 셀레늄
원자번호 (Z)33
그룹.그룹 15 (pnictogenes)
기간4교시
블록 p블록
전자구성[Ar] 3d10 4s2 4p3
포탄당 전자2, 8, 18, 5
물성
단계 STP에서단단한
승화점887 K (615 °C, 1137 °F)
밀도 (근처)5.727g/cm3
액체일 때에5.22g/cm3
삼중점1090 K, 3628 kPa[2]
임계점1673 K, ? MPa
융해열그레이: 24.44kJ/mol
기화열34.76 kJ/mol (?)
몰열용량24.64 J/(mol·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K) 553 596 646 706 781 874
원자적 성질
산화상태-3, -2, -1, 0,[3] +1,[4] +2, +3, +4, +5(약산성 산화물)
전기음성도폴링 눈금: 2.18
이온화 에너지
  • 1st: 947.0 kJ/mol
  • 2nd: 1798 kJ/mol
  • 3rd: 2735 kJ/mol
  • ()
원자반지름경험적: 오후 119
공유반지름119±4pm
반데르발스 반지름오후 185시
Color lines in a spectral range
비소의 스펙트럼선
기타속성
자연발생원시의
결정구조 마름모꼴의
Rhombohedral crystal structure for arsenic
열팽창5.6 µm/(m⋅K)[5] (at r.t.)
열전도율50.2W/(m⋅K)
전기 비저항333 nΩ⋅m (at 20 °C)
자기순서반자성의[6]
몰 자기 감수성−5.5×10−6 cm3/mol[7]
영률8 GPa
부피 탄성률22 GPa
모스 경도3.5
브리넬 경도1440MPa
CAS 번호7440-38-2
역사
디스커버리아랍 연금술사 (AD 815 이전)
비소 동위 원소
주동위원소[8] 썩음
흥겨운 ­춤 반감기 (t1/2) 모드 ­ 제품
73 신스 80.3 d ε 73
γ
74 신스 17.8 d ε 74
β+ 74
γ
β 74
75 100% 안정적인.
카테고리 : 비소
참고 문헌

비소화학 원소이며 기호는 As이고 원자 번호는 33입니다. 비소는 많은 광물에서 발생하는데, 보통 , 금속과 결합하지만 순수한 원소 결정으로도 발생합니다. 비소는 준금속입니다. 다양한 동소체를 가지고 있지만, 금속성의 외관을 가진 회색 형태만이 산업에 중요합니다.

비소의 주요 용도는 합금(예를 들어, 자동차 배터리탄약)입니다. 비소는 반도체 전자 장치에서 일반적인 n형 도펀트입니다. III-V 화합물 반도체 갈륨비소의 구성 요소이기도 합니다. 비소 및 그 화합물, 특히 삼산화물은 살충제, 가공 목재 제품, 제초제살충제 생산에 사용됩니다. 비소 및 그 화합물의 독성에 대한 인식이 증가함에 따라 이러한 응용은 감소하고 있습니다.[9]

몇몇 박테리아는 호흡 대사 물질로 비소 화합물을 사용할 수 있습니다. 미량의 비소는 쥐, 햄스터, 염소, 닭 및 기타 종의 필수 식이 요소입니다. 인간의 신진대사에서 어떤 역할을 하는지는 알려져 있지 않습니다.[10][11][12] 그러나 비소 중독은 필요 이상의 양이 있으면 다세포 생물에서 발생합니다. 지하수의 비소 오염은 전 세계 수백만 명에게 영향을 미치는 문제입니다.

미국 환경 보호국은 모든 형태의 비소가 인간의 건강에 심각한 위험을 초래한다고 밝혔습니다.[13] 미국 독성 물질 및 질병 등록 기관은 2001년 슈퍼펀드 사이트의 위험 물질 우선 순위 목록에서 비소를 1위로 선정했습니다.[14] 비소는 A 그룹 발암물질로 분류됩니다.[13]

특성.

물리적 특성

Sb, AsSb 및 회색 As에 공통적인 결정 구조

가장 흔한 세 가지 비소 동소체는 회색, 노란색, 그리고 검은색 비소이며, 회색이 가장 흔합니다.[15] 회색 비소(α-As, 우주군 R3m No. 166)는 많은 맞물린 주름진 6개의 고리로 구성된 이중층 구조를 채택하고 있습니다. 회색 비소는 층 사이의 결합력이 약하기 때문에 부서지기 쉽고 상대적으로 Mohs 경도가 3.5로 낮습니다. 가장 가까운 이웃과 가장 가까운 이웃은 왜곡된 팔면체 복합체를 형성하며, 같은 이중층에 있는 세 개의 원자는 다음의 세 개의 원자보다 약간 더 가깝습니다.[16] 이 비교적 가까운 패킹은 5.73g/cm의3 고밀도로 이어집니다.[17] 회색 비소는 반금속이지만 비정질화하면 밴드갭이 1.2~1.4eV인 반도체가 됩니다.[18] 회색 비소도 가장 안정적인 형태입니다. 황색 비소는 부드럽고 왁스질이며, 테트라포스포린(tetraphosphorus)과 다소 유사합니다.P4.4[19] 둘 다 4개의 원자가 4면체 구조로 배열되어 있고, 각각의 원자가 나머지 3개의 원자와 하나의 결합으로 결합되어 있습니다. 이 불안정한 동소체는 분자이기 때문에 가장 휘발성이 높고 밀도가 낮으며 독성이 가장 강합니다. 고체 황색 비소는 비소 증기, As의 급속 냉각에 의해 생성됩니다4. 빛에 의해 회색 비소로 빠르게 변형됩니다. 노란색 형태의 밀도는 1.97g/cm입니다3.[17] 흑비소는 흑린과 구조가 비슷합니다.[17] 검은 비소는 또한 약 100-220°C에서 증기를 냉각하고 수은 증기가 있는 상태에서 비정질 비소를 결정화함으로써 형성될 수 있습니다.[20] 유리질이고 부서지기 쉽습니다. 흑비소는 또한 불량한 전기 전도체입니다.[21] 비소의 삼중점은 3.628 MPa(35.81 atm)이므로 표준 압력에서는 녹는점이 없고 887 K(615 °C 또는 1137 °F)에서는 고체에서 증기로 승화됩니다.[2]

동위 원소

비소는 자연계에서 안정 동위 원소인 As로 단일 동위 원소로 발생합니다.[22] 2003년 기준으로 원자량이 60에서 92에 이르는 최소 33개의 방사성 동위원소도 합성되었습니다. 이 중 가장 안정적인 것은 80.30일의 반감기를 가진 As입니다. As(t=65.30시간), As(t=26.0시간), As(t=17.77일), As(t=26.26시간) 및 As(t=38.83시간)를 제외한 다른 모든 동위원소의 반감기는 1일 미만입니다. 안정한 A보다 가벼운 동위원소는 β붕괴+ 붕괴되는 경향이 있고, 무거운 동위원소는 β붕괴 붕괴되는 경향이 있습니다.

원자 질량 66에서 84까지 최소 10개의 핵 이성질체가 설명되었습니다. 비소의 이성질체 중에서 가장 안정한 것은 반감기가 111초인 As입니다.[22]

화학

비소는 가벼운 동족 인과 유사한 전기 음성도 및 이온화 에너지를 가지며 따라서 대부분의 비금속과 쉽게 공유 분자를 형성합니다. 건조한 공기 속에서는 안정적이지만, 습도에 노출되면 비소는 금동으로 변색되어 결국 검은 표면층이 됩니다.[23] 공기 중에서 가열하면 비소는 삼산화비소산화되는데, 이 반응에서 나오는 연기는 마늘과 비슷한 냄새가 납니다. 이 냄새는 망치로 아르세노피라이트와 같은 타격용 비소 광물에서 감지할 수 있습니다.[2] 산소에서 연소하여 삼산화비소와 오산화비소를 만들고, 불소에서 오불화비소를 만들어 오불화비소를 만듭니다.[23] 비소(및 일부 비소 화합물)는 대기압에서 가열할 때 887K(614°C)에서 액체 상태가 아닌 기체 형태로 직접 전환됩니다.[2] 트리플 포인트는 3.63 MPa, 1,090 K(820 °C)입니다.[17][2] 비소는 질산이 농축된 비소, 질산이 희석된 비소, 황산농축된 삼산화비소를 만들지만 물, 알칼리, 비산화산과는 반응하지 않습니다.[24] 비소는 금속과 반응하여 비소를 형성하지만, 이러한3− 음이온의 형성은 흡열성이 높고 1족 비소조차도 금속간 화합물의 특성을 가지고 있기 때문에 As 이온을 포함하는 이온 화합물은 아닙니다.[23] 비소와 마찬가지로 3d 전이 계열을 계승하는 게르마늄, 셀레늄, 브롬과 마찬가지로 비소는 수직 이웃인 인과 안티몬보다 +5의 그룹 산화 상태에서 훨씬 덜 안정적이므로, 오산화비소와 비소산은 강력한 산화제입니다.[23]

컴파운드

비소의 화합물은 주기율표의 동일한 그룹(열)을 차지하는 의 화합물과 어떤 면에서 유사합니다. 비소의 가장 일반적인 산화 상태는 합금과 같은 금속간 화합물인 비소에서 -3, 비소에서 +3, 비소 및 대부분의 유기 비소 화합물에서 +5입니다. 또한 비소는 광물 스쿠터루다이트의 정사각형 As3-4 이온에서 볼 수 있듯이 쉽게 결합합니다.[25] +3 산화 상태에서 비소는 일반적으로 전자단독 쌍의 영향으로 피라미드형입니다.[15]

무기화합물

가장 간단한 비소 화합물 중 하나는 독성이 강한 인화성 피로포리카르신(AsH3)인 삼수물입니다. 이 화합물은 상온에서 천천히 분해되기 때문에 일반적으로 안정한 것으로 간주됩니다. 250~300℃의 온도에서 비소와 수소로 분해되는 속도가 빠릅니다.[26] 습도, 빛의 존재 및 특정 촉매(예: 알루미늄)와 같은 몇 가지 요인이 분해 속도를 촉진합니다.[27] 공기 중에서 쉽게 산화하여 삼산화비소와 물을 만들고, 산소 대신 셀레늄과 비슷한 반응이 일어납니다.[26]

비소는 무색, 무취, 결정성 산화물 AsO23("흰색 비소")와 AsO25 형성하는데, 이 산화물은 흡습성이며 물에 쉽게 용해되어 산성 용액을 형성합니다. 비소(V)산은 약산으로 염류를 비산염이라 하는데,[28] 지하수의 가장 흔한 비소 오염이며, 많은 사람들에게 영향을 미치는 문제입니다. 합성비산염으로는 Scheelle's Green(구리 비산염, 산성 구리 비산염), 칼슘 비산염, 납 수소 비산염 등이 있습니다. 이 세 가지는 농업용 살충제와 독극물로 사용되었습니다.

비산염과 비소산 사이의 양성자화 단계는 인산인산 사이의 양성자화 단계와 비슷합니다. 인산과 달리, 비소산은 As(OH)라는 공식을 갖는 진정한 삼염기성입니다.3[28]

비소의 황 화합물은 매우 다양하게 알려져 있습니다. 오르피먼트(AsS23)와 리얼가(AsS44)는 다소 풍부하여 이전에는 회화 안료로 사용되었습니다. AsS에서410 비소는 As-As 결합을 특징으로 하는 AsS에서44 +2의 공식 산화 상태를 가지므로 As의 총 공유는 여전히 3입니다.[29] AsS뿐만43 아니라 오르피먼트와 리얼가 모두 셀레늄 유사체를 가지고 있으며, 유사한 AsTe는23 광물 칼고올리에이트[30]알려져 있으며, 음이온2 AsTe는 코발트 복합체에서 리간드로 알려져 있습니다.[31]

비소(III)의 트리할라이드는 알 수 없는 아스타타이드를 제외하고는 모두 잘 알려져 있습니다. 오불화 비소(AsF5)는 +5 산화 상태의 낮은 안정성을 반영하는 유일한 중요한 펜타할라이드이며, 그럼에도 불구하고 매우 강력한 불소화 및 산화제입니다. (오불화 비소는 -50℃ 이하에서만 안정하며, 이 온도에서 삼염화로 분해되어 염소 기체를 방출합니다.)[17]

합금

비소는 III-V 반도체 갈륨비소, 인듐비소, 알루미늄비소에서 5족 원소로 사용됩니다.[32] GaAs의 원자가 전자 수는 Si 원자 한 쌍과 같지만 밴드 구조가 완전히 달라 뚜렷한 벌크 특성을 갖게 됩니다.[33] 다른 비소 합금으로는 II-V 반도체 카드뮴 비소가 있습니다.[34]

유기 비소 화합물

트리메틸아르신

다양한 유기 비소 화합물이 알려져 있습니다. 제1차 세계 대전 당시 화학전제로 개발된 것들이 있는데, 여기에는 류사이트와 같은 베지션제애덤사이트와 같은 구토제가 포함됩니다.[35][36][37] 역사적이고 실용적인 관심사인 카코딜산은 삼산화비소의 메틸화로부터 발생하는데, 이 반응은 인 화학에서는 전혀 비유할 수 없는 반응입니다. 카코딜은 (비소가 진짜 금속은 아니지만) 알려진 최초의 유기금속 화합물이며, 그리스 κα κωδία "싱크"에서 유래한 이름으로 매우 독이 있습니다.

발생 및 생산

프랑스 생트마리오마인에서 채취한 천연 비소의 대규모 샘플

비소는 지각의 약 1.5 ppm (0.00015 %)을 차지하며, 53번째로 풍부한 원소입니다. 비소의 일반적인 배경 농도는 대기 중 3ng/m를3 초과하지 않습니다; 토양 중 100mg/kg, 식생 중 400μg/kg, 담수 중 10μg/L, 해수 중 1.5μg/[39]L입니다.

공식이 MSS 및 MAs(M = Fe, Ni, Co)인 광물진짜가(황화 비소 광물) 및 천연(elemental) 비소와 함께 비소의 주요 상업적 공급원입니다. 예시적인 광물은 철 황철석과 구조적으로 관련된 아르세노피라이트(FeAsS)입니다. 많은 소량의 As 함유 광물들이 알려져 있습니다. 비소는 또한 환경에서 다양한 유기 형태로 발생합니다.[40]

2006년[41] 비소 생산량

영국 지질조사국(British Geological Survey)과 미국 지질조사국(US Geological Survey)에 따르면 2014년 백색 비소 생산국은 중국이 거의 70%의 세계 점유율로 1위였고 모로코, 러시아, 벨기에가 그 뒤를 이었습니다.[42] 미국과 유럽의 비소 정제 작업은 환경 문제로 대부분 문을 닫았습니다. 비소는 구리, , 납 제련소의 제련소 분진에서 발견되며, 주로 구리 정제 분진에서 회수됩니다.[43]

공기 중에서 아르세노피라이트를 구울 , 비소는 산화철을 남기는 비소(III) 산화물로 소인화되고,[40] 공기 없이 구울 때 회색 비소가 생성됩니다. 황 및 기타 칼코겐으로부터 추가적인 정제는 진공, 수소 분위기에서의 승화 또는 용융 납-비소 혼합물로부터의 증류에 의해 달성됩니다.[44]

순위 나라 2014[42] AsO 프로덕션23
1 중국 2만 5천 T
2 모로코 8,800T
3 러시아 1500T
4 벨기에 1,000T
5 볼리비아 52T
6 일본 45T
세계 합계(반올림) 36,400 T

역사

레알가
비소에 대한 화학 기호

비소라는 단어는 아랍어 알 잔 īḵ الزرنيخ '오르피먼트'에서 유래된 ܙܪܢܝܟܐ 자르니카에서 유래되었으며, 페르시아어 자르("금")에 기초하여 "노란색"(문자 그대로 "금빛")을 의미하며, 따라서 "노란색"(노란색) 또는 "오르피먼트"("노란색")를 의미합니다. 아르세니콘(ἀρσενικόν)은 그리스어 형용사 아르세니코스(ἀρσενικός)의 중성적인 형태로, "남성", "악성"을 의미합니다.

라틴어를 사용하는 사람들은 그리스어를 비소(sensicum)라는 용어를 채택했고, 이는 결국 프랑스어로 비소가 되었고, 이때부터 영어 단어 "비소"가 되었습니다.[46] 황화비소(또는 피먼트, 리얼가)와 산화물은 예로부터 알려져 사용되어 왔습니다.[47] Zosimos c.(300 AD)는 샌다래치 (레알가르)를 구워 비소 구름(삼산화비소)을 얻은 다음 회색 비소로 환원하는 것을 설명합니다.[48] 비소 중독의 증상은 별로 특이하지 않기 때문에, 그 존재에 대한 민감한 화학 실험인 마쉬 테스트가 1830년대에 등장하기 전까지 이 물질은 살인에 자주 사용되었습니다. (또 다른 덜 민감하지만 더 일반적인 테스트는 리네쉬 테스트입니다.) 비소는 지배층이 서로를 죽이는 데 사용되었고, 그 효능과 신중함 때문에 "왕의 독"과 "독의 왕"으로 불렸습니다.[49][need quotation to verify] 비소는 르네상스 시대에 가족을 죽이는 데 사용되었기 때문에 "상속의 가루"로 알려지게 되었습니다.[50]

콘월 보탈락 광산의 일부인 비소 미궁.

청동기 시대에 비소는 종종 청동 제조에 포함되어 합금이 더 단단해졌습니다(이른바 "비소 청동").[51][52] 자비르 이븐 하이얀은 서기 815년 이전에 비소가 분리된 것을 묘사했습니다.[53] 알베르투스 마그누스(Albert the Great, 1193–1280)는 이후 1250년 삼황화 비소와 함께 비누를 가열함으로써 화합물로부터 이 원소를 분리했습니다.[54] 1649년 요한 슈뢰더는 비소를 제조하는 두 가지 방법을 발표했습니다.[55] 원소(천연) 비소의 결정은 드물지만 자연에서 발견됩니다.

최초의 합성 유기금속 화합물로 종종 주장되는 카데의 발연액(불순한 카코딜)은 1760년 루이 클로드 카데지스쿠르에 의해 아세트산칼륨삼산화비소의 반응을 통해 합성되었습니다.[56]

화학자 호노레 도미에의 비소 공개 시연 풍자 만화, 1841

빅토리아 시대에, 여성들은 얼굴의 안색을 개선하기 위해 식초와 분필을 섞은 "비소" (흰색 비소 또는 삼산화 비소)를 먹었으며, 그들의 피부를 더 창백하게 만들었습니다 (그들이 밭에서 일하지 않았다는 것을 보여주기 위해).[57] 1858년 식품의 불순물에 비소가 우연히 사용되면서 브래드포드 스위트 피독 사건이 발생했고, 이로 인해 21명이 사망했습니다.[58] 18세기 후반부터 벽지 생산은 안료의 밝기를 증가시키는 것으로 여겨졌던 [59]비소로 만든 염료를 사용하기 시작했습니다.[60] 나폴레옹 1세의 질병과 1821년 사망에 대한 한 가지 설명은 벽지와 관련된 비소 중독과 관련이 있습니다.[61]

1814년 파리 그린과 1775년 셸레 그린이라는 두 가지 비소 색소가 발견된 이후 널리 사용되고 있습니다. 비소의 독성이 널리 알려진 후, 이 화학 물질들은 색소로 덜 자주 사용되고 살충제로 더 자주 사용되었습니다. 1860년대에는 염료 생산의 비소 부산물인 런던 퍼플이 널리 사용되었습니다. 이것은 삼산화비소, 아닐린, 석회, 산화제1철의 고체 혼합물로 물에 녹지 않고 흡입이나 섭취에[62] 의해 매우 독성이 강했습니다. 그러나 나중에 또 다른 비소계 염료인 파리 그린으로 대체되었습니다.[63] 독성 메커니즘에 대한 더 나은 이해를 위해 1890년대부터 두 가지 다른 화합물이 사용되었습니다.[64] 1942년 DDT가 발견되기 전까지 석회암납암은 살충제로 널리 사용되었습니다.[65][66][67]

적용들

농업

록사손은 닭의 사료 원료로 사용되는 논란의 여지가 있는 비소 화합물입니다.

곤충, 박테리아, 곰팡이에 대한 비소의 독성으로 인해 목재 방부제로 사용하게 되었습니다.[68] 1930년대에 나무를 크롬화된 구리 비산염(CCA 또는 Tanalith라고도 함)으로 처리하는 공정이 발명되었으며 수십 년 동안 이 처리는 비소의 가장 광범위한 산업적 용도였습니다. 비소의 독성에 대한 증가된 인식은 2004년 유럽 연합과 미국에 의해 시작된 소비자 제품의 CCA 금지로 이어졌습니다.[69][70] 그러나 CCA는 다른 나라(말레이시아 고무 농장 등)에서 여전히 많이 사용되고 있습니다.[9]

비소는 다양한 농업용 살충제와 독극물에도 사용되었습니다. 예를 들어, 납 수소 비산염은 과일 나무에 흔한 살충제였지만,[71] 화합물과의 접촉으로 인해 분무기를 사용하는 사람들 사이에서 때때로손상을 일으켰습니다. 20세기 후반에 농업에서 비소의 독성이 덜한 유기 형태인 메틸아세테이트(MSMA)와 메틸아세테이트(DSMA)가 납아세테이트를 대체했습니다. 이러한 유기 비소는 목화 재배를 제외한 모든 농업 활동에서 차례로 2013년까지 미국에서 단계적으로 폐지되었습니다.[72][73]

비소의 생체 지구 화학은 복잡하고 다양한 흡착 및 탈착 과정을 포함합니다. 비소의 독성은 용해도와 관련이 있고 pH의 영향을 받습니다. 비산염(AsO3-3)은 비산염(AsO3-4)보다 용해성이 높고 독성이 강하지만 낮은 pH에서 비산염은 더 이동성이 높고 독성이 강합니다. 높은 비소 토양에 황, 인, 산화철을 첨가하면 비소 식물 독성이 크게 감소하는 것으로 나타났습니다.[74]

비소는 가금류돼지 생산에서 사료 첨가제로 사용되는데, 특히 2015년까지 미국에서 체중 증가와 사료 효율 향상, 질병 예방 등을 위해 사용됐습니다.[75][76] 미국 육계 재배자의 약 70%가 육계 스타터로 사용했던 록사손(roxarson)이 그 예입니다.[77] 2011년 록사손을 생산하는 화이자의 자회사인 알파마는 처리된 닭에서 발암 물질인 무기 비소의 수치가 상승했다는 연구 결과에 따라 자발적으로 이 약의 판매를 중단했습니다.[78] Alpharma의 후계자인 Zoetis는 2015년까지 니타르손을 계속 판매했는데, 주로 칠면조에 사용됩니다.[78]

2006년 호주 경주마인 Phar Lap의 유해에 대한 연구는 그 유명한 챔피언의 1932년 죽음이 비소의 대량 과다복용에 의한 것이라고 밝혀냈습니다. 시드니의 수의사 퍼시 사이크스(Percy Sykes)는 "그 당시 비소는 일반적인 강장제였으며, 보통 용액의 형태로 제공되었습니다. 말의 90%가 비소를 가지고 있다고 생각할 정도로 흔했습니다."[79]

의료용

17세기, 18세기, 19세기 동안 아르페나민(폴 에를리히)과 삼산화 비소(토마스 파울러)를 포함한 많은 비소 화합물이 의약품으로 사용되었습니다.[80] 아르세페나민과 네오살바르산매독으로 표시되었지만 현대 항생제로 대체되었습니다. 그러나 멜라소프롤과 같은 비소는 여전히 트리파노소마증의 치료에 사용되는데, 이들 약물은 독성이 심하다는 단점이 있지만 치료하지 않으면 거의 균일하게 치명적이기 때문입니다.[81]

삼산화 비소는 15세기부터 다양한 방법으로 사용되어 왔으며, 가장 일반적으로 치료에 사용되지만 건선에서 파울러 용액과 같은 다양한 약물에도 사용됩니다.[82] 2000년 미국 식품의약국은 이 화합물을 올트랜스레티노산에 내성을 갖는 급성 프로미엘로시틱 백혈병 환자의 치료를 위해 승인했습니다.[83]

2008년 논문은 비소-74(양전자 방출기)를 사용하여 종양을 발견하는 데 성공했다고 보고합니다. 이 동위원소는 이전의 방사성 물질인 요오드-124보다 더 선명한 PET 스캔 이미지를 만들어냅니다. 왜냐하면 신체는 요오드를 갑상선으로 운반하여 신호 소음을 내는 경향이 있기 때문입니다.[84] 비소 나노입자는 다른 비소 제형보다 세포독성이 적은 암세포를 사멸하는 능력을 보였습니다.[85]

독성이 없는 용량에서는 용해성 비소 화합물이 자극제 역할을 하며, 한때 18세기 중반에서 19세기 중반 사이에 사람들에 의해 약으로 소량 인기가 있었습니다.[17][86][87] 자극제로 사용되는 것은 경주마와 같은 스포츠 동물이나 작업견으로 특히 널리 사용되었습니다.[88]

합금

비소의 주된 용도는 납과의 합금입니다. 자동차 배터리의 납 성분은 매우 적은 비율의 비소가 존재함으로써 강화됩니다.[9][89] 황동(구리-아연 합금)의 탈아연화는 비소의 첨가로 크게 감소합니다.[90] 비소 함량이 0.3%인 "인 탈산 비소 구리"는 특정 환경에서 부식 안정성이 향상되었습니다.[91] 갈륨비소집적 회로에 사용되는 중요한 반도체 재료입니다. GaAs로 만든 회로는 실리콘으로 만든 회로보다 훨씬 빠릅니다(그러나 훨씬 더 비쌉니다). GaAs는 실리콘과 달리 직접적인 밴드갭이 있으며, 레이저 다이오드LED에 사용되어 전기 에너지를 빛으로 직접 변환할 수 있습니다.[9]

군사의

제1차 세계대전 후 미국은 2만톤의 무기화루이세이트(ClCH=CHAsCl)를 비축했습니다. 이 무기화된 루이세이트(ClCH=CHAsCl)는 유기노린성 수포제(수포제)이자 폐 자극제입니다. 이 비축물자는 표백제로 중화되어 1950년대에 멕시코만으로 버려졌습니다.[92] 베트남 전쟁 동안, 미국은 북베트남 군인들의 나뭇잎 덮개와 쌀을 빼앗기 위해 소듐 카코딜레이트와 그 산 형태의 혼합물인 에이전트 블루를 무지개 제초제 중 하나로 사용했습니다.[93][94]

기타 용도

  • 구리 아세토아르세나이트는 파리 그린과 에메랄드 그린을 포함한 많은 이름으로 알려진 녹색 안료로 사용되었습니다. 그것은 수많은 비소 중독을 일으켰습니다. 구리 비산염인 셸레 그린19세기사탕의 착색제로 사용되었습니다.[95]
  • 비소는 청동[96] 불꽃 기술에 사용됩니다.
  • 생산된 비소 중 무려 2%가 납탄탄환의 납 합금에 사용됩니다.[97]
  • 알파브라스에 비소를 소량 첨가하여 탈아연화에 강합니다. 이 등급의 황동은 배관 피팅 및 기타 습한 환경에서 사용됩니다.[98]
  • 비소는 분류학적 샘플 보존에도 사용됩니다. 그것은 또한 역사적으로 방부 유체에 사용되었습니다.[99]
  • 비소는 1980년대까지 제세공 과정에서 사용되었습니다.[100]
  • 비소는 도자기에서 불투명제로 사용되어 흰색 유약을 만들었습니다.[101]
  • 최근까지 광학 유리에는 비소가 사용되었습니다. 현대 유리 제조업체들은 환경운동가들의 압력을 받아 비소와 을 모두 사용하지 않게 되었습니다.[102][verification needed]
  • 컴퓨터에서 비소는 n형 도핑으로 에 사용됩니다.[103]

생물학적 역할

세균

일부 박테리아 종은 산소가 없을 때 비산염을 아비산염으로 환원시키면서 다양한 연료를 산화시켜 에너지를 얻습니다. 산화 환경 조건에서 일부 박테리아는 아비산염을 연료로 사용하고 이를 산화시켜 아비산염으로 만듭니다.[104] 관련된 효소비산염 환원효소(Arr)로 알려져 있습니다.[105]

2008년, 박테리아는 산소가 없는 상태에서 광합성의 버전을 사용하고, 비산염을 전자 공여체로 사용하여 비산염을 생성하는 것으로 밝혀졌습니다(일반적인 광합성이 물을 전자 공여체로 사용하여 분자 산소를 생성하는 것처럼). 연구원들은 역사를 통해 이러한 광합성 유기체가 비산염 환원 박테리아가 번성할 수 있도록 하는 비산염을 생성했다고 추측합니다.균주인 PHS-1이 분리되었으며 감마프로테오박테리움 엑토티오로도스피라 샤포시니코비와 관련이 있습니다. 그 메커니즘은 알려지지 않았지만 암호화된 Arr 효소는 알려져 있는 상동체와 반대로 기능할 수 있습니다.[106]

2011년에는 비산염인산 음이온이 구조적으로 유사하다는 [107]점을 이용하여 비소로 치환하면 Halomonadaceae의 균주를 인이 없는 상태에서 재배할 수 있다고 가정했습니다. 이 연구는 독립적인 연구자 단체들에 의해 광범위하게 비판을 받았고 그 후에 반박을 받았습니다.[108][109]

고등 동물의 필수 미량 원소

비소는 메티오닌 대사산물의 합성에 관여하기 때문에 조류의 필수 미량 미네랄로 알려져 있으며 사료 권장량은 0.012~0.050mg/[110]kg입니다.

몇몇 증거들은 비소가 포유류의 필수적인 미량 미네랄이라는 것을 나타냅니다. 그러나 생물학적 기능은 알려져 있지 않습니다.[111][112][113]

유전

비소는 후성유전학적 변화, 즉 DNA 서열의 변화 없이 일어나는 유전자 발현의 유전적 변화와 연관되어 있습니다. 여기에는 DNA 메틸화, 히스톤 변형 및 RNA 간섭이 포함됩니다. 비소의 독성 수준은 종양 억제 유전자 p16p53의 상당한 DNA 과메틸화를 유발하여 발암 위험을 증가시킵니다. 이러한 후성유전학적 사건은 인간의 신장 세포를 사용하여 시험관 내에서 그리고 인간의 쥐 세포와 말초 혈액 백혈구를 사용하여 생체 내에서 연구되었습니다.[114] 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)은 DNA의 후성유전학적 변형에 관여하는 세포 내 비소 및 기타 비소 염기의 정확한 수준을 검출하는 데 사용됩니다.[115] 후성유전인자로서 비소를 조사하는 연구는 노출과 감수성의 정밀한 바이오마커를 개발하는 데 사용될 수 있습니다.

중국 브레이크 양치식물(Pteris vittata)은 토양의 비소를 잎에 과도하게 축적하고 식물 정화에 사용할 것을 제안합니다.[116]

생체메틸화

아르세노베타인

무기 비소와 그 화합물은 먹이 사슬에 들어가면 메틸화 과정을 거쳐 점진적으로 대사됩니다.[117][118] 예를 들어, 곰팡이 Scopulariopsis brevicaulis는 무기 비소가 존재할 경우 트리메틸아르신을 생성합니다.[119] 유기 화합물인 아르세노베타인은 어류와 조류와 같은 일부 해양 식품과 버섯에서도 발견됩니다. 사람의 평균 섭취량은 하루에 약 10~50 µg입니다. 약 1000 µg의 값은 생선이나 버섯을 섭취한 후에 나타나는 특이한 것은 아니지만, 이 비소 화합물은 거의 독성이 없기 때문에 생선을 먹을 위험은 거의 없습니다.

환경문제

노출

자연적으로 발생하는 인체 노출원으로는 화산재, 광물과 광석의 풍화, 광물화된 지하수 등이 있습니다. 비소는 음식, 물, 토양, 공기에서도 발견됩니다.[121] 비소는 모든 식물에 흡수되지만 잎채소, 쌀, 사과와 포도즙, 해산물에 더 많이 농축되어 있습니다.[122] 추가적인 노출 경로는 대기 가스와 먼지의 흡입입니다.[123] 빅토리아 시대에 비소는 집안 장식, 특히 벽지에 널리 사용되었습니다.[124]

음용수 발생

지하수의 광범위한 비소 오염으로 인해[125] 방글라데시와 인근 국가에서 광범위한 비소 중독이 발생했습니다. 벵골 유역에서는 약 5천700만 명이 세계보건기구(WHO) 기준치인 10억 분의 1(ppb) 이상의 비소 농도로 지하수를 마시고 있는 것으로 추정되고 있습니다.[126] 그러나[127] 대만의 암 발생률에 대한 연구는 암 사망률의 현저한 증가가 150 ppb 이상의 수준에서만 나타난다는 것을 시사했습니다. 지하수의 비소는 자연적인 기원을 가지고 있으며, 퇴적물로부터 지하의 무산소 상태에 의해 지하수로 방출됩니다. 이 지하수는 지역 및 서부 NGO와 방글라데시 정부가 20세기 후반에 대규모 얕은 관정 식수 프로그램을 수행한 후 사용되었습니다. 이 프로그램은 세균에 오염된 지표수의 음용을 방지하기 위해 고안되었지만 지하수의 비소 검사에는 실패했습니다. 베트남캄보디아같은 동남아시아의 많은 다른 나라와 지구들은 비소 함량이 높은 지하수를 생산하는 지질 환경을 가지고 있습니다. 비소증1987년 태국 나콘시 탐마라트에서 보고되었으며, 차오프라야 강에는 아마도 많은 사람들이 생수를 사용하기 때문에 공중 보건에 문제가 되지 않고 자연적으로 발생하는 용해된 비소가 많이 포함되어 있을 것입니다.[128] 파키스탄에서는 6천만 명 이상이 비소로 오염된 식수에 노출되고 있다고 사이언스지가 2017년에 발표한 보고서에서 밝혔습니다. 포드고르스키 연구팀은 1200개 이상의 샘플을 조사했으며 66% 이상이 WHO 최소 오염 수준을 초과했습니다.[129]

1980년대부터 중국 네이멍구 바멘 지역 주민들은 오염된 우물에서 나온 식수를 통해 비소에 만성적으로 노출돼 왔습니다.[130] 2009년 연구에서는 물 비소 농도가 5~10 µg/L 사이인 거주자들 사이에서 피부 병변이 증가하는 것을 관찰했으며, 이는 비소 유발 독성이 만성 노출과 함께 비교적 낮은 농도에서 발생할 수 있음을 시사합니다. 전체적으로 중국 34개 성 가운데 20개 성에서 지하수 공급에 비소 농도가 높아 1천900만 명이 위험한 식수에 노출될 가능성이 있습니다.[131]

IIT 카라그푸르의 한 연구는 인도 땅의 20%의 지하수에서 높은 수준의 비소를 발견하여 2억 5천만 명 이상의 사람들을 노출시켰습니다. 펀자브주, 비하르주, 서벵골주, 아삼주, 하리아나주, 우타르프라데시주, 구자라트주 등은 비소에 노출된 토지 면적이 가장 높습니다.[132]

미국에서 비소는 남서부의 지하수에서 가장 흔하게 발견됩니다.[133] 뉴잉글랜드 일부 지역과 미시간, 위스콘신, 미네소타, 다코타족도 지하수에 비소 농도가 상당한 것으로 알려져 있습니다.[134] 위스콘신 주에서 증가된 피부암 수치는 심지어 음용수 기준치인 10ppb 이하의 수치에서도 비소 노출과 관련이 있습니다.[135] 미국 슈퍼펀드가 자금을 지원한 최근 영화에 따르면 수백만 개의 개인 우물이 비소 수치를 알 수 없으며, 미국 일부 지역에서는 20% 이상의 우물이 정해진 한계를 초과하는 수준을 포함하고 있을 수 있습니다.[136]

NIEHS의 지원을 받는 과학자들에 의하면 100 ppb의 농도(즉, 식수 기준 10 ppb 이상)에서 비소에 대한 낮은 수준의 노출은 H1N1 또는 신종플루 감염에 대한 초기 면역 반응을 손상시킵니다. 실험용 쥐를 대상으로 실시된 이 연구는 식수에 비소에 노출된 사람들이 바이러스로 인해 더 심각한 질병이나 사망에 이를 위험이 높아질 수 있음을 시사합니다.[137]

일부 캐나다인들은 무기 비소가 함유된 물을 마시고 있습니다. 개인-덕-웰 물은 무기 비소를 함유할 위험이 가장 높습니다. 일반적으로 예비 우물 물 분석에서는 비소를 검사하지 않습니다. 캐나다 지질조사국의 연구원들은 뉴브런즈윅 주의 자연 비소 위험 잠재력의 상대적인 변화를 모델링했습니다. 이 연구는 무기 비소와 관련된 음용수 및 건강 문제에 중요한 의미를 가지고 있습니다.[138]

칠레의 역학 증거는 특히 흡연과 같은 다른 위험 요소가 존재할 때 만성 비소 노출과 다양한 형태의 암 사이에 용량 의존적 연관성을 보여줍니다. 이러한 효과는 50ppb 미만의 오염에서 입증되었습니다.[139] 비소는 그 자체로 담배 연기의 구성 요소입니다.[140]

무기 비소 노출에 대한 여러 역학 연구를 분석한 결과 방광암 위험이 10 ppb에서 작지만 측정 가능한 증가를 시사합니다.[141] 캠브리지 대학 지리학과의 피터 레이븐스크로프트에 따르면,[142] 전 세계적으로 약 8천만 명의 사람들이 식수에서 10에서 50 ppb 사이의 비소를 소비한다고 합니다. 만약 이들이 모두 식수에 10ppb 비소를 정확히 섭취했다면, 앞서 인용한 다중 역학 연구 분석은 방광암만 2,000건이 추가로 발생할 것으로 예측했습니다. 이것은 폐암이나 피부암을 포함하지 않고 노출을 명시적으로 과소평가하기 때문에 전체적인 영향에 대한 명확한 과소평가를 나타냅니다. 현재 WHO 기준치 이상의 비소에 노출된 사람들은 비소 교정에 따른 비용과 이익을 따져봐야 합니다.

식수에서 용해된 비소를 제거하기 위한 프로세스의 초기(1973) 평가는 철 또는 알루미늄 산화물과의 공침의 효과를 입증했습니다. 특히 응고제로서의 철은 90%[143][144]가 넘는 효능으로 비소를 제거하는 것으로 나타났습니다. 미국 환경 보호국(USEPA)과 국립 과학 재단(NSF)이 자금을 지원하는 연구에서 여러 흡착 매체 시스템을 현장에서 사용할 수 있도록 승인했습니다. 유럽과 인도 과학기술자 팀은 현장 교정법(SAR Technology)을 기반으로 서벵골주에 6개의 비소 처리 공장을 설립했습니다. 이 기술은 화학물질을 전혀 사용하지 않으며, 폭기된 물을 대수층으로 재충전하고 비소 산화 미생물을 지원하는 산화 영역을 개발하여 지하 영역에 비소를 불용성(+5 상태)으로 방치합니다. 이 공정은 폐기물 스트림이나 슬러지를 생성하지 않으며 상대적으로 저렴합니다.[145]

비소 오염을 피하기 위한 또 다른 효과적이고 저렴한 방법은 더 순수한 물에 도달하기 위해 500피트 이상의 우물을 가라앉히는 것입니다. 미국 국립 환경 건강 과학 연구소의 슈퍼펀드 연구 프로그램에 의해 자금을 지원받은 최근 2011년 연구는 깊은 퇴적물이 비소를 제거하고 그것을 순환에서 빼낼 수 있다는 것을 보여줍니다. 흡착이라고 불리는 이 과정에서 비소는 깊은 퇴적물 입자의 표면에 달라붙어 지하수에서 자연적으로 제거됩니다.[146]

높은 표면적과 단분산 마그네사이트(FeO34) 나노 결정을 사용한 매우 낮은 자기장 구배에서 비소의 자기 분리가 사용 시점 정수에서 입증되었습니다. FeO34 나노 결정의 높은 비표면적을 사용하여 물에서 비소 제거와 관련된 폐기물의 질량을 획기적으로 감소시켰습니다.[147]

역학 연구들은 비소에 오염된 식수의 만성적인 소비와 모든 주요 사망 원인의 발생 사이의 상관관계를 제시했습니다.[148] 문헌에 따르면 비소 노출은 당뇨병의 발병기전에서 원인이 된다고 합니다.[149]

왕겨 기반 필터는 최근 물의 비소 함량을 3 µg/L로 감소시키는 것으로 나타났습니다. 이것은 지하 대수층에서 식수를 추출하는 지역에서 응용할 수 있습니다.[150]

산페드로 데 아타카마

세기 동안, 칠레의 산 페드로 아타카마 사람들은 비소로 오염된 물을 마셔왔고, 몇몇 증거들은 그들이 약간의 면역력이 생겼다는 것을 암시합니다.[151][152][153]

오염된 지하수에 대한 위해지도

세계 인구의 약 3분의 1이 지하수 자원에서 물을 마십니다. 이 중 약 10%, 약 3억 명의 사람들이 건강에 해로운 수준의 비소나 불소로 오염된 지하수 자원으로부터 물을 얻습니다.[154] 이 미량 원소들은 주로 땅속의 광물과 이온에서 유래합니다.[155][156]

자연수역 비소의 산화환원변환

비소는 미량 메탈로이드 및 옥시 음이온 형성 미량 금속(예: Se, Sb, Mo, V, Cr, U, Re) 중에서 유일합니다. 산화 및 환원 조건 모두에서 자연수의 전형적인 pH 값(pH 6.5–8.5)에서의 동원에 민감합니다. 비소는 여러 산화 상태(-3, 0, +3 및 +5)에서 환경에서 발생할 수 있지만 자연수에서는 대부분 3가 비소[As(III)] 또는 5가 비소[As(V)]의 옥시 음이온으로 무기 형태로 발견됩니다. 유기적 형태의 비소는 생물학적 활동에 의해 생산되며, 대부분 지표수에서 생성되지만 정량적으로 중요한 경우는 거의 없습니다. 그러나 산업 오염으로 인해 물이 크게 영향을 받는 곳에서는 유기 비소 화합물이 발생할 수 있습니다.[157]

비소는 다양한 공정을 통해 용해될 수 있습니다. pH가 높으면 양전하를 잃는 표면 결합 부위에서 비소가 방출될 수 있습니다. 수위가 떨어져 황화물 광물이 공기 중에 노출되면 황화물 광물에 갇힌 비소가 물로 방출될 수 있습니다. 유기탄소가 물에 존재하는 경우, As(V)를 As(III)로 직접 환원시키거나 결합 부위의 원소를 환원시켜 무기 비소를 방출함으로써 박테리아를 공급합니다.[158]

비소의 수중 변환은 pH, 환원-산화 전위, 유기물 농도 및 기타 원소, 특히 철 및 망간의 농도 및 형태에 영향을 받습니다. 주요 요인은 pH와 산화 환원 전위입니다. 일반적으로 산소 조건에서 비소의 주요 형태는 각각 pH 2, 2–7, 7–11 및 11에서 HAsO34, HAsO2442− 및 AsO입니다43−. 환원 조건에서 HAsO는34 pH 2-9에서 우세합니다.

산화 및 환원은 지하 환경에서 비소의 이동에 영향을 미칩니다. 비소는 환원 환경에서 가장 안정적인 용해성 형태의 비소이며, 비소보다 이동성이 약한 비소는 중성 pH의 산화 환경에서 우세합니다. 따라서 비소는 환원 조건에서 더 이동성이 있을 수 있습니다. 환원 환경에는 비소 화합물의 용해도를 향상시킬 수 있는 유기물도 풍부합니다. 그 결과 비소의 흡착이 감소하고 지하수에 용해된 비소가 축적됩니다. 그렇기 때문에 산화 환경보다 환원 환경에서 비소 함량이 더 높습니다.[159]

황의 존재는 자연수에서 비소의 변형에 영향을 미치는 또 다른 요인입니다. 비소는 금속 황화물이 형성될 때 침전될 수 있습니다. 이렇게 해서 물에서 비소가 제거되고 이동성이 떨어집니다. 산소가 존재하면 박테리아가 환원된 황을 산화시켜 에너지를 발생시켜 결합된 비소를 방출할 가능성이 있습니다.

Fe를 포함한 산화 환원 반응도 수생 시스템에서 비소의 운명에 필수적인 요소인 것으로 보입니다. 옥시수산화철의 감소는 비소가 물로 방출되는 데 핵심적인 역할을 합니다. 그래서 비소는 Fe 농도가 높은 물에서 농축될 수 있습니다.[160] 산화 조건에서 비소는 특히 높은 pH에서 황철석이나 철 산화물로부터 동원될 수 있습니다. 환원 조건 하에서 비소는 철 산화물과 연관될 때 환원적 탈착 또는 용해에 의해 동원될 수 있습니다. 환원성 탈착은 두 가지 상황에서 발생합니다. 하나는 비산염이 철 산화물에 덜 강하게 흡착되는 비산염으로 환원되는 경우입니다. 다른 하나는 광물 표면의 전하 변화로 인해 결합된 비소가 탈착됩니다.[161]

일부 박테리아 종은 비소의 산화환원 변환을 촉매합니다. 분해성 비산염 호흡 원핵생물(DARP)은 As(V)를 As(III)로 환원시키는 속도를 높입니다. DARP는 As(V)를 혐기성 호흡의 전자 수용체로 사용하여 생존하기 위한 에너지를 얻습니다. 이 과정에서 다른 유기 및 무기 물질이 산화될 수 있습니다. 화학독립영양비소산화제(CAO) 및 종속영양비소산화제(HAO)는 As(III)를 As(V)로 변환합니다. CAO는 As(III)의 산화와 산소 또는 질산염의 환원을 결합합니다. 그들은 얻은 에너지를 사용하여 CO에서2 생성된 유기 탄소를 고정합니다. HAO는 As(III) 산화로부터 에너지를 얻을 수 없습니다. 이 과정은 박테리아에 대한 비소 해독 메커니즘일 수 있습니다.[162]

평형 열역학 계산에 따르면 AS(V) 농도는 SO42− 감소가 발생하는 모든 강력한 감소 조건에서 As(III) 농도보다 커야 합니다. 그러나 비소의 비생물적 산화환원 반응은 느립니다. 용해된2 O에 의한 As(III)의 산화는 특히 느린 반응입니다. 예를 들어, 존슨과 필슨(1975)[163]은 수개월에서 1년 사이의 바닷물에서 As(III)의 산소화를 위해 반감기를 주었습니다. 다른 연구에서 As(V)/As(III) 비율은 산화 방지를 위해 특별한 주의를 기울이지 않은 채 물 샘플링 중 며칠 또는 몇 주 동안 안정적이었고, 이는 다시 비교적 느린 산화 속도를 시사합니다. Cherry는 실험 연구를 통해 As(V)/As(III) 비율이 최대 3주 동안 무산소 용액에서 안정적이었지만 더 긴 시간 동안 점진적인 변화가 일어났다는 것을 발견했습니다.[164] 멸균수 샘플은 비멸균 샘플보다 종분 변화에 덜 민감한 것으로 관찰되었습니다.[165] Oremland는 Mono Lake에서 As(V)에서 As(III)로의 환원이 0.02에서 0.3일−1 범위의 속도 상수를 가진 박테리아에 의해 빠르게 촉매된다는 것을 발견했습니다.[166]

미국의 목재 보존.

2002년 기준으로 미국에 본사를 둔 산업체들은 19,600미터톤의 비소를 소비했습니다. 이 중 90%는 색동 비산염(CCA)으로 목재를 처리하는 데 사용되었습니다. 2007년에는 5,280톤의 소비 중 50%가 여전히 이 목적으로 사용되었습니다.[43][167] 미국에서는 2003년 12월 31일부터 소비자 제품 및 주거용 및 일반 소비자 건설 제품 생산에 있어 비소의 자발적 단계적 감축이 시작되었으며, 현재는 Alkaline Copper Quaternary, 붕산염, 구리 아졸, 사이프로코나졸, 프로피코나졸과 같은 대체 화학 물질이 사용되고 있습니다.[168]

비록 중단되었지만, 이 애플리케이션은 일반 대중에게 가장 우려되는 것 중 하나이기도 합니다. 오래된 압력 처리된 목재의 대다수는 CCA로 처리되었습니다. CCA 목재는 여전히 많은 국가에서 널리 사용되고 있으며, 20세기 후반 동안 구조 및 실외 건축 재료로 많이 사용되었습니다. 비소가 주변 토양(예를 들어 운동장 장비)으로 목재 밖으로 침출될 수 있다는 연구 결과가 나온 후 많은 지역에서 CCA 목재의 사용이 금지되었지만, 오래된 CCA 목재를 태우는 것도 위험 요소입니다. 탄 CCA 목재에서 나온 목재 재를 직간접적으로 섭취하면 동물이 사망하고 사람에게 심각한 중독이 발생합니다. 사람의 치사량은 약 20g의 재입니다.[169] 건설 및 철거 현장의 고철 CCA 목재는 상업용 및 가정용 화재 시 부주의하게 사용될 수 있습니다. CCA 목재의 안전한 처리를 위한 프로토콜은 전 세계적으로 일관되지 않습니다. 이러한 목재의 광범위한 매립 처리는 약간의 우려를 자아내지만,[170] 다른 연구들은 지하수에 비소 오염이 없다는 것을 보여주었습니다.[171][172]

미국의 산업용 자료 지도 제작

미국에서 비소 방출 위치 (그리고 다른 정보)를 지도로 표시하는 한 가지 도구는 TOXMAP입니다.[173] TOXMAP은 미국 연방정부가 자금을 지원하는 미국 국립 의학 도서관 (NLM)의 전문 정보 서비스 부서의 지리 정보 시스템 (GIS)입니다. TOXMAP을 사용하면 사용자가 미국 환경 보호국(EPA)의 독성물질 방출 인벤토리 및 슈퍼펀드 기초 연구 프로그램의 데이터를 시각적으로 탐색할 수 있습니다. TOXMAP의 화학 및 환경 건강 정보는 NLM의 Toxicology Data Network(TOXNET),[174] PubMed 및 기타 권위 있는 출처에서 가져옵니다.

생물학적 정화

비소 오염수를 정화하기 위해 물리적, 화학적, 생물학적 방법을 사용해 왔습니다.[175] 생물학적 정화는 비용 효율적이고 환경 친화적이라고 합니다.[176] 비소에 오염된 지하수의 생물학적 정화는 비소가 인간에게 미치는 독성 형태인 비소를 비소로 전환시키는 것을 목표로 합니다. 비소(+5 산화 상태)는 지표수에서 비소의 지배적인 형태인 반면, 비소(+3 산화 상태)는 저산소에서 무산소 환경에서 지배적인 형태입니다. 비산염은 비산염보다 용해성이 높고 이동성이 있습니다. 많은 종의 박테리아는 아비산염을 전자 공여체로 사용함으로써 무산소 조건에서 아비산염을 아비산염으로 변형시킬 수 있습니다.[177] 이는 지하수 정화에 유용한 방법입니다. 또 다른 생물학적 정화 전략은 식물성 정화를 통해 조직에 비소를 축적하는 식물을 사용하는 것이지만 오염된 식물 물질의 폐기를 고려할 필요가 있습니다.

생물학적 정화는 기존 조건에 맞게 세심한 평가와 설계가 필요합니다. 일부 사이트에서는 전자 수용체를 추가해야 하는 반면, 다른 사이트에서는 미생물 보충(바이오 증강)이 필요할 수 있습니다. 사용된 방법에 상관없이 꾸준한 모니터링만이 미래의 오염을 방지할 수 있습니다.

비소제거

응고 및 응집

응고응집은 물에서 비산염을 제거하는 데 일반적인 밀접하게 관련된 과정입니다. 비산염 이온이 운반하는 알짜 음전하 때문에 천천히 가라앉거나 전하 반발로 인해 전혀 가라앉지 않습니다. 응고에서 Fe 및 Alum과 같은 양전하를 띤 응고제(일반적으로 사용되는 염: FeCl3,[178] Fe2(SO4),3[179] Al2(SO4)3[180]은 음전하를 띤 비산염을 중화시켜 침전을 가능하게 합니다. 응집은 응집제가 입자를 더 작게 만들고 응집체가 물에서 침전될 수 있도록 하는 데 따라 발생합니다. 그러나 이러한 방법은 거의 중성 pH의 충전되지 않은 비소산(HAsO33)에 As(III)가 존재하기 때문에 비소에 대해 효율적이지 않을 수 있습니다.[181]

응고 및 응집의 주요 단점은 비용이 많이 드는 비산염 농축 슬러지 처리 및 환경의 2차 오염 가능성입니다. 또한 Fe와 같은 응고제는 안전 수준을 초과하는 이온 오염을 일으킬 수 있습니다.[178]

독성 및 주의사항

비소
유해성
GHS 라벨링:[182]
GHS05: Corrosive GHS06: Toxic GHS08: Health hazard GHS09: Environmental hazard
위험
H301+H331, H315, H318, H350, H410
P273, P280, P301+P310, P302+P352, P304+P340+P311, P305+P351+P338

비소와 그 화합물 중 많은 것들이 특히 강력한 독입니다. 소량의 비소는 아연의 도움으로 비소를 비소로 환원하는 것을 포함하는 약학적 방법으로 검출할 수 있으며 염화수은 종이로 확인할 수 있습니다.[183]

분류

원소 비소 및 황산 비소 및 삼산화물 화합물은 유럽 연합에서 지침 67/548/EEC에 따라 "독성" 및 "환경에 위험"한 것으로 분류됩니다. 국제암연구기관(IARC)은 비소와 무기 비소 화합물을 1군 발암물질로 인정하고 있으며, EU는 삼산화비소, 오산화비소, 비산염을 1군 발암물질로 등재하고 있습니다.

비소는 식수에 존재할 때 비소증을 유발하는 것으로 알려져 있으며, "가장 흔한 종은 비산염[HAsO2-4; As(V)] 및 비산염[HAsO33; As(III)]"입니다.

법적 제한, 음식 및 음료

2006년 이후 미국에서는 환경보호청(EPA)이 허용하는 음용수의 최대 농도가 10ppb이고[184] FDA는 2005년 생수에 대해 동일한 기준을 제시했습니다.[185] 뉴저지 환경보호국은 2006년에 식수 한도를 5ppb로 정했습니다.[186] 비소 금속 및 무기 비소 화합물의 IDLH(생명과 건강에 즉시 위험) 값은 5mg/m3(5ppb)입니다. 산업안전보건청허용 노출 한도(PEL)를 시간 가중치 평균(TWA) 0.01mg/m3(0.01ppb)으로, 국가산업안전보건연구원(NIOSH)은 권장 노출 한도(REL)를 0.002mg/m3(0.002ppb)으로 설정했습니다.[187] 유기 비소 화합물의 PEL은 0.5 mg/m. (03.5 ppb)[188]의 TWA입니다.

2008년 미국 식품의약국은 다양한 종류의 미국 식품에 대한 독성 화학물질 검사를 진행 중인 [189]것을 근거로 사과와 배즙의 무기 비소에 대한 "우려 수준"을 비발암성 효과에 근거하여 23 ppb로 설정했습니다. 그리고 이 수준을 초과하는 제품의 수입을 차단하기 시작했고, 부적합한 국내 제품에 대해서도 리콜을 요구했습니다.[185] 2011년, 전국의 닥터 오즈 텔레비전 쇼는 제작자들이 고용한 독립된 연구소에서 수행한 테스트를 강조하는 프로그램을 방송했습니다. 비록 이 방법론은 논쟁의 여지가 있었지만(유기 비소와 무기 비소를 구별하지 않았습니다), 실험에서 비소의 수치는 36 ppb까지 나왔습니다.[190] 이에 대해 FDA는 닥터 오즈 쇼에서 나온 최악의 브랜드를 테스트한 결과 훨씬 낮은 수치를 나타냈습니다. 진행 중인 테스트에서 사과 주스 샘플의 95%가 우려 수준 미만인 것으로 나타났습니다. 컨슈머 리포트의 이후 테스트에서 무기 비소는 10ppb를 약간 넘는 수준으로 나타났고, 이 단체는 부모들에게 소비를 줄일 것을 촉구했습니다.[191] 2013년 7월, FDA는 어린이의 섭취, 만성 노출, 발암 효과 등을 고려하여 사과 주스에 대해 음용수 기준과 동일한 10ppb의 '조치 수준'을 수립했습니다.[185]

방글라데시에서 쌀의 비소에 대한 우려는 2002년에 제기되었지만, 당시에는 호주만이 식량에 대한 법적 제한(kg당 1밀리그램)을 가지고 있었습니다.[192][193] 2005년 미국 쌀을 먹는 사람들이 개인 비소 섭취량 기준을 초과하는 것에 대한 우려가 제기되었습니다.[194] 2011년, 중화인민공화국은 비소에 대한 식품 기준을 150 ppb로 정했습니다.[195]

2012년 미국에서는 다트머스 대학의 어린이 환경 건강 및 질병 예방 연구 센터(연초 아동의 요로 수치에 초점을 맞춘)[196]와 컨슈머 리포트(11월)[197][198]의 별도 연구 그룹에 의한 테스트에서 쌀의 비소 수준이 발견되었으며, 이는 FDA에 제한을 설정하라는 요구를 초래했습니다.[199] FDA는 2012년 9월에 일부 테스트 결과를 발표했으며,[200][201] 2013년 7월 현재에도 새로운 잠재적 규정을 뒷받침하는 데이터를 수집하고 있습니다. 소비자 행동에 어떠한 변화도 권고하지 않았습니다.[202]

권장되는 소비자 보고서:

  1. EPA 및 FDA가 식품 생산에서 비소 함유 비료, 의약품 및 살충제를 제거할 것.
  2. FDA가 식품에 대한 법적 한도를 설정할 것.
  3. 그 산업은 특히 어린이를 위한 식품에서 비소 수치를 낮추기 위해 생산 관행을 바꿉니다.
  4. 소비자들이 가정용 상수도를 테스트하고, 다양한 식단을 섭취하고, 여분의 물로 밥을 지은 다음, 그것을 빼냅니다(비타민 함량이 약간 감소하면서 무기 비소를 약 1/3 감소시킵니다).[198]
  5. 증거에 기초한 공중 보건 옹호자들은 또한 미국에서 비소에 대한 규제나 표시가 없는 것을 감안할 때, 어린이들은 일주일에 1.5인분 이하의 쌀을 먹어야 하며 5세 이전에는 매일 식단의 일부로 쌀 우유를 마시지 말아야 한다고 권고합니다.[203] 또한 쌀, 식수 및 과일 주스의 비소 노출을 제한하는 방법에 대해 성인과 유아에게 권장합니다.[203]

2014년 세계보건기구(WHO) 자문회의에서는 쌀의 경우 200~300ppb의 한도를 고려할 예정이었습니다.[198]

쌀의 비소함량 감소

영양성분을[204] 보존하면서 비소 제거율을 극대화하기 위한 개선된 밥 짓는 방법

2020년에 과학자들은 비소 함량을 줄이고 영양소를 보존하는 능력에 대해 의 여러 준비 절차를 평가하여 파보링 및 수분 흡수를 포함하는 절차를 권장했습니다.[205][204][206]

직업적 노출한도

나라 한계[207]
아르헨티나 확인된 인체 발암물질
호주. TWA 0.05mg/m3 – 발암물질
벨기에 TWA 0.1 mg/m3 – 발암물질
불가리아 확인된 인체 발암물질
캐나다 TWA 0.01 mg/m3
콜롬비아 확인된 인체 발암물질
덴마크 TWA 0.01 mg/m3
핀란드 발암물질
이집트 TWA 0.2 mg/m3
헝가리 천장농도 0.01mg/m3 – 피부, 발암물질
인디아 TWA 0.2 mg/m3
일본 1군 발암물질
조던 확인된 인체 발암물질
멕시코 TWA 0.2 mg/m3
뉴질랜드 TWA 0.05mg/m3 – 발암물질
노르웨이 TWA 0.02 mg/m3
필리핀 TWA 0.5 mg/m3
폴란드 TWA 0.01 mg/m3
싱가포르 확인된 인체 발암물질
대한민국. TWA 0.01 mg/m3[208][209]
스웨덴 TWA 0.01 mg/m3
태국. TWA 0.5 mg/m3
튀르키예 TWA 0.5 mg/m3
영국 TWA 0.1 mg/m3
미국 TWA 0.01 mg/m3
베트남 확인된 인체 발암물질

생태독성

비소는 많은 유기체, 특히 해양 종에 생물적으로 축적되지만 먹이 그물에서는 생물적으로 크게 확대되지 않는 것으로 보입니다.[210] 오염된 지역에서 식물 성장은 인산 유사체인 비산염의 뿌리 흡수에 의해 영향을 받을 수 있으며 따라서 식물 조직과 세포로 쉽게 운반됩니다. 오염된 지역에서는 더 독성이 강한 아비산염(특히 환원 조건에서 더 많이 발견됨)이 배수가 잘 되지 않는 토양에서 흡수될 가능성이 높습니다.

동물 독성

컴파운드 애니멀 LD50 경로
비소 쥐. 763mg/kg 오랄
비소 마우스 145mg/kg 오랄
비산염칼슘 쥐. 20mg/kg 오랄
비산염칼슘 마우스 794mg/kg 오랄
비산염칼슘 토끼 50mg/kg 오랄
비산염칼슘 38mg/kg 오랄
비소납 토끼 75mg/kg 오랄
컴파운드 애니멀 LD50[211] 경로
삼산화 비소(As(III)) 마우스 26mg/kg 오랄
비소(As(III)) 마우스 8mg/kg
비산염(As(V)) 마우스 21mg/kg
MMA (As(Ⅲ)) 햄스터 2mg/kg ip
MMA (As(V)) 마우스 916mg/kg 오랄
DMA(As(V)) 마우스 648mg/kg 오랄
im = 근육 주사를 맞았습니다.

ip = 복강내 투여

생물학적 메커니즘

비소의 독성은 티올에 대한 비소(III) 산화물의 친화성에서 비롯됩니다. 시스테인 잔기와 리포산조효소 A와 같은 보조인자의 형태를 갖는 티올은 많은 중요한 효소의 활성 부위에 위치합니다.[9]

비소는 여러 메커니즘을 통해 ATP 생성을 방해합니다. 시트르산 회로 수준에서 비소는 피루브산 탈수소효소의 보조인자인 리포산을 억제합니다. 인산염과 경쟁함으로써 비산염은 산화적 인산화를 풀어서 NAD+, 미토콘드리아 호흡 및 ATP 합성의 에너지 연결 감소를 억제합니다. 과산화수소 생산도 증가하는데, 이는 활성 산소종과 산화 스트레스를 형성할 가능성이 있다고 추측됩니다. 이러한 대사 간섭은 다중 시스템 장기 부전으로 사망에 이릅니다. 장기 부전은 세포 사멸이 일어나기에는 에너지 비축량이 너무 고갈되었기 때문에 세포 사멸이 아닌 괴사 세포 사멸로 추정됩니다.[211]

노출 위험 및 교정 조치

목재 보존, 유리 생산, 비철 금속 합금 및 전자 반도체 제조와 같은 무기 비소 및 그 화합물의 사용과 관련된 산업에 종사하는 사람에게 직업적 노출 및 비소 중독이 발생할 수 있습니다. 무기 비소는 제련소 산업과 관련된 코크스 오븐 배출에서도 발견됩니다.[212]

As(III)와 As(V) 사이의 전환은 비소 환경 오염의 큰 요인입니다. Croal, Gralnick, Malasarn 및 Newman에 따르면, As(III) 산화 및/또는 제한 As(V) 환원을 자극하는 것이 오염된 장소(Croal)의 생물학적 정화와 관련이 있습니다. 화학적 독립영양 As(III) 산화제 및 종속영양 As(V) 환원제에 대한 연구는 비소의 산화 및/또는 환원에 대한 이해를 도울 수 있습니다.[213]

치료

만성 비소 중독 치료가 가능합니다. 영국산 항레위사이트(dimercaprol)는 첫날은 4시간마다 300mg, 둘째 날은 6시간마다, 마지막으로 8일 동안 8시간마다 5mg/kg의 용량으로 처방됩니다.[214] 그러나 미국 독성 물질 질병 등록국(ATSDR)은 비소 노출의 장기적인 영향은 예측할 수 없다고 밝혔습니다.[123] 혈액, 소변, 머리카락 및 손톱에서 비소 검사를 받을 수 있지만 이러한 검사는 노출로 인해 발생할 수 있는 건강 결과를 예측할 수 없습니다.[123] 소변을 통한 장기간 노출과 그에 따른 배설은 간, 전립선, 피부, 폐, 비강의 암 이외에도 방광암, 신장암과 관련이 있습니다.[215]

참고 항목

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