PFAS har fått namnet "för evigt kemikalier" med goda skäl - de konstgjorda föreningarna, som kan ta tusentals år att brytas ned och som finns i allt från fettbeständiga livsmedelsförpackningar till vattenavvisande kläder, har tagit sig in i nästan hälften av USA:s kranvattenförsörjning.
Nu, i en studie som presenteras i Journal of Hazardous Materials , New Jersey Institute of Technologys kemister har demonstrerat en ny labbbaserad metod för att upptäcka spår av PFAS från livsmedelsförpackningsmaterial, vatten och jordprover på bara tre minuter eller mindre.
Forskare säger att deras tillvägagångssätt avsevärt skulle kunna påskynda ansträngningarna för att studera och ta itu med bioackumuleringen av PFAS i miljön, inklusive mer än 2 miljarder USD i EPA-bidragsfinansiering från president Bidens Bipartisan Infrastructure Law för stater att utföra testning och behandling av vattenkvalitet för de framväxande föroreningarna.
"Det finns tusentals olika arter av PFAS, men vi har ännu inte förstått omfattningen av deras spridning i vår miljö eftersom de nuvarande testmetoderna är kostsamma och tidskrävande, och tar timmar för provberedning och analys i vissa fall," sa Hao Chen, studiens motsvarande författare och NJIT kemiprofessor. "Vad vår studie visar är en mycket snabbare, känslig och mångsidig metod som kan övervaka vårt dricksvatten, mark och konsumentprodukter för kontaminering på några minuter."
Chen och kollegor säger att den nya metoden – som involverar en joniseringsteknik för att analysera den molekylära sammansättningen av provmaterial som kallas pappersspraymasspektrometri (PS-MS) – är 10–100 gånger känsligare än den nuvarande standardtekniken för PFAS-testning, vätskekromatografi/ masspektrometri.
"PFAS kan joniseras och snabbt detekteras av en högupplöst masspektrometer, vilket ger en tydlig bild av varje PFAS-art som finns och graden av kontaminering ner till en nivå av delar per biljon (ppt)", förklarade Chen.
"För mer komplexa matriser som jord har vi använt en relaterad metod som kallas avsaltning av pappersspraymasspektrometri (DPS-MS) som tvättar bort salter som normalt undertrycker jonsignalen från PFAS. Tillsammans förbättrar de avsevärt vår förmåga att upptäcka dessa föreningar. ."
"Vår detektionsgräns för PFAS är ungefär 1 ppt. För sammanhanget har denna mängd liknats vid en droppe vatten i 20 simbassänger av olympisk storlek," tillade Md. Tanim-Al Hassan, tidningens första författare och Ph.D. kemistudent vid NJIT.
I tester kunde teamet upptäcka PFAS på en minut eller mindre genom att analysera bitar av olika livsmedelsförpackningsmaterial direkt, inklusive mikrovågspopcornpapper, snabbnudlaskar, samt frityr- och hamburgerförpackningar från två multinationella snabbmatsrestaurangskedjor.
Analysen avslöjade spår av 11 olika PFAS-molekyler – inklusive vanliga typer som har kopplats till ökad cancerrisk och immunsystemsdämpning, såsom PFOA (perfluoroktansyra) och PFOS (perfluoroktansulfonsyra).
I sin vattenanalys upptäckte teamet spår av PFOA i prover av lokalt kranvatten på mindre än två minuter, samtidigt som de inte hittade några spår av PFAS i prover som tagits från universitetets filtrerade fontänvatten.
"EPA har redan föreslagit att fastställa maximala föroreningsnivåer (MCL) för sex PFAS i dricksvatten över hela landet, och PFOA och PFOS är bland dem", säger Mengyan Li, studiemedförfattare och NJIT-docent i miljövetenskap. "Denna analysmetod skulle kunna underlätta mer intensiva screeningar för giftigt PFAS som kan behövas under ett sådant förslag för att skydda säkerheten för vår vattenförsörjning."
Med hjälp av DPS-MS identifierade teamet också två arter av PFAS från så lite som 40 mg jord på under tre minuter.
Redan nu testas teamets snabba detekteringsmetod för användning tillsammans med banbrytande tekniker för sanering av PFAS som utvecklas vid NJIT:s BioSMART Center.
"Anmärkningsvärt nog, i vårt labb kunde vi koppla denna analysmetod till en ny nedbrytningskatalysator, som bryter ned 98,7% av PFAS i dricksvattenprover inom tre timmar", säger Wunmi Sadik, medförfattare till studien och ordförande för NJIT:s avdelning för kemi och miljövetenskap.
"Detta arbete kan ha en nationell påverkan, men den omedelbara effekten kommer att märkas i det nordöstra området. Ungefär 10 % av 9,2 miljoner New Jerseybor har höga halter av perfluoroktansyra i sitt dricksvatten jämfört med det nationella genomsnittet på 1,9 %."
Chen säger att framsteg också kan ha en snabb inverkan på övervakningen av konsumentprodukter, från kosmetika och medicin till färska och bearbetade livsmedel. Teamet planerar att demonstrera metodens förmåga även för luftövervakning.
"På kort sikt kan detta vara extremt användbart för att säkerställa livsmedelsprodukters säkerhet ... det kan göra det möjligt att till exempel övervaka jordbruksprodukter mer effektivt för PFAS-kontamination," förklarade Chen. "Vår metod kan också främja studiet av luftburet PFAS på ett liknande sätt som vi har visat i den här studien, vilket ytterligare skulle hjälpa oss att ta itu med denna utbredda miljöfråga."
Mer information: Md. Tanim-Al Hassan et al, Snabb detektering av per- och polyfluoralkylsubstanser (PFAS) med pappersspraybaserad masspektrometri, Journal of Hazardous Materials (2024). DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.133366
Journalinformation: Journal of Hazardous Materials
Tillhandahålls av New Jersey Institute of Technology
