Forskare från Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hittade stora mängder tidigare odetekterbara föreningar från familjen av kemikalier som kallas PFAS i sex vattendelar på Cape Cod med en ny metod för att kvantifiera och identifiera PFAS-föreningar. Exponering för vissa PFAS, används ofta för sin förmåga att stöta bort värme, vatten, och olja, är kopplade till en rad hälsorisker inklusive cancer, immunförsvar, diabetes, och låg födelsevikt för spädbarn.

Den nya testmetoden avslöjade stora mängder tidigare oupptäckt PFAS från brandhämmande skum och andra okända källor. De totala koncentrationerna av PFAS i dessa vattendelar låg över statens maximala föroreningsnivåer (MCL) för dricksvattensäkerhet.

"Vi utvecklade en metod för att helt fånga och karakterisera all PFAS från brandskyddande skum, som är en viktig källa till PFAS till nedströms dricksvatten och ekosystem, men vi hittade också stora mängder oidentifierade PFAS som inte kan ha härrört från dessa skum, sa Bridger Ruyle, en doktorand vid SEAS och första författare till studien. "Traditionella testmetoder saknar helt dessa okända PFAS."

Forskningen kommer att publiceras i Miljövetenskap och teknik .

PFAS – per- och polyfluoralkylämnen – finns i produkter som sträcker sig från brandhämmande skum till non-stick pannor. Smeknamnet "för evigt kemikalier" på grund av deras långa livslängd, PFAS har byggts upp i miljön sedan de användes första gången på 1950-talet.

Trots de förknippade hälsoriskerna, det finns inga lagligt verkställbara federala gränser för PFAS-kemikalier i dricksvatten. Naturvårdsverkets provisoriska hälsoriktlinjer för allmän vattenförsörjning omfattar endast PFOS och PFOA, två vanliga typer av PFAS. Massachusetts, tillsammans med några andra stater, har gått längre genom att inkludera sex PFAS i sina nya MCL i dricksvatten. Men det finns tusentals PFAS kemiska strukturer kända för att existera, flera hundra av dem har redan upptäckts i miljön.

"Vi testar helt enkelt inte för de flesta PFAS-föreningar, så vi har ingen aning om vad vår totala exponering är för dessa kemikalier och hälsodata förknippade med sådana exponeringar saknas fortfarande, sa Elsie Sunderland, Gordon McKay professor i miljökemi vid SEAS och senior författare till artikeln.

Standardtestmetoderna som används av EPA och statliga tillsynsmyndigheter testar endast för 25 eller färre kända föreningar. Problemet är att den överväldigande majoriteten av PFAS-föreningar är proprietära och tillsynsmyndigheter kan inte hitta det de inte vet existerar.

Den nya metoden som utvecklats av Sunderland och hennes team kan övervinna den barriären och ta hänsyn till alla PFAS i ett prov. CSI:PFAS

PFAS tillverkas genom att kombinera kol och fluoratomer för att bilda en av de starkaste bindningarna inom organisk kemi. Fluor är ett av de vanligaste grundämnena på jorden, men naturligt förekommande organiskt fluor är ytterst sällsynt - produceras endast av ett fåtal giftiga växter i Amazonas och Australien. Därför, alla mängder organofluor som detekteras i miljön är säkerligen gjorda av människor.

PFAS-föreningar som finns i miljön finns i två former:en prekursorform och en terminal form. De flesta av de övervakade PFAS-föreningarna, inklusive PFOS och PFOA, är terminala föreningar, vilket innebär att de inte bryts ned under normala miljöförhållanden. Men prekursorföreningar, som ofta utgör majoriteten av PFAS-kemikalierna i ett prov, kan genom biologiska eller miljömässiga processer omvandlas till terminala former. Så, medan EPA eller statliga myndigheter kan övervaka PFAS-koncentrationer, de upptäcker fortfarande inte mycket av den enorma poolen av PFAS-prekursorer.

Det är där denna nya metod kommer in.

Forskarna mäter först allt organofluor i ett prov. Sedan, använda en annan teknik, de oxiderar prekursorerna i provet och omvandlar dem till sina terminala former, som de sedan kan mäta. Därifrån, teamet utvecklade en metod för statistisk analys för att rekonstruera de ursprungliga prekursorerna, fingeravtryck deras tillverkningsursprung, och mäta deras koncentration i provet.

"Vi gör i huvudsak kemisk kriminalteknik, sa Sunderland.

Med denna metod, Sunderland och hennes team testade sex vattendelar på Cape Cod som en del av ett samarbete med United States Geological Survey och ett forskningscenter finansierat av National Institutes of Health och ledd av University of Rhode Island som fokuserar på källorna, transport, exponering och effekter av PFAS.

Teamet fokuserade på att identifiera PFAS från användningen av brandhämmande skum. Dessa skum, som används flitigt på militärbaser, civila flygplatser, och lokala brandkårer, är en viktig källa till PFAS och har förorenat hundratals offentliga vattenförsörjningar över hela USA.

Forskargruppen tillämpade sina kriminaltekniska metoder på prover som samlades in mellan augusti 2017 och juli 2019 från Childs, Quashnet, Mill Creek, Marstons Mills, Mashpee och Santuit vattendelar på Cape Cod. Under insamlingsprocessen, teammedlemmarna var tvungna att vara försiktiga med vad de hade på sig, eftersom vattentäta redskap är behandlade med PFAS. Teamet hamnade i decennier gamla vadare för att förhindra kontaminering.

Provtagningsplatserna i Childs, Quashnet och Mill Creek vattendelar är nedströms från en källa till PFAS från brandhämmande skum - Quashnet och Childs från The Joint Base Cape Cod militära anläggning och Mill Creek från Barnstable County Fire Training Academy.

Nuvarande tester kan bara identifiera cirka 50 procent av PFAS från historiska skum – produkter som lades ned 2001 på grund av höga halter av PFOS och PFOA – och mindre än 1 procent av PFAS från moderna skum.

Med deras nya metod, Sunderland och hennes team kunde identifiera 100 procent av alla PFAS-föreningar i de typer av brandhämmande skum som använts i decennier vid Joint Base Cape Cod och Barnstable County Fire Training Academy.

"Vår testmetod kunde hitta dessa saknade föreningar som har använts av den kemiska industrin i mer än 40 år, sa Sunderland.

Testerna avslöjade också enorma mängder PFAS från okända källor.

"Vår redovisning av PFAS från brandsläckningsskum kunde inte förklara 37 till 77 procent av den organofluor som vi mätte, ", sa Ruyle. "Detta har enorma konsekvenser för inte bara vår förståelse av mänsklig exponering utan också för hur mycket PFAS som släpps ut i havet och ackumuleras i det marina livet."

För att följa upp dessa fynd, Ruyle arbetar för närvarande med NIH för att identifiera några av hälsoeffekterna av PFAS från samtida brandsläckningsskum med hjälp av toxikologiska studier. Sunderlands team fortsätter att studera det okända PFAS för att bättre identifiera deras källor och potential för ackumulering i rikliga marina näringsnät på Cape Cod.