Что нужно знать о ПФАВ и их анализе? Часть 1

Пер- и полифторалкильные вещества (ПФАВ) — это почти 5 тысяч соединений антропогенного происхождения, которые ежедневно загрязняют окружающую среду и организм человека. В этой части статьи мы расскажем о том, чем опасны ПФАВ, как именно они влияют на экологию и какие аналитические методы наиболее эффективны для определения этих веществ. 

Если быть точными, по состоянию на сегодня известно 4730 соединений, которые объединены в группу пер- и полифторалкильных веществ (ПФАВ). Эти соединения имеют не природное происхождение, а это значит, что глобальное загрязнение окружающей среды ими является исключительно антропогенным, то есть, результатом деятельности человека. Это «вечные» химические вещества, которые крайне устойчивы как в окружающей среде, так и в организме человека.

Общая структура пер- и полифторалкильных веществ (ПФАВ)

ПФАВ — это органические соединения с цепочками углерода, в которых водород замещен фтором. Связь углерод-фтор очень прочная, что делает их практически неразрушимыми. Особая молекулярная структура (гидро- и липофобная цепочка и гидрофильная головка) обеспечивает им специфические характеристики.

Существуют полимеры и неполимеры. Типичными полимерами являются фторполимеры, флуорированные полимеры с боковой цепочкой и перфторполиэфиры. Типичными неполимерами являются перфторалкиловые кислоты (ПФАК), перфторалкановые сульфонилфториды (ПФСФ), перфторалкил йодиды (ПФЙ) и производные на основе пер — и полифтор алкилового эфира (ПФАЭ). Из них самыми изученными и наиболее часто производимыми являются перфтороктановая кислота (ПФО) и перфтороктансульфоновая кислота (ПФОС).

Обычно этот класс веществ используется при производстве:

• текстиля и текстильных покрытий, например, чехлов для сидений, ковров, верхней одежды;
• пенных огнетушителей;
• упаковки для пищевых продуктов, например, коробок для пиццы, бумажных стаканчиков;
• бумажной упаковки;
• волокон;
• кухонной посуды;
• некоторых строительных материалов, например, водостойких лаков;
• ряда других потребительских товаров, в частности, мебели, полировальных и чистящих средств и кремов.

Как ПФАC проникают в окружающую среду и в организм человека?

Пер — и полифторалкильные вещества (ПФАC) производятся уже более 80 лет, но их воздействие на здоровье долгое время не изучалось. В сентябре 2020 года Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA) опубликовало очередную оценку рисков для здоровья, связанную с наличием ПФАВ в продуктах питания. Это первое экспертное заключение EFSA, в котором, помимо ПФО и ПФОС, в окончательную версию отчета были включены также и ПФАВ.

ПФАВ попадают в окружающую среду различными путями. Например, отработанный воздух из промышленных источников может содержать ПФАВ и, таким образом, рассеиваться в близлежащих грунтах и на водных объектах. Дождь и снег могут в конечном итоге перенести их из воздуха в почву и поверхностные воды. Дальнейшее накопление частиц может привести к их перемещению на большие расстояния по воздуху. Таким образом, ПФАВ иногда обнаруживаются вдали от промышленных производственных площадок и районов проживания людей от Берингова моря до Арктики. Из-за испарения продуктов (испарения с ковров или домашнего текстиля, обработанного грунтоотталкивающими агентами) или из гидроизоляционных спреев, — воздух в помещении также может оказаться загрязненным.

Почвы также могут подвергнуться загрязнению, например, пеной для пожаротушения. В дальнейшем ПФАВ поглощаются животными в виде растительной пищи, которая произрастает на загрязненных почвах, и попадают в пищевую цепочку человека. Следовательно, люди поглощают ПФАВ из окружающей среды через пищу, воду или воздух.

Эти «вечные химикаты» также попадают в очистные сооружения сточных вод из бытовых источников. Затем через очищенные сточные воды они попадают в поверхностные водоемы или остаются в осадке сточных вод. Осадок сточных вод, в свою очередь, может использоваться в качестве удобрения в сельском хозяйстве, а затем со временем эти химические вещества в конечном итоге выщелачиваются в грунтовые воды. Оказавшись там, некоторые нестабильные соединения превращаются в стойкие ПФАВ.

Специальная фаза Chromabond® PFAS — новый метод определения ПФАВ

На протяжении многих лет было разработано множество различных ПФАВ. Теперь они часто выявляются в окружающей среде (вода, пища, почва, животные и люди), и все чаще можно заметить последствия их негативного влияния на здоровье людей. Ключевая проблема заключается в том, что существующие и наиболее часто используемые аналитические методы определения ПФАВ ограничены.

Для решения этой задачи была разработана специальная фаза обогащения широкого спектра ПФАВ, которая обеспечивает отличную воспроизводимость и высокие показатели выявления. Это стало возможным благодаря различным взаимодействиям, которые предлагает комбинация сорбентов. Эти взаимодействия рекомендованы руководящими принципами DIN 38407-42, а также EPA 537.1 и 533.

Chromabond® PFAS представляет собой комбинированную фазу на основе полимера, которая содержит слабую анионообменную функцию. Сочетание различных фаз SPE позволяет использовать различные взаимодействия сорбента с анализируемым веществом (диполь-дипольная, ионная, гидрофобная, Н-связь). 

Преимущества Chromabond® PFAS:

• решение для различных классов ПФАВ (выявление более 28 ПФАВ);
• механизмы удержания сорбента в соответствии с руководящими принципами DIN 38407-42, а также EPA 537.1 и 533;
• высокие производительность и показатели восстановления.

Мониторинг и регулирование ПФАВ в украинском и международном законодательстве

Страны ЕС — Германия, Швеция и другие — начали регулировать проблему ПФАВ еще несколько лет назад. Например, Стокгольмская конвенция внесла в 2009 г. перфтороктансульфоновую кислоту (ПФОС), ее соли и ПФОСФ в список стойких органических загрязнителей (СОЗ), а Основополагающая директива по водным ресурсам определила ПФОС как одно из наиболее опасных веществ.  

Многие учреждения по всему миру работают над глобальным мониторингом ПФАВ. Например, руководство по этой теме было разработано в 2015 г. при активном участии Китая, Швейцарии, Канады, Японии, Фиджи, Кении, Уругвая и других стран.

В Украине содержание веществ из группы ПФАВ в промышленной и косметической продукции регулирует ряд законов и нормативных актов. В частности, речь идет о ЗУ “О химической безопасности”, ЗУ №124-VIII от 15.01.2015 “О технических регламентах и оценке соответствия”, а также о Техническом регламенте касательно безопасности химической продукции. 

Почему не все ПФАВ запрещены к использованию

Если ПФАВ так опасны для человека и наносят непоправимый ущерб окружающей среде, то возникает вполне логичный вопрос: почему же они не запрещены? Большинство веществ из этой группы давно запрещены для использования, но есть еще достаточно внушительный список тех, которые все еще применяют в производстве. 

Дело в том, что в состав ПФАВ входит значительное количество различных веществ и соединений, заменить которые по состоянию на сейчас невозможно в производстве ряда важных продуктов. Например, эти химикаты все еще являются незаменимым компонентом пены для тушения масштабных пожаров, их также используют в производстве специальной защитной одежды, ряда медицинских устройств. 

По этой причине под запрет в первую очередь попали ПФАВ, которые были обнаружены в окружающей среде в самых максимальных концентрациях. В производстве их частично заменили другими, менее распространенными веществами из этой группы. Однако ученые и экологи все чаще публикуют доказательства, что все ПФАВ без исключения являются опасными и для окружающей среды, и для человека, нанося непоправимый вред. Поэтому в последние годы в странах Европы и США активно лоббируют вопрос о полном запрете использования пер- и полифторалкильных веществ в производстве. 

В следующей части мы подробней остановимся на ПФАВ в воде и методе твердофазной экстракции этих веществ из питьевой воды.

Ганна Бакал

Спеціаліст департаменту хроматографії та спектроскопії

Спеціалізація: аналітичне обладнання, хроматографія, мас-спектрометрія.