Пер- и полифтороалкильные вещества (PFAS) и их кислотность
Пер- и полифтороалкильные вещества (PFAS) получили прозвище «вечные химикаты» из-за своей устойчивости в окружающей среде, в том числе благодаря кислотности. Многие из этих токсичных химикатов обладают высокой кислотностью, что означает, что они легко отдают протоны и приобретают отрицательный заряд. Это позволяет им легче растворяться и распространяться в воде.
Новые исследования
Недавно проведённое исследование показало, что некоторые PFAS даже более кислые, чем считалось ранее. Это открытие имеет решающее значение для прогнозирования мобильности этих веществ в окружающей среде и их потенциального воздействия на здоровье человека.
Методика исследования
Исследование проводилось командой под руководством Университета Буффало. Учёные разработали новый экспериментальный метод для определения константы кислотной диссоциации (pKa) 10 типов PFAS и трёх их распространённых продуктов распада.
Результаты
Результаты исследования были опубликованы в журнале Environmental Science & Technology Letters. Измерения pKa для этих химических веществ оказались в основном ниже, а в некоторых случаях значительно ниже, чем сообщалось в экспериментальных исследованиях и прогнозировалось моделями вычислительной химии.
В одном случае pKa для GenX, заменителя перфтороктановой кислоты (PFOA) в производстве тефлона, оказалась примерно в тысячу раз ниже, чем указано в предыдущем исследовании.
Значение результатов
Результаты исследования показывают, что предыдущие измерения недооценивали кислотность PFAS. Это означает, что их способность сохраняться и распространяться в окружающей среде была неправильно оценена. Более точные измерения pKa помогают понять поведение PFAS в окружающей среде.
Метод исследования
Команда использовала ядерный магнитный резонанс (ЯМР) для измерения pKa. ЯМР помещает образец в сильное магнитное поле и исследует его атомные ядра с помощью радиоволн. Когда голова группы PFAS заряжена отрицательно, соседние атомы фтора реагируют с другой частотой. Чтение этих сигнатур на уровне атомов позволяет исследователям определить, заряжена ли молекула PFAS или нет.
Выводы
Этот уникальный метод измерения позволяет учёным учитывать потери PFAS на стекле или другие адсорбционные свойства, так что измерения pKa не оказываются слишком неточными. Результаты исследования могут быть использованы для разработки более точных методов прогнозирования pKa для новых PFAS-загрязнителей.
Наиболее трудно поддающийся измерению PFAS — PFOA
Команда обнаружила, что pKa для PFOA составляет –0,27, что означает, что она будет иметь отрицательный заряд практически при любом реалистичном уровне pH. Предыдущие экспериментальные исследования измеряли её pKa на уровне до 3,8 и чаще всего около 1. Вычислительные методы COSMO-RS и OPERA определили её pKa на уровне 0,24 и 0,34 соответственно.
Трифторуксусная кислота (ТФУ) — новый PFAS, который всё чаще обнаруживается в водах по всему миру и, вероятно, переносится через атмосферу и осаждается дождём — оказалась гораздо более кислой, чем сообщалось ранее, с pKa около 0,03. Более ранние оценки составляли от 0,30 до 1,1.
Команда определила значения pKa для нескольких новых PFAS, таких как 5:3 фтортеломерная карбоновая кислота (5:3 ФТКА) и эфиры PFAS, такие как НФДГА и ПФМПА, которые являются новыми PFAS, но также могут создавать проблемы для регулирующих органов из-за их воздействия на здоровье.