Význam detekce per- a polyfluoroalkylových látek (PFAS)

Per- a polyfluoroalkylové látky (PFAS), často označované jako „věčné chemikálie“, patří díky své mimořádné perzistenci mezi významné kontaminanty životního prostředí. Jejich spolehlivá detekce a stanovení jsou zásadní pro ochranu veřejného zdraví i životního prostředí. Tento článek se věnuje významu analýzy PFAS, současným metodám jejich detekce a stanovení i budoucím směrům v oblasti monitoringu a řešení kontaminace těmito látkami.

PFAS a jejich dopady na zdraví

PFAS představují skupinu syntetických organických sloučenin s rozmanitými strukturami, vlastnostmi a způsoby využití. Navzdory této rozmanitosti obsahují všechny PFAS perfluoroalkylové skupiny, které jsou mimořádně odolné vůči degradaci v životním prostředí i metabolické degradaci [1]. Právě tato vysoká perzistence je jednou z jejich charakteristických vlastností a zároveň důvodem, proč je řešení problematiky PFAS tak náročné.

Dokumentované zdravotní účinky

Současné vědecké poznatky spojují expozici PFAS s řadou nepříznivých účinků na zdraví:

• Účinky na reprodukci, včetně snížené plodnosti a zvýšeného krevního tlaku u těhotných žen [8]
• Účinky na vývoj dětí, jako jsou nízká porodní hmotnost, dřívější nástup puberty a změny chování [8]
• Oslabení funkce imunitního systému, včetně snížené odpovědi na očkování
• Narušení působení přirozených hormonů a funkcí endokrinního systému
• Zvýšené hladiny cholesterolu a vyšší riziko obezity
• Zvýšené riziko několika typů nádorových onemocnění, včetně nádorů prostaty, ledvin, varlat, dutiny ústní a hltanu, mozku a endokrinních orgánů [3]

Studie z roku 2023 spojila kontaminaci vody látkami PFAS s až 33% nárůstem výskytu nádorových onemocnění v postižených oblastech [3]. Výzkumníci porovnali regiony se zvýšenými koncentracemi PFAS s údaji o výskytu nádorových onemocnění z amerického National Cancer Institute a po zohlednění faktorů, jako jsou kouření a obezita, zjistili vyšší výskyt několika typů nádorů.

Perzistence v životním prostředí a kontaminace

Mimořádná perzistence PFAS představuje zásadní problém z hlediska ochrany životního prostředí. PFAS jsou považovány za jedny z nejperzistentnějších organických látek v životním prostředí [7]. To znamená, že i kdyby bylo jejich používání okamžitě ukončeno, stávající kontaminace by nadále ovlivňovala ekosystémy a vodní zdroje po celé generace.

Studie z roku 2023 provedená ve vojenském prostoru využívaném k požárnímu výcviku odhadla, že bez sanačních opatření bude kontaminace PFAS přetrvávat po staletí [7]. Výzkum zjistil, že koncentrace terminálních PFAS stále překračují regulační limity až 2 000krát, a to i několik desetiletí po ukončení používání pěnidel tvořících vodní film (AFFF). Prekurzory přitom v průběhu sledovaného období představovaly přibližně polovinu extrahovatelného organického fluoru (EOF).

Současné metody detekce a stanovení

Standardizované metody EPA

Americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) vyvinula několik standardizovaných metod pro analýzu PFAS, z nichž každá je určena pro specifické aplikace a typy vzorků.

Metoda EPA 533

Metoda EPA 533 se zaměřuje na PFAS s kratšími uhlíkovými řetězci, v rozsahu C4 až C12. Metoda byla zveřejněna v prosinci 2019, doplňuje metodu 537.1 a má několik důležitých vlastností:

• Využívá kvantifikaci metodou izotopového zřeďování s izotopově značenými vnitřními standardy přidávanými před extrakcí, což snižuje celkovou nejistotu stanovení.
• Využívá SPE patrony se slabým aniontoměničem, na rozdíl od polystyren-divinylbenzenu používaného v metodě 537.1
• Umožňuje analyzovat 25 sloučenin PFAS, včetně dalších PFAS s krátkým řetězcem, které nebyly součástí metody 537.1
• Umožňuje delší dobu uchovávání vzorků: 28 dní do extrakce a dalších 28 dní do analýzy, oproti 14 dnům do extrakce u metody 537.1
• Jako konzervační činidlo používá octan amonný, zatímco metoda 537.1 využívá pufr Trizma® [1]

Metoda EPA 537/537.1

Metoda EPA 537 byla poprvé zveřejněna v roce 2009 pro stanovení 14 PFAS v pitné vodě [6]. V roce 2018 byla aktualizována na metodu 537.1, která byla následně v roce 2020 redakčně upravena:

• Využívá extrakci na pevné fázi (SPE) a kapalinovou chromatografii s tandemovou hmotnostní spektrometrií (LC-MS/MS)
• Metoda 537.1 rozšířila počet stanovovaných látek na 18 PFAS, včetně HFPO-DA, jedné ze složek technologie GenX
• Pro extrakci využívá sorbent na bázi styren-divinylbenzenu (SDVB)
• Vzorky musí být extrahovány do 14 dnů a extrakty analyzovány do 28 dnů
• K eluci analytů se používá methanol. Extrakt se následně upravuje na konečné složení methanol:voda 96:4 [1]

Metody 533 a 537.1 společně umožňují stanovit celkem 29 různých sloučenin PFAS v pitné vodě a jsou schváleny pro monitoring v rámci pátého pravidla pro monitorování neregulovaných kontaminantů (UCMR 5) a předpisu PFAS National Primary Drinking Water Regulation [1] [3].

Metoda EPA 1633

Metoda EPA 1633, zveřejněná v roce 2024, představuje významný pokrok v analýze PFAS:

• Byla vyvinuta pro analýzu 40 sloučenin PFAS v různých matricích, včetně povrchových a podzemních vod, odpadních vod, půdy, biologických kalů, sedimentů, průsakových vod ze skládek a rybí tkáně
• Rozšiřuje možnosti analýzy nad rámec pitné vody, na kterou jsou zaměřeny metody 533 a 537.1
• Poskytuje standardizovaný postup, který může nahradit modifikované metody původně určené pro pitnou vodu, například upravenou metodu EPA 537, dříve používané pro jiné typy matric [1]

Konvenční analytické techniky

Zlatým standardem analýzy PFAS jsou chromatografické techniky ve spojení s hmotnostní spektrometrií:

• Kapalinová chromatografie s tandemovou hmotnostní spektrometrií (LC-MS/MS) je nejčastěji používanou metodou pro analýzu PFAS a nabízí vysokou citlivost a selektivitu [1]
• Hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením (HRMS) umožňuje rychlou detekci a identifikaci jednotlivých PFAS při velmi nízkých koncentracích [5]

Tyto techniky umožňují detekovat PFAS na úrovni ppt (10⁻¹²), což je zásadní vzhledem k velmi nízkým koncentracím, při nichž mohou být PFAS spojovány s nepříznivými zdravotními účinky [1]. Vyžadují však sofistikované přístrojové vybavení, specializované odborné znalosti a značné finanční prostředky, a proto nejsou v mnoha regionech, zejména v rozvojových zemích, snadno dostupné.

Nové technologie pro detekci PFAS

V současnosti se vyvíjí několik inovativních přístupů, jejichž cílem je překonat omezení konvenčních analytických metod:

• Elektrochemické biosenzory využívající modifikované elektrody vykazují potenciál pro selektivní detekci PFAS s nízkými mezemi detekce [2]
• Povrchově zesílená Ramanova spektroskopie (SERS) využívá kovové nanočástice a lze ji využít jako přenosnou metodu pro analýzu přímo na místě [1]
• Molekulárně vtištěné polymery (MIP) nabízejí tepelnou a fyzikální stabilitu, možnost opakovaného použití a nízké náklady na syntézu materiálů určených k detekci PFAS [6]

Cílem těchto nových technologií je nabídnout dostupnější, v terénu použitelné a ekonomicky výhodnější alternativy k tradičním laboratorním metodám.

Výzvy spojené s detekcí PFAS

Analytické výzvy

Analýza PFAS přináší několik technických problémů:

• Všudypřítomnost PFAS v laboratorním vybavení a příslušenství může při měření na úrovni ppt způsobovat kontaminaci pozadí [1]
• Řada součástí kapalinových chromatografů, hmotnostních spektrometrů a systémů pro extrakci na pevné fázi obsahuje materiály, ze kterých se mohou uvolňovat sloučeniny PFAS [9]
• Vzhledem k existenci tisíců různých PFAS je jejich komplexní analýza obtížná, protože analytické standardy jsou dostupné pouze pro malou část těchto sloučenin [1]
• Složité matrice, jako jsou potraviny a environmentální vzorky, vyžadují náročnější postupy přípravy vzorků

Globální rozdíly v analytických možnostech

Dostupnost technologií pro analýzu PFAS se v jednotlivých částech světa výrazně liší:

• Mnoho rozvojových regionů, zejména v Africe, nemá dostatečně vybavené laboratoře s přístroji potřebnými pro detekci a stanovení PFAS
• V těchto regionech často chybí kvalifikovaní odborníci se zkušenostmi s analýzou PFAS
• Vysoké náklady na pořízení a údržbu sofistikovaných analytických přístrojů představují významnou překážku pro rozsáhlejší monitoring PFAS v oblastech s omezenými zdroji [1]
• Pozornost a finanční prostředky jsou často směřovány k naléhavějším problémům, jako jsou infekční onemocnění, chudoba a potravinová bezpečnost, namísto k environmentálním kontaminantům, mezi které patří také PFAS

Regulační rámec a plnění požadavků

Regulační rámec pro PFAS se po celém světě rychle vyvíjí:

• EPA v září 2024 finalizovala ustanovení § 8(a)(7) amerického zákona Toxic Substances Control Act, které výrobcům a dovozcům ukládá povinnost podávat informace o používání PFAS od roku 2011 [10]
• Elektronické vykazování údajů o PFAS mělo být zahájeno 11. července 2025, přičemž konečné termíny pro podání hlášení připadají na rok 2026
• Společnosti musí předkládat podrobné informace, včetně chemické identity látek, objemů výroby, jejich použití v průmyslových a spotřebitelských výrobcích, expozice pracovníků a způsobů likvidace [10]

Tyto předpisy zvyšují poptávku po účinnějších a dostupnějších metodách analýzy PFAS, které umožní zajistit plnění regulačních požadavků a ochranu veřejného zdraví.

Budoucí směry v analýze PFAS

Technologický pokrok

Budoucnost analýzy PFAS spočívá ve vývoji dostupnějších, citlivějších a komplexnějších metod:

• Metody necíleného screeningu, které umožňují identifikovat neznámé PFAS bez potřeby analytického standardu pro každou konkrétní sloučeninu
• Metody analýzy celkového fluoru, jako je stanovení adsorbovatelného organického fluoru (AOF) nebo test celkových oxidovatelných prekurzorů (TOP assay), umožňují kvantifikovat fluor přítomný ve vzorku [1]
• Přenosné senzory a technologie použitelné v terénu, které umožňují monitoring přímo v místě odběru a rychlou reakci na případy kontaminace
• Řešení využívající umělou inteligenci, která mohou zlepšit analýzu a interpretaci dat u komplexních směsí PFAS

Spolupráce a koordinovaný přístup

Řešení globálního problému kontaminace PFAS vyžaduje koordinované úsilí:

• Mezinárodní partnerství mezi výzkumnými týmy v rozvinutých a rozvojových regionech zaměřená na předávání odborných znalostí a budování analytických kapacit
• Standardizaci analytických metod, která zajistí konzistentnost a porovnatelnost výsledků mezi různými laboratořemi a regiony
• Otevřené sdílení dat a mezinárodní spolupráci umožňující využít společné znalosti a zdroje
• Začlenění monitoringu PFAS do širších systémů sledování stavu životního prostředí a veřejného zdraví

Závěr

Detekce a stanovení PFAS nejsou pouze technickou výzvou, ale také důležitou součástí ochrany veřejného zdraví a životního prostředí [1]. Vzhledem k mimořádné perzistenci těchto „věčných chemikálií“ nabývá vývoj účinných, dostupných a komplexních analytických metod stále většího významu. Pokrok v analytických technologiích, posilování regulačních rámců a rozvoj mezinárodní spolupráce mohou přispět k lepšímu pochopení, monitorování a postupnému zmírňování dopadů kontaminace PFAS.

Standardizované metody EPA 533, 537.1 a 1633 představují zásadní nástroje pro monitoring PFAS v různých environmentálních matricích. Pro pokrytí celého spektra PFAS a zlepšení globální dostupnosti jejich analýzy je však zapotřebí další vývoj a inovace [1] [6]. Další postup vyžaduje dlouhodobé investice do výzkumu a vývoje, budování analytických kapacit v regionech s omezenými zdroji a důraz na environmentální spravedlnost, která zajistí všem komunitám přístup k nástrojům a informacím potřebným k ochraně před expozicí PFAS. Pouze komplexní přístup může pomoci řešit složité problémy spojené s těmito perzistentními kontaminanty.

Přečtěte si také další díly naší série o kontaminantech životního prostředí, které se věnují perzistentním organickým polutantům (POPs), polycyklickým aromatickým uhlovodíkům (PAHs), polotěkavým organickým sloučeninám (SVOCs) a polychlorovaným bifenylům (PCBs).