Найден способ обнаруживать «вечные химикаты» за 3 минуты
Термин «вечные химикаты» — разговорное название веществ, для краткости обозначаемых международной аббревиатурой PFAS. Им свойственно постепенно накапливаться в воде и почве, так как из-за очень прочных связей между атомами углерода и фтора они практически не разлагаются.
То есть человечество на пути своего прогресса столкнулось с искусственными соединениями, распад которых может занять тысячи лет. А эти PFAS содержатся в очень многих видах промышленной продукции, от жиростойкой упаковки пищевых продуктов до одежды с водоотталкивающей пропиткой. В США уже выяснили, что «вечные вещества» попали почти в половину источников водопроводной воды.
Химики Технологического института Нью-Джерси (NJIT) провели обнадёживающее исследование. Его результаты опубликовали в Journal of Hazardous Materials («Журнале опасных материалов»). Учёные описали новый экспресс-метод обнаружения следов PFAS в упаковочных материалах для пищевых продуктов, воде и образцах почвы всего за три минуты или даже быстрее.
Профессор химии NJIT Хао Чен сказал, что существуют тысячи различных видов PFAS. Поэтому возникла необходимость как можно проще и дешевле понять степень их присутствия в окружающей среде. Современные методы тестирования и дорогие, и занимают много времени. Так, в некоторых случаях на подготовку образцов и их последующий анализ уходят часы.
Новый метод включает ионизацию, то есть выделение ионов, для анализа молекулярного состава образцов материалов. Этот способ масс-спектрометрии с распылением на бумаге (PS-MS) чувствительнее в 10–100 раз, чем традиционный стандартный метод выявления PFAS, где применяется сочетание жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии.
У масс-спектрометрии несколько синонимов: масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектральный анализ, масс-спектрометрический анализ, МС. В общем, это технология исследования и идентификации веществ, который позволяет позволяющий определять концентрацию различных компонентов. Суть в том, что под воздействием естественных сил искажается траектория заряженной частицы, движущейся в магнитном поле. Определив разницу траекторий ионизированных атомов, можно судить о соотношении массы и заряда иона. Типичный масс-спектрометр состоит из ионизатора вещества, ускорителя ионов, источника мощного магнитного поля и набора детекторов потока ионов.
В свою очередь, упомянутая жидкостная хроматография (ЖХ) — это метод разделения и анализа сложных смесей на основе жидкости. В итоге на поверхности анализируемого раствора собираются молекулы разделённых веществ. Детекторы для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) бывают пяти типов, включая, например, ультрафиолетовый.
Но вернёмся к изобретению химиков из NJIT. Для более сложных случаев, например, анализа почвы, исследователи применили вариант нового метода — масс-спектрометрию распыления на обессоливающей бумаги (DPS-MS). При таком подходе из образца вещества вымывает соли, которые обычно подавляют ионный сигнал PFAS.
Аспирант-химик Таним-Аль Хассан пояснил, что они с товарищами достигли предела обнаружения PFAS примерно в одну триллионную. То есть речь идёт о примеси в виде 10 в минус 12-й степени. Проще говоря, выявляемое количество можно сравнить с каплей воды в 20 бассейнах для олимпийских соревнований.
В ходе проверок учёные смогли обнаружить PFAS за одну минуту и даже быстрее, анализируя кусочки различных упаковочных материалов, например, бумагу для приготовления попкорна в микроволновке, кусок коробки из-под лапши быстрого приготовления, упаковку для бургеров из двух разных заведений быстрого питания.
Анализ выявил следы 11 различных молекул PFAS, включая связанные с риском развития рака и подавлением иммунной системы: PFOA (перфтороктановая кислота) и PFOS (перфтороктансульфоновая кислота).
При анализе также нашли следы PFOA в водопроводной воде менее чем за две минуты. Кстати, в образцах отфильтрованной воды из университетского питьевого фонтанчика следов PFAS не обнаружили. Используя DPS-MS, химики также идентифицировали два вида PFAS из всего лишь 40 мг почвы менее чем за три минуты.
Уже сейчас изобретённый экспресс-метод тестируются для использования наряду с передовыми методами разрушения PFAS, которые также разрабатывают в NJIT. Завкафедрой химии Вунми Садик рассказал, что им в лаборатории удалось совместить новый метод анализа с инновационным катализатором разложения, который разделяет на элементы 98,7% PFAS в образцах питьевой воды в течение трёх часов.
Ожидается, что сочетание достижений благотворно повлияет на всю страну. В особенности хотят добиться скорейшего эффекта на Северо-Востоке США. Там ситуация тревожная: 10% из 9,2 млн жителей Нью-Джерси пьют воду с высоким содержанием PFOA, хотя в среднем по стране с этим угрожающим фактором сталкиваются в быту «всего лишь» 1,9% населения.
Профессор Хао Чен сказал, что достижение поможет быстрому мониторингу товаров повседневного спроса, от косметики и лекарств до продуктов питания. Также в планах у химиков NJIT — испытать новый быстрый метод для мониторинга воздуха.
Стимулы для научной работы существенные. На решение проблемы с PFAS в окружающей среде правительство страны выделило гранты на 2 млрд $, так что влиться этот проект было бы вполне почётно и прибыльно.
То есть человечество на пути своего прогресса столкнулось с искусственными соединениями, распад которых может занять тысячи лет. А эти PFAS содержатся в очень многих видах промышленной продукции, от жиростойкой упаковки пищевых продуктов до одежды с водоотталкивающей пропиткой. В США уже выяснили, что «вечные вещества» попали почти в половину источников водопроводной воды.
Химики Технологического института Нью-Джерси (NJIT) провели обнадёживающее исследование. Его результаты опубликовали в Journal of Hazardous Materials («Журнале опасных материалов»). Учёные описали новый экспресс-метод обнаружения следов PFAS в упаковочных материалах для пищевых продуктов, воде и образцах почвы всего за три минуты или даже быстрее.
Профессор химии NJIT Хао Чен сказал, что существуют тысячи различных видов PFAS. Поэтому возникла необходимость как можно проще и дешевле понять степень их присутствия в окружающей среде. Современные методы тестирования и дорогие, и занимают много времени. Так, в некоторых случаях на подготовку образцов и их последующий анализ уходят часы.
Наше исследование продемонстрировало универсальный метод, который позволяет контролировать питьевую воду, почвы и потребительские товары за считанные минуты
— Хао Чен, профессор химии NJIT.
— Хао Чен, профессор химии NJIT.
Новый метод включает ионизацию, то есть выделение ионов, для анализа молекулярного состава образцов материалов. Этот способ масс-спектрометрии с распылением на бумаге (PS-MS) чувствительнее в 10–100 раз, чем традиционный стандартный метод выявления PFAS, где применяется сочетание жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии.
У масс-спектрометрии несколько синонимов: масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектральный анализ, масс-спектрометрический анализ, МС. В общем, это технология исследования и идентификации веществ, который позволяет позволяющий определять концентрацию различных компонентов. Суть в том, что под воздействием естественных сил искажается траектория заряженной частицы, движущейся в магнитном поле. Определив разницу траекторий ионизированных атомов, можно судить о соотношении массы и заряда иона. Типичный масс-спектрометр состоит из ионизатора вещества, ускорителя ионов, источника мощного магнитного поля и набора детекторов потока ионов.
В свою очередь, упомянутая жидкостная хроматография (ЖХ) — это метод разделения и анализа сложных смесей на основе жидкости. В итоге на поверхности анализируемого раствора собираются молекулы разделённых веществ. Детекторы для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) бывают пяти типов, включая, например, ультрафиолетовый.
Но вернёмся к изобретению химиков из NJIT. Для более сложных случаев, например, анализа почвы, исследователи применили вариант нового метода — масс-спектрометрию распыления на обессоливающей бумаги (DPS-MS). При таком подходе из образца вещества вымывает соли, которые обычно подавляют ионный сигнал PFAS.
Аспирант-химик Таним-Аль Хассан пояснил, что они с товарищами достигли предела обнаружения PFAS примерно в одну триллионную. То есть речь идёт о примеси в виде 10 в минус 12-й степени. Проще говоря, выявляемое количество можно сравнить с каплей воды в 20 бассейнах для олимпийских соревнований.
В ходе проверок учёные смогли обнаружить PFAS за одну минуту и даже быстрее, анализируя кусочки различных упаковочных материалов, например, бумагу для приготовления попкорна в микроволновке, кусок коробки из-под лапши быстрого приготовления, упаковку для бургеров из двух разных заведений быстрого питания.
Анализ выявил следы 11 различных молекул PFAS, включая связанные с риском развития рака и подавлением иммунной системы: PFOA (перфтороктановая кислота) и PFOS (перфтороктансульфоновая кислота).
При анализе также нашли следы PFOA в водопроводной воде менее чем за две минуты. Кстати, в образцах отфильтрованной воды из университетского питьевого фонтанчика следов PFAS не обнаружили. Используя DPS-MS, химики также идентифицировали два вида PFAS из всего лишь 40 мг почвы менее чем за три минуты.
Уже сейчас изобретённый экспресс-метод тестируются для использования наряду с передовыми методами разрушения PFAS, которые также разрабатывают в NJIT. Завкафедрой химии Вунми Садик рассказал, что им в лаборатории удалось совместить новый метод анализа с инновационным катализатором разложения, который разделяет на элементы 98,7% PFAS в образцах питьевой воды в течение трёх часов.
Ожидается, что сочетание достижений благотворно повлияет на всю страну. В особенности хотят добиться скорейшего эффекта на Северо-Востоке США. Там ситуация тревожная: 10% из 9,2 млн жителей Нью-Джерси пьют воду с высоким содержанием PFOA, хотя в среднем по стране с этим угрожающим фактором сталкиваются в быту «всего лишь» 1,9% населения.
Профессор Хао Чен сказал, что достижение поможет быстрому мониторингу товаров повседневного спроса, от косметики и лекарств до продуктов питания. Также в планах у химиков NJIT — испытать новый быстрый метод для мониторинга воздуха.
Стимулы для научной работы существенные. На решение проблемы с PFAS в окружающей среде правительство страны выделило гранты на 2 млрд $, так что влиться этот проект было бы вполне почётно и прибыльно.
- Дмитрий Ладыгин
- pexels.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Кто убивает итальянских волков: зоологи были потрясены кадрами с автоматической камеры
Трагический эпизод показал, что некоторые зоологические теории придется кардинально пересмотреть. У серых хищников есть неожиданные враги...
Очередной миф Николая Карамзина полностью развеян российскими археологами
Оказалось, что Иван Грозный не убивал супругу своего младшего брата. Напротив, с княгиней Ульянией Углицкой случалась куда более таинственная и запутанная...
Самая запрещенная русская сказка: почему «Курочку Рябу» не любили ни цари, ни руководители СССР?
Чтобы эту историю можно было рассказывать советским детям, ее сюжет пришлось изменить самым радикальным образом. Но, может быть, это и к лучшему...
Американский «Чернобыль-80»: эта катастрофа едва не изменила всю историю США
Эксперты говорят: лишь счастливая случайность не позволила взорваться заряду в 600 (!) раз мощнее хиросимской бомбы...
80 лет без Звезды Героя: почему офицер, поставивший Знамя Победы, не получил заслуженную награду при жизни?
Только указ Президента России смог исправить одну из самых вопиющих несправедливостей в советской истории...
Гениальное ДНК-«мошенничество»: ученые раскрыли секрет рыбы, которая плевать хотела на главные законы биологии
100 000 лет успешного клонирования: амазонская моллинезия просто... копирует себя. И при этом удивительно успешно ремонтируют поврежденные гены, насмехаясь над...
Почему на Иран обрушился черный дождь и насколько он опасен?
Экологи говорят: агрессивные действия США и Израиля поставили под угрозу здоровье миллионов людей по всей планете...
Каменный топор со дна реки может переписать древнейшую историю Сибири
По словам ученых, получился отличный научный детектив: добыча золота, артефакт бронзового века, забытая цивилизация...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
43 000 черепков открыли тысячелетние тайны Древнего Египта
Почему глиняная библиотека Атрибиса потрясла весь археологический мир?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...