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
Так что же все-таки убило мамонтов? Новое исследование уверенно ставит галочку в пользу версии о космической катастрофе
Эксперты говорят: удары с неба подожгли разом всю Северную Америку, изменили климат и перевернули ход истории...
Главный охотник за лох-несским чудовищем потряс широкую публику своим заявлением
Никто и не ожидал, что 52 года постоянных поисков завершатся именно так...
Вслепую над морем: новый цифровой российский вертолет спасает людей, даже когда спутники не работают
Эксперты рассказали, что поставили на Ми‑171А3 и почему для России это реальный технологический прорыв...
Случайное открытие поразило ученых: на Памире обнаружен аномальный ледник, который не тает, а, наоборот, растет
Почему исследователи надеются, что в итоге их проект поможет абсолютно всем людям на планете?...
Ученые сильно недооценивали древних охотников: уже 60 000 лет назад они использовали «умный» яд
Почему эксперты говорят, что были не просто отравленные стрелы, а первое в истории высокотехнологичное оружие?...
И разверзлись бездны в небе: Эксперты рассказали, может ли космический холод заморозить Землю
От мамонтов в вечной мерзлоте до «моментального» замерзания городов: что наука реально знает о сверхморозах и при чем здесь полярный вихрь?...
Главная идея фильма «Парк юрского периода», которую наука считала фантастикой, оказалась очень даже реальной
Похоже, ученым придется извиниться перед комарами: кровососы действительно переносят чужие ДНК...
60 лет «Луне-9»: как СССР первым сел на Луну и развеял миф о смертельной лунной пыли
Почему эксперты уверены, что именно решение Королева спасло советскую лунную программу и подстегнуло весь ход мировой космонавтики?...
Секретная вспышка класса X: Что последовало за аномальными северными сияниями в мае 2024-го?
Астрофизики рассказали, почему Земле повезло, и мы «не заметили» взрыва на Солнце, самого мощного с 2003 года...
Минус два мамонта: древние кости 70 лет «водили за нос» сотрудников музея на Аляске
Почему «волосатый слон» на витрине оказался… морским животным? И стоит ли верить подписям в музеях?...
В советских газетах снова нашлось предсказание будущего: Что же на этот раз?
Оказалось, что еще в 1948 году «Московский большевик» написал о планах США захватить Гренландию...