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
Заговор молчания вокруг Тунгусского метеорита: почему мы могли бы вообще не узнать о нем?
Историки рассказали, почему император Николай, правительство и ученые предпочли не увидеть главную космическую сенсацию начала ХХ века...
Потерянный град царя Бориса: как погибла третья русская столица?
Царев-Борисов городок должен был затмить Москву. Почему же все вышло иначе?...
Еще одна загадка Ивана Сусанина: что не так с ДНК народного героя?
Почему этот исторический детектив длиной 400 лет никак не могут распутать ученые?...
140 стрел и пепел раскрыли тайну гибели самого загадочного города Руси, Гнездово
Город не зачах, не был расселен из-за политических разборок, его уничтожили быстро и жестоко...
Стало известно о 9000-летней строительной технологии, которую почти невозможно повторить даже сейчас
Древним секретом активно интересуются сразу две ведущие промышленные организации в Израиле. Интересно, почему?...
Археологи МГУ нашли «тайники» в одном из древнейших «храмов» в России
Поразительно, по словам ученых, как минимум 40 000 лет здесь не прерываются религиозные традиции и обряды...
Почему у самого большого железного метеорита на Земле вообще нет кратера?
Астрофизики говорят: метеорит Хоба в Намибии нарушает все правила природы вот уже 80 000 лет...
Ельцин не должен был победить: кого Горбачев хотел сделать президентом России?
Почему этот план с самого начала был обречен на поражение?...
Пять часов, и свободен! Зачем Сталин хотел сократить рабочий день?
Почему современные эксперты говорят, что это невозможно? И кто, вообще, не дает сократить рабочий день?...
Полтергейстами командует… Солнце? К таким парадоксальным выводам пришел ученый из Иркутска
Странная на первый взгляд гипотеза, как оказалось, основывается на многочисленных фактах...
Почему ваш робот пылесос шпионит за вами, а дрон над дачей — это разведка перед ограблением?
Эксперты рассказали: число преступлений с помощью ИИ выросло на 1210%. И это только начало...
Правительство США рассекретило почти 200 файлов о неопознанных воздушных явлениях
Американские власти и Пентагон признаются: по большинству фактов нет однозначных решений. Почему?...