de.wedoany.com-Bericht: Eine Studie der University of Kansas hat die Nachweismethode für PFAS (eine Gruppe von Substanzen, die als „ewige Chemikalien“ bekannt sind) in der Trinkwasserversorgung verbessert. Sie ermöglicht eine schnellere und kostengünstigere Messung von PFAS-Spurenverunreinigungen im Wasser als bestehende Technologien. Die Ergebnisse wurden in der Open-Access-Zeitschrift PLOS Water veröffentlicht.
PFAS-Chemikalien werden seit Jahrzehnten in Produkten wie antihaftbeschichteten Kochgeschirren, feuerfesten und schmutzabweisenden Textilien verwendet. Diese Stoffe sind in der Umwelt und im menschlichen Körper persistent und können Krebs, Probleme des Immunsystems und Entwicklungsstörungen verursachen.
Laut Michael Zhuo Wang, Professor für Pharmazeutische Chemie an der University of Kansas und Mitautor der Studie, handelt es sich bei PFAS um synthetisch hergestellte Chemikalien mit mehrfach oder vollständig fluorierten Kohlenstoffketten. Sie werden industriell zur Herstellung von Produkten wie Teflon, wasserabweisenden Beschichtungen und Feuerlöschschaum verwendet und haben ein breites Anwendungsspektrum. Das Problem besteht darin, dass sie in der Umwelt nur schwer abbaubar sind. Diese Chemikalien wandern durch Boden und Wasser und gelangen schließlich ins Trinkwasser. Der menschliche Körper kann diese Verbindungen ins Blut und in Gewebe aufnehmen, ist aber nicht in der Lage, sie abzubauen, sodass sie sich im Körper anreichern. Einige Studien zeigen, dass ihre Halbwertszeit im Blut fünf bis acht Jahre beträgt. Immer mehr epidemiologische Studien deuten darauf hin, dass sie mit Gesundheitsproblemen in Verbindung stehen könnten, darunter Entwicklungsstörungen und bestimmte Krebsarten. Nierenkrebs und Hodenkrebs bei Männern werden in neueren Studien genannt.
Aufgrund dieser Gesundheitsprobleme drängen US-Gesetzgeber auf eine Verschärfung der Regulierung von PFAS im Trinkwasser. Die aktuellen Vorschriften der US-Umweltschutzbehörde (EPA) legen den Grenzwert für bestimmte PFAS im Trinkwasser auf etwa 4 Billionstel (parts per trillion) fest. Je nach Verbindung liegt der Regulierungsbereich zwischen etwa 4 und 10 Billionstel. Der Zielwert für die maximale Schadstoffbelastung gibt an, dass der Wert idealerweise bei Null liegen sollte.
Um festzustellen, ob PFAS unter dem Wert von 4 Billionstel liegen, benötigen Labore extrem empfindliche Tests, die über die Fähigkeiten konventioneller Labore hinausgehen. Wang erklärte, die größte Herausforderung sei die Empfindlichkeit, also wie man das Niveau von unter einem Billionstel erreicht. PFAS auf diesem niedrigen Niveau nachzuweisen, sei wie die Suche nach einigen Sandkörnern in einem olympischen Schwimmbecken. Das empfindlichste Instrument ist die LC-MS (Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie), aber ohne Probenanreicherung erreicht es nur das Niveau von Milliardstel (parts per billion), was etwa tausendmal höher ist als das Billionstel-Niveau. Die derzeitige EPA-Methode erfordert eine vorherige Anreicherung der Wasserprobe, ein zeitaufwändiger Prozess.
Wang und sein Team – der Doktorand Deepak Timalsina (Erstautor der Studie) und die Mitautorin, die kürzlich promovierte Bhargavi Srija Ramisetty – versuchten, praktischere, wirtschaftlichere und zeitsparendere Methoden zum PFAS-Nachweis zu entwickeln. Sie kombinierten die schnelle Festphasenextraktion (SPE) zur Anreicherung von PFAS aus Wasserproben mit der UPLC-MS/MS (Ultrahochleistungs-Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie) für eine hochempfindliche chemische Analyse. Die größte Verbesserung dieser Methode ist die Verkürzung der Probenanreicherungszeit von mehreren Stunden auf wenige Minuten. Bei einer 500-Milliliter-Probe dauerte das Beladen früher etwa 100 Minuten, jetzt nur noch etwa 6 bis 8 Minuten – eine Reduzierung um etwa das 20-fache. Um die Nachweisgrenze weiter zu senken, sind größere Volumina erforderlich – bis zu 4 Liter statt 500 Milliliter, eine achtfache Volumenzunahme. Mit der ursprünglichen Methode hätte derselbe Prozess etwa achtmal so lange gedauert, allein das Beladen der SPE-Säule hätte mehr als einen halben Tag in Anspruch genommen. Mit der Schnellflussmethode kann dies in etwa 60 Minuten erledigt werden.
Neben der Verkürzung der Probenvorbereitungszeit senkt der Schnellfluss-Festphasenextraktionsprozess auch die Kosten für die PFAS-Analyse erheblich. Wang erklärte, dass die derzeitigen Analyse kosten pro Probe auf dem Markt mindestens 400 bis 500 US-Dollar betragen, was bei einer flächendeckenden Umsetzung der EPA-Vorschriften in allen Wasseraufbereitungsanlagen zu teuer sei. Das Ziel sei es, die Kosten zu senken, damit die Wasserpreise aufgrund der Überwachungsanforderungen nicht drastisch steigen.
Ein Hindernis für eine breitere und strengere PFAS-Beprobung ist die Komplexität des Transports großer Mengen Trinkwasser von den Aufbereitungsanlagen zu den Testlaboren. Wangs Team arbeitet mit der Firma InnovaPrep im KU Innovation Park der University of Kansas zusammen, einem Projekt, das durch den Small Business Technology Transfer Grant der National Institutes of Health (NIH) finanziert wird. Das Forschungsziel ist die Entwicklung eines Anreicherungsgeräts, beispielsweise eines pipettenbasierten Systems, das PFAS aus dem Wasser aufnehmen kann. Anstatt große Wassermengen zu transportieren, könnte ein bleistiftgroßes Gerät an ein Labor geschickt werden, was die Transportkosten und die Komplexität erheblich reduzieren würde.
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