Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) vonden grote hoeveelheden voorheen niet-detecteerbare verbindingen van de familie van chemicaliën die bekend staan ​​als PFAS in zes stroomgebieden op Cape Cod met behulp van een nieuwe methode om PFAS-verbindingen te kwantificeren en te identificeren. Blootstellingen aan sommige PFAS, veel gebruikt vanwege hun vermogen om warmte af te weren, water, en olie, verband houden met een reeks gezondheidsrisico's, waaronder kanker, immuun onderdrukking, suikerziekte, en een laag geboortegewicht van de baby.

De nieuwe testmethode onthulde grote hoeveelheden voorheen niet-gedetecteerde PFAS uit brandvertragende schuimen en andere onbekende bronnen. De totale concentraties van PFAS die in deze stroomgebieden aanwezig waren, lagen boven de maximale verontreinigingsniveaus (MCL's) van de staat voor de veiligheid van drinkwater.

"We hebben een methode ontwikkeld om alle PFAS van brandvertragende schuimen volledig af te vangen en te karakteriseren, die een belangrijke bron van PFAS zijn voor stroomafwaarts drinkwater en ecosystemen, maar we hebben ook grote hoeveelheden niet-geïdentificeerde PFAS gevonden die niet van deze schuimen afkomstig kunnen zijn, " zei Bridger Ruyle, een afgestudeerde student aan SEAS en eerste auteur van de studie. "Traditionele testmethoden missen deze onbekende PFAS volledig."

Het onderzoek wordt gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie .

PFAS – per- en polyfluoralkylstoffen – zijn aanwezig in producten variërend van brandvertragende schuimen tot pannen met antiaanbaklaag. Bijgenaamd "forever chemicaliën" vanwege hun lange levensduur, PFAS bouwt zich op in het milieu sinds ze voor het eerst werden gebruikt in de jaren vijftig.

Ondanks de bijbehorende gezondheidsrisico's, er zijn geen wettelijk afdwingbare federale limieten voor PFAS-chemicaliën in drinkwater. De voorlopige gezondheidsrichtlijnen van de Environmental Protection Agency voor openbare watervoorzieningen hebben alleen betrekking op PFOS en PFOA, twee veel voorkomende soorten PFAS. Massachusetts, samen met een paar andere staten, is verder gegaan door zes PFAS op te nemen in hun nieuwe MCL's in drinkwater. Maar er zijn duizenden PFAS-chemische structuren bekend, waarvan er al enkele honderden in het milieu zijn gedetecteerd.

"We testen gewoon niet voor de meeste PFAS-verbindingen, dus we hebben geen idee wat onze totale blootstelling aan deze chemicaliën is en gezondheidsgegevens over dergelijke blootstellingen ontbreken nog, " zei Elsie Sunderland, de Gordon McKay Professor of Environmental Chemistry bij SEAS en senior auteur van het artikel.

De standaard testmethoden die door de EPA en de regelgevende instanties van de staat worden gebruikt, testen alleen op 25 of minder bekende verbindingen. Het probleem is dat de overgrote meerderheid van de PFAS-verbindingen eigendom is van eigendom en regelgevende instanties kunnen niets vinden waarvan ze niet weten dat het bestaat.

De nieuwe methode die door Sunderland en haar team is ontwikkeld, kan die barrière overwinnen en alle PFAS in een steekproef verklaren. CSI:PFAS

PFAS worden gemaakt door koolstof- en fluoratomen te combineren om een ​​van de sterkste bindingen in de organische chemie te vormen. Fluor is een van de meest voorkomende elementen op aarde, maar natuurlijk voorkomend organisch fluor is buitengewoon zeldzaam - het wordt alleen geproduceerd door een paar giftige planten in de Amazone en Australië. Daarom, elke hoeveelheid organofluor die in het milieu wordt gedetecteerd, is zeker door de mens gemaakt.

PFAS-verbindingen die in het milieu worden aangetroffen, zijn er in twee vormen:een voorlopervorm en een eindvorm. De meeste gecontroleerde PFAS-verbindingen, inclusief PFOS en PFOA, zijn eindverbindingen, wat betekent dat ze onder normale omgevingsomstandigheden niet zullen degraderen. Maar voorloperverbindingen, die vaak de meerderheid van de PFAS-chemicaliën in een monster vormen, kunnen via biologische of omgevingsprocessen worden omgezet in terminale vormen. Dus, terwijl de EPA of overheidsinstanties PFAS-concentraties kunnen controleren, ze detecteren nog steeds niet veel van de enorme hoeveelheid PFAS-precursoren.

Dat is waar deze nieuwe methode om de hoek komt kijken.

De onderzoekers meten eerst alle organofluor in een monster. Vervolgens, een andere techniek gebruiken, ze oxideren de voorlopers in dat monster en transformeren ze in hun terminale vormen, die ze dan kunnen meten. Vanaf daar, het team ontwikkelde een methode voor statistische analyse om de oorspronkelijke voorlopers te reconstrueren, vingerafdruk van hun fabricageoorsprong, en meet hun concentratie in het monster.

"We doen in wezen chemisch forensisch onderzoek, ' zei Sunderland.

Met behulp van deze methode, Sunderland en haar team testten zes stroomgebieden op Cape Cod als onderdeel van een samenwerking met de United States Geological Survey en een onderzoekscentrum gefinancierd door de National Institutes of Health en geleid door de Universiteit van Rhode Island dat zich richt op de bronnen, vervoer, blootstelling en effecten van PFAS.

Het team richtte zich op het identificeren van PFAS door het gebruik van brandvertragende schuimen. Deze schuimen, die op grote schaal worden gebruikt op militaire bases, civiele luchthavens, en lokale brandweer, zijn een belangrijke bron van PFAS en hebben honderden openbare watervoorzieningen in de VS besmet.

Het onderzoeksteam paste hun forensische methoden toe op monsters die tussen augustus 2017 en juli 2019 van de Childs, Quashnet, molen kreek, Marstons molens, Mashpee en Santuit stroomgebieden op Cape Cod. Tijdens het incassotraject de teamleden moesten voorzichtig zijn met wat ze droegen, aangezien waterdichte uitrusting is behandeld met PFAS. Het team belandde in tientallen jaren oude steltlopers om besmetting te voorkomen.

De bemonsteringslocaties in de Childs, De stroomgebieden van Quashnet en Mill Creek liggen stroomafwaarts van een bron van PFAS uit brandvertragend schuim:de Quashnet and Childs van de militaire faciliteit The Joint Base Cape Cod en Mill Creek van de Barnstable County Fire Training Academy.

De huidige tests kunnen slechts ongeveer 50 procent van de PFAS van historische schuimproducten identificeren - producten die in 2001 werden stopgezet vanwege hoge niveaus van PFOS en PFOA - en minder dan 1 procent van PFAS van moderne schuimen.

Met behulp van hun nieuwe methode, Sunderland en haar team waren in staat om 100 procent van alle PFAS-verbindingen te identificeren in de soorten brandvertragende schuimen die decennialang werden gebruikt op Joint Base Cape Cod en Barnstable County Fire Training Academy.

"Onze testmethode was in staat om deze ontbrekende verbindingen te vinden die al meer dan 40 jaar door de chemische industrie worden gebruikt, ' zei Sunderland.

De tests onthulden ook enorme hoeveelheden PFAS uit onbekende bronnen.

"Onze boekhouding van PFAS uit blusschuim kon 37 tot 77 procent van de organofluor die we hebben gemeten niet verklaren, " zei Ruyle. "Dit heeft enorme gevolgen voor niet alleen ons begrip van de blootstelling van mensen, maar ook voor hoeveel PFAS in de oceaan wordt geloosd en zich ophoopt in het leven in zee."

Om deze bevindingen op te volgen, Ruyle werkt momenteel samen met NIH om enkele van de gezondheidseffecten van PFAS van hedendaagse blusschuimen te identificeren met behulp van toxicologische studies. Het team van Sunderland blijft de onbekende PFAS bestuderen om hun bronnen en potentieel voor accumulatie in overvloedige mariene voedselwebben op Cape Cod beter te identificeren.