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Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) sind eine Substanzklasse bestehend aus mehreren tausenden Einzelverbindungen. Unter PFAS zählen alle Verbindungen, die mindestens eine perfluorierte Methyl- (-CF3) oder Methylen-Gruppe (-CF2-) besitzen. Somit zählt auch ein großer Teil der fluorierten Medikamente, Pflanzenschutzmittel oder Biozide in die PFAS-Substanzklasse. Aufgrund der Persistenz, Bioakkumulation in Nahrungsketten, Toxizität und der ubiquitären Verbreitung von PFAS zählen sie zu den „emerging pollutants“. Die PFAS-Analytik ist wegen ihrer vielfältigen physikalisch-chemischen Eigenschaften und der sehr hohen Anzahl an PFAS eine große Herausforderung. Da es für viele Anwendungen noch ungewiss ist, welche PFAS verwendet werden, wie sie in die Umwelt gelangen und welche Transformations- bzw. Abbauprodukte entstehen, stoßen analytische Ansätze, die nur auf Einzelsubstanzen abzielen, hier an ihre Grenzen. PFAS-Summenparameter-Methoden, die darauf abzielen ein möglichst vollständiges Abbild der PFAS-Belastungssituation widerzuspiegeln, werden daher immer wichtiger.
In this study, we compare analytical methods for PFAS determination–target analysis, non-target screening (NTS), direct total oxidizable precursor assay (dTOPA) and extractable organically bound fluorine (EOF). Therefore, suspended particulate matter (SPM) samples from German rivers at different locations in time series from2005 to 2020 were analyzed to investigate temporal and spatially resolved trends. In this study 3 PFAS mass balances approaches were utilized: (i) PFAA target vs. PFAS dTOPA, (ii) PFAS target vs. EOF and (iii) PFAS target vs. PFAS dTOPA vs. organofluorines NTS vs. EOF. Mass balance approach (i) revealed high proportions of precursor substances in SPM samples. For the time resolved analysis an increase from 94% (2005) to 97% in 2019 was observable. Also for the spatial resolved analysis precursor proportions were high with >84% at all sampling sites. Mass balance approach (ii) showed that the unidentified EOF (uEOF) fraction increased over time from82% (2005) to 99% (2019). Furthermore, along the river courses the uEOF increased. In the combined mass balance approach (iii) using 4 different analytical approaches EOF fractions were further unraveled. The EOF pattern was fully explainable at the sampling sites at Saar and Elbe rivers. For the time resolved analysis, an increased proportion of the EOF was now explainable. However, still 27% of the EOF for the time resolved analysis and 25% of the EOF for the spatial resolved analysis remained unknown. Therefore, in a complementary approach, both the EOF and dTOPA reveal unknown gaps in the PFAS mass balance and are valuable contributions to PFAS risk assessment. Further research is needed to identify organofluorines summarized in the EOF parameter.
Per- and polyfuoroalkyl substances (PFAS) are emerging organic pollutants and can occur in surface and groundwater. To identify the degree of pollution in surface water with PFAS, often targeted HPLC–ESI–MS/MS has been employed in which commonly 30–40 compounds are analyzed. However, other PFAS and organofuorines remain undetected. We sampled surface water of the river Spree and the Teltow Canal in Berlin, Germany, which are afected by the efuent discharge of wastewater treatment plants. Here, we employed high-resolution continuum source graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS) for measuring extractable organofuorines (EOF) and compared in a mass balance approach the total fuorine to the identifed and quantifed PFAS from the targeted analysis. The analysis highlights that the EOF are in the range expected for an urban river system (Winchell et al. in Sci Total Environ 774, 2021). However, downstream of an efuent discharge, the EOF increased by one order of magnitude, e.g., 40.3 to 574 ng F L−1, along the Teltow Canal. From our target analytes, mostly short-chained perfuorinated carboxylic acids and sulfonates occur in the water, which however makes up less than 10% of the EOF. The increase in EOF in the Teltow Canal correlates well with the increase of perfuorohexanoic acid (PFHxA), indicating that PFHxA is characteristic for the discharged EOF but not responsible for the increase. Hence, it points to PFHxA precursor discharge. The study highlights that EOF screening using HR-CS-GFMAS is necessary to identify the full scale of pollution with regard to PFAS and other organofuorines such as pharmaceutical compounds from the efuent of WWTPs.
A systematic series of industrial-relevant polystyrene-based anion exchange resins that are functionalized with hydro- or fluorocarbon chains are compared regarding their adsorption behavior toward perfluorocarboxylic acids (PFCA) in respect to their charge, chain length, and type of chain. The results clearly show the dominance of electrostatic interactions in the adsorption process as uncharged adsorber materials showed no adsorption at all. In contrast, the charged adsorber materials showed in general a PFCA removal of 80% to 30% over the experiment depending on effluent fraction.
Unexpectedly, for perfluorobutanoic acid (PFBA) the highest removal rate is found with consistently >90%. Despite observing significant benefits in the adsorption of PFCA for fluoroalkylated adsorbers in comparison to their non-fluorinated counterparts, this effect of fluoroalkylation is comparatively small and can not be clearly attributed to fluorophilic interactions between the fluoroalkyl chains. These findings help clarifying that the introduction of fluorocarbon moieties in adsorber materials is not necessary in order to remove fluorocarbon molecules from the environment.
Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) bilden eine sehr komplexe Schadstoffgruppe mit über 6300 Einzelsubstanzen, die in vielfältiger Form in die Umwelt eingetragen werden. Für ein effektives Monitoring dieser Schadstoffklasse benötigt es ein Zusammenspiel aus Summenparameter-Analytik zur hot-spot-Identifizierung und Klassifizierung von Belastungssituationen sowie einer nachgeschalteten target-Analytik zur Identifizierung von Eintragswegen, die zugleich ein tieferes Verständnis von Transformationsprozessen ermöglicht. In diesem Beitrag präsentieren wir eine optimierte Extraktions-Methode für die PFAS-Summenparameteranalytik. Mit Hilfe dieser können bisher verwendete zeit- und kostenintensive Festphasenextraktionen (SPE) umgangen und PFAS-Extraktionseffizienzen gesteigert werden. Die methodische Bestimmungsgrenze (LOQ) war mit 10,30 μg/kg (Fluor pro Bodenprobe) ausreichend für alle 9 untersuchten Realbodenproben.
Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) sind sehr persistent und reichern sich in der Umwelt und im menschlichen Organismus in immer höheren Konzentrationen an. PFAS stellen deshalb eine große Gefährdung für Mensch und Umwelt dar. Eingesetzt werden sie u. a. als wasser- und fettabweisende Beschichtung in z. B. der Papier- und Textilindustrie und gelangen so während Produktion, Gebrauch und Entsorgung u. a. in den Wasserkreislauf. PFAS konnten sogar in der arktischen Umwelt in relevanten Konzentrationen detektiert werden und zählen somit zu den „emerging pollutants“. Ein prominenter Vertreter der PFAS stellt Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) dar - die jedoch bereits im Anhang des Stockholmer Abkommen gelistet wurde und deren Einsatz somit stark eingeschränkt bzw. verboten ist. Im Hinblick auf die Vielzahl von Verbindungen werden neue analytische Methoden benötigt, die eine PFAS-Belastungssituation möglichst umfassend und nachweisstark widerspiegeln, um zukünftig mögliche Grenzwerte ableiten zu können.