Учёные Райан Дэвис и Натан Бейс из Национальных лабораторий Сандия разрабатывали способ удалять пер- и полифторалкильные вещества (PFAS) из воды, но столкнулись с другой проблемой: анализ проб занимал слишком много времени. Они создали более быстрый и дешёвый метод проверки воды на PFAS, который можно адаптировать и для других задач.

Как работает новый метод

PFAS обнаруживают в питьевой воде, почве, местах захоронения отходов, продуктах питания и упаковке, а также в бытовых товарах. Исследования показывают, что воздействие некоторых уровней PFAS может приводить к нарушениям репродуктивной функции, в том числе снижению фертильности, нарушениям развития у детей, повышенному риску рака, ослаблению иммунного ответа и росту уровня холестерина. Эти вещества разрушаются очень медленно, поэтому их называют «вечными химикатами». Они могут накапливаться в организме людей и животных, а также в окружающей среде.

Дэвис годами разрабатывал технологии для удаления PFAS, однако исследования замедлял анализ проб. В зависимости от концентрации проверка одной пробы могла занимать от нескольких часов до нескольких дней.

Применяемый сейчас метод твердофазной экстракции (SPE) заключается в пропускании жидкости через колонку, чтобы сконцентрировать пробу для анализа. «Мы сталкивались с теми же проблемами, что и все остальные. У нас много проб для анализа, а сам процесс идёт очень медленно», — объяснил Бейс.

Новый метод использует масс-спектрометрию с десорбционной электрораспылительной ионизацией (DESI). При этом на поверхность распыляются заряженные микрокапли.

«Концентрированная проба с PFAS подвергается воздействию этого электрически заряженного распыления. Заряд передаётся PFAS, вещество отделяется от поверхности и попадает в прибор. Так мы можем косвенно анализировать раствор, но гораздо быстрее», — рассказал Бейс.

Для проверки пробы учёный помещает небольшую частицу адсорбента в воду, а затем располагает её перед соплом масс-спектрометра. Молекулы из пробы, в том числе PFAS, связываются с частицей. Масс-спектрометр разделяет их по массе, позволяя определить наличие PFAS и их концентрацию.

«Мы рассчитываем, что эту методику можно будет использовать непосредственно на выезде: например, приехать к реке или другому водоёму и взять пробу вне лаборатории. Раньше для анализа в лаборатории пришлось бы везти туда литры воды. Новый подход значительно упростит проверку на PFAS», — сказал Дэвис.

Чувствительность метода DESI составляет пять частей на триллион, тогда как стандарт Агентства по охране окружающей среды США (EPA) — четыре части на триллион. Учёные добились повышения чувствительности, в частности, устранив загрязнение внутри масс-спектрометра и выделив прибор исключительно для анализа PFAS.

Проверка других веществ и дальнейшие планы

Учёные проверили, способен ли метод выявлять ибупрофен, некоторые компоненты средств личной гигиены и другие фармацевтические препараты. Хотя метод оптимизирован для PFAS, он позволил обнаружить и другие загрязнители.

Исследователи ищут коммерческих партнёров, чтобы вывести тест на рынок, и планируют сопоставить его результаты со стандартными методами EPA. Они рассматривают новую разработку как дополнение к существующей методике.

«Я по-прежнему считаю, что отраслевой стандарт EPA никуда не исчезнет. Он очень медленный, последовательный и надёжный. Но вместе с ним такой процесс, позволяющий быстрее получать результаты и передавать данные, будет хорошо работать», — сказал Дэвис.