Пер- и полифлуороалкилови вещества (PFAS или PFAS) са група синтетични органофлуорни химични съединения, в чиито алкилови вериги са свързани множество флуорни атоми. Високата химическа и термична стабилност на PFAS води до това, че тези съединения имат дълъг живот в околната среда, оттук и общоприетото прозвище „вечни химикали“.
Широкото използване на PFAS започва през 1938 г. с изобретяването на тефлона — флуорополимерно покритие, устойчиво на топлина, масло, петна, мазнини и вода. Оттогава са разработени хиляди PFAS съединения. Те се използват в голямо разнообразие от продукти, включително водоустойчиви тъкани, йога панталони, килими, шампоан, екрани за мобилни телефони, боя за стени, мебели, лепила, опаковки за храни, противопожарна пяна, електрическа изолация и козметика.
Излагането на PFAS, някои от които са канцерогени или ендокринни дизруптори, е свързано с болести и здравословни състояния, включително ракови заболявания, улцерозен колит, заболявания на щитовидната жлеза, недостатъчен антитялов отговор или намален имунитет, намалена плодовитост, хипертонични нарушения по време на бременност, проблеми с развитието на плода и детето, затлъстяване и дислипидемия. PFAS често се срещат в подземни води, отпадъчни води и почва. Пречиствателните съоръжения за отпадъчни води и сметищата имат най-високи нива на замърсяване. Райони в близост до летищата и военновъздушните бази са замърсени от използването на противопожарна пяна, съдържаща PFAS. Освен това, усвояването на PFAS от културите и биоакумулацията на PFAS в риба, добитък и диви животни могат да бъдат потенциални пътища за излагане на хората. Поради опасения за здравето и околната среда, свързани с много PFAS, PFOS и PFOA са включени в Стокхолмската конвенция за устойчивите органични замърсители съответно през 2009 г. и 2019 г. Въпреки това е предизвикателство да се оценят потенциалните рискове от всички PFAS поради значителните липси на данни за токсичността и физикохимичните свойства. С хиляди съединения, използвани в различни приложения, само няколко са преминали цялостни биологични тестове.
В някои юрисдикции, като например Европейския съюз, се планират допълнителни намаления и поетапно премахване на PFAS. Няколко компании доброволно прекратяват или планират да прекратят продажбата на PFAS и продукти, съдържащи PFAS, поради опасения за здравето и съдебни спорове. Въпреки това, големи производители и потребители като Съединените щати, Израел и Малайзия не са ратифицирали споразумението и химическата промишленост лобира пред правителствата да отслабят нормативните ограничения.
Определение
Пер- и полифлуороалкиловите вещества са група синтетични органофлуорни химични съединения, в чиито алкилови вериги са свързани множество флуорни атоми. Различните организации използват различни дефиниции за PFAS, което води до оценки между 8000 и 7 милиона химични вещества в групата. Базата данни на EPA за токсичност, DSSStox, изброява 14 735 уникални PFAS химични съединения. "List consists of all DTXSID records with a structure assigned, and using a set of substructural filters based on community input." В PubChem са изброени 7 милиона такива съединения.
Една ранна дефиниция гласи, че PFAS са „алифатни вещества, които съдържат 1 или повече С атоми, на които всички Н заместители (присъстващи в нефлуорираните аналози, от които условно са получени) са заменени с F атоми, по такъв начин, че съдържат перфлуороалкилова структурна група, “. В началото на 2021 г. ОИСР разшири своята терминология, заявявайки, че „PFAS се определят като флуорирани вещества, които съдържат поне един напълно флуориран метил или метилен въглероден атом (без какъвто и да е H/Cl/Br/I атом, свързан с него), т.е., с няколко отбелязани изключения, всеки химикал с поне перфлуорирана метилова група () или перфлуорирана метиленова група () е PFAS.“
Агенцията за опазване на околната среда на САЩ (EPA) дефинира PFAS по-тясно в „Списък 5 на потенциалните замърсители на питейната вода“ като вещества, които съдържат „поне една от следните три структури: , където остатъците и са наситени въглероди и нито една от R групите не може да бъде водород; , където и двата остатъка са наситени въглероди и нито една от R групите не може да бъде водород; или , където всички въглеродни атоми са наситени и нито една от R групите не може да бъде водород“.EPA. (2022-11-14). "Drinking Water Contaminant Candidate List 5–Final." Federal Register, 87, 68060 Обобщена таблица на някои определения на PFAS е представена от Hammel и съавтори (2022).
Примерни химикали
Сред разпространените PFAS са:
Перфлуороалкилкарбоксилни киселини (PFCA), например трифлуороцетна киселина (TFA) Перфлуоросулфонови киселини (PFSA), например перфлуорооктансулфонова киселина (PFOS) Прекурсори на PFCA, например флуоротеломери, включително флуоротеломерни алкохоли (FTOH) Прекурсори на PFSA, например перфлуоробутансулфонамид (H-FBSA), перфлуорооктансулфонамид (PFOSA), перфлуоробутансулфонилфлуорид (PFOSB) или перфлуорооктансулфонилфлуорид (PFOSF) Флуорополимери, например политетрафлуороетилен (PTFE, известен още като тефлон)
Употреба Продукти PFAS се използват за производството на флуорополимери чрез емулсионна полимеризация. Тъй като са устойчиви на топлина, масла, петна, мазнини и вода, те се влагат в препарати против петна, лакове, бои и покрития. Те навлизат в употреба с изобретяването на тефлона през 1938 г. Използват се в продукти, включително водоустойчиви тъкани като например nylon, йога панталони, килими, шампоан, продукти за интимна хигиена, екрани за мобилни телефони, боя за стени, мебели, лепила, опаковки за храни, противопожарна пяна, изолация на електрически проводници, конец за зъби и слънцезащитен крем. PFAS се използват в козметичната промишленост и в продуктите за лична хигиена, включително червила, очни линии, спирали за мигли, фон дьо тен, коректори, балсами за устни, ружове и лакове за нокти. Пестициди, включително флуазинам и флуфенацет, се разграждат до трифлуороцетна киселина. През 2025 г. в доклад на FDA на САЩ се посочва, че през 2021 г. до 1,4% от козметиката, продавана в Европа, съдържа PFAS, а към 2025 г. по-малко от 1% от козметиката, продавана в САЩ, съдържа PFAS.
Флуорирани повърхностноактивни вещества
Флуорираните повърхностноактивни вещества са подгрупа на PFAS с хидрофобна флуорирана „опашка“ и хидрофилна „глава“. Те понижават повърхностното напрежение на водата по-ефективно от съпоставимите въглеводородни повърхностноактивни вещества.
Флуорираните повърхностноактивни вещества се концентрират на границата между фазите. Флуоровъглеводородите са едновременно липофобни и хидрофобни и отблъскват както масла, така и вода. Липофобността им се дължи на относително слабите дисперсионни сили на Лондон в сравнение с въглеводородите. Това е следствие от високата електроотрицателност на флуора и малката дължина на връзката, които намаляват поляризуемостта на флуорираната молекулна повърхност на повърхностноактивните вещества. Флуорираните повърхностноактивни вещества са по-стабилни от въглеводородните повърхностноактивни вещества поради стабилността на въглерод-флуорната връзка. Перфлуорираните повърхностноактивни вещества остават в околната среда по същата причина.
Флуорирани повърхностноактивни вещества като PFOS, PFOA и перфлуорононанова киселина (PFNA) са привлекли вниманието на регулаторните агенции поради тяхната устойчивост, токсичност и широко разпространеното им наличие в кръвта на общото население.
Пазар Пазарът на PFAS се оценява на 28 милиарда щатски долара през 2023 г. Повечето се произвеждат от 12 компании: 3M, AGC Inc., Archroma, Arkema, BASF, Bayer, Chemours, Daikin, Honeywell, Merck Group, Shandong Dongyue Chemical и Solvay. Продажбите на PFAS на цена приблизително 20 щатски долара за килограм, генерират обща печалба на индустрията от 4 милиарда щатски долара годишно при марж на печалбата от 16% през 2023 г.
Въздействия върху околната среда Разпространение в дъжд, почва, водни тела и въздух През 2022 г. нивата на най-малко четири перфлуороалкилови киселини (PFAA) в дъждовната вода в световен мащаб значително надхвърлят препоръчителните здравни стойности на EPA за питейната вода, както и съответните датски, нидерландски и европейски стандарти за безопасност, което води до заключението, че „глобалното разпространение на тези четири PFAA в атмосферата е довело до превишаване на планетарната граница за химическо замърсяване“. Най-често срещаният PFAS в околната среда е трифлуороцетната киселина (TFA). Присъствието му е повсеместно в околната среда, особено във водните екосистеми, където се запазва с нарастващи концентрации в световен мащаб.
Смяташе се, че PFAA в крайна сметка ще попаднат в океаните, където ще бъдат разредени в продължение на десетилетия, но полево проучване, публикувано през 2021 г. от изследователи от Стокхолмския университет, установява, че те често се прехвърлят от водата във въздуха, когато вълните достигнат сушата; така те представляват значителен източник на замърсяване на въздуха и в крайна сметка попадат в дъждовната вода. Изследователите заключават, че замърсяването може да засегне големи площи. Почвата също е замърсена и химикалите са открити в отдалечени райони, например Антарктида. Замърсяването на почвата може да доведе до по-високи нива на PFAS, открити в храни като бял ориз, кафе и животни, отглеждани на замърсена земя. През 2024 г. световно проучване на 45 000 проби от подземни води установи, че 31% от пробите съдържат нива на PFAS, които са вредни за човешкото здраве; тези проби са взети от райони, които не са близо до очевиден източник на замърсяване.
Замърсяване е наблюдавано и в кладенци и други източници на питейна вода. Това замърсяване се наблюдава в САЩ, Обединеното кралство, Германия, Япония и Канада, но информация от повечето развиващи се страни почти не съществува. Липсата на информация за замърсяване с PFAS в развиващите се страни, особено тези в Африка, се дължи на структурно социално-икономическо неравенство и липса на достъп до скъпите лабораторни възможности, необходими за количествено определяне на PFAS.
Биоакумулация и биомагнификация При морски видове от хранителната мрежа Биоакумулирането контролира вътрешните концентрации на замърсители, включително PFAS, в отделните организми. Когато бионатрупването се разглежда от гледна точка на цялата хранителна мрежа, то се нарича биоусилване, което е важно да се проследи, тъй като по-ниските концентрации на замърсители в матриците на околната среда като морска вода или седименти могат много бързо да нараснат до вредни концентрации в организми на по-високи трофични нива, включително хора. Трябва да се отбележи, че концентрациите в биотата могат дори да бъдат по-големи от 5000 пъти тези във водата за PFOS и C10–C14 PFCA. PFAS могат да навлязат в организма чрез поглъщане на утайка, чрез водата или директно чрез диетата. Те се натрупват именно в области с високо съдържание на протеини, в кръвта и черния дроб, но в по-малка степен се откриват и в други тъкани.
При проучване, проведено на макроприливния естуар на Жиронда в Югозападна Франция, е установено, че PFOA и PFNA са силно биоакумулиращи. PFOS, дълговерижна сулфонова киселина, е открита в най-високи концентрации в сравнение с други PFAS, измерени в риби и птици в северни морета като Баренцово море и канадската Арктика. Глобален мета-анализ установи, че концентрациите на PFAS се увеличават средно два пъти с всяко трофично ниво, със значителни вариации между съединенията. Трябва да се отбележи, че промишленото заместващо съединение F-53B показа най-голямото трофично увеличение, надвишаващо това на няколко наследени PFAS, които е предназначено да замени.
Проучване, публикувано през 2023 г., анализиращо 500 съставни проби от рибни филета, събрани в Съединените щати от 2013 до 2015 г. в рамките на програмите за мониторинг на EPA, показва, че сладководните риби повсеместно съдържат високи нива на вредни PFAS, като само една порция обикновено значително повишава нивото на PFOS в кръвта.