防污服、快餐包装纸、某些夹克和裤子等极端天气装备——这些产品的许多可取之处来自一类被称为全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)的人造化学品。但也有一个主要的不利因素:研究人员发现有证据表明,某些PFAS可能会导致癌症和其他严重的健康影响。
政府机构和环境组织正在越来越多地监测全氟辛烷磺酸,但全氟辛烷酸有数千种不同的化学结构,只有一小部分可以高度自信地测量。
NIST生物学家Jared Ragland说:“关于什么是PFAS或PFAS的组成,没有单一的权威。”。“我们知道几百个PFAS的结构是什么样子的,但可能有9000个或更多不同的PFAS结构。这不是一个小问题。”
例如,一个社区可能想知道当地用于捕鱼的湖泊中是否存在大量的全氟辛烷磺酸,因此当地官员将样本送往实验室进行检测。然而,大多数全氟辛烷磺酸不在用于定量分析的化学品套件中,因此实验室测试将错过它们。此外,实验室可能有不完整或过时的PFAS化学数据。由于不断发现更多的全氟辛烷磺酸,很难维护一个中央数据库来收集和组织科学界关于已知和未知全氟辛烷酸化学结构的知识。
为了解决这个问题,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员开发了一个数据库,可以帮助其他人识别和分类化学分析数据中的PFAS,包括“非目标”化学分析数据,其中包含可能潜伏在样本中的已知PFAS和未知PFAS的信息。该数据库是同类数据库中的第一个,可用于环境污染监测和其他应用。
PFAS数据库是免费的,可在NIST公共数据库下载。
PFAS于20世纪40年代首次用于消费品和工业,因为其化学性质,如耐热、耐油和防水的能力。一些类型,如全氟辛烷磺酸,多年来已经被取代,但总的来说,这些化学品分解缓慢并泄漏到环境中。它们在我们的土壤、空气、食品和水中被发现,并被用于各种制造过程、消费品和灭火剂。
为了监测这些化学物质在哪里被发现,并确定它们最终在环境中的位置,科学家需要能够识别它们。一种名为质谱仪的分析仪器使科学家能够检测已知的PFAS并了解新观察到的PFAS。该设备在图形上产生一系列线条,形成独特的图案,就像化合物的分子“指纹”。这个新数据库包括这些高分辨率质谱数据,目前包含132个全氟辛烷磺酸的光谱。每个条目都附有上下文信息,如测量仪器的设置和所使用的样本类型。它还包括NIST的“可疑”清单,其中列出了近5000种极有可能是PFAS的精心策划的化合物。
该数据库可用于识别各种来源的PFAS,如废水、自来水、地表水和地下水,以监测环境污染。Ragland说:“我们的目标是,该数据库将有助于全面识别PFAS,并对新的PFAS进行表征,以回答有关环境健康、毒理学、暴露风险和修复效率的问题。”。
受过数据分析训练的研究人员会特别发现这个数据库很有用。然而,NIST的研究人员希望增加所有用户对数据库的可访问性。他们创建了一个用户指南,提供了如何使用数据库的分步说明。该数据库也是可移植的,这意味着它可以离线使用,添加到研究人员中并在研究人员之间共享,还附带了GitHub上的软件工具包。研究人员可以重复使用数据库中的元素来组织和识别PFAS以外的化学物质,如食品中其他新出现的污染物或杀虫剂。
科学家们可以很容易地共享数据库,这样他们就可以合作,例如,在PFAS数据中寻找新的模式。他们还可以使用该数据库构建新的工具或数据处理方法,以识别尚未获得高质量质谱数据的特定类型的PFAS。Ragland说:“这一领域的研究人员仍然缺乏与他人直接共享数据的良好方法,因此这是我们希望开始打破的障碍。”。