檢測全氟與多氟烷基碳化物

■2015年,紐約州境內小鎮 Hoosick Falls 爆出氟烷基碳化物汙水事件。檢測這類化合物向來相當困難,科學家最近利用放射同位素氟標定分子,成功偵測氟烷基碳化物在生物體內的分布。

圖片來源:The New York Times

撰文|方程毅

PFAS (全氟與多氟烷基碳化物, perfluorinated and polyfluorinated alkyl substances) 是指在一個烷類有機物上,以氟取代多數或甚至全部的氫,常用於抗著色、防汙塗層,防火材料以及防沾黏的廚具,它們雖然具有穩定的性質,但對人體有害。接觸過多會導致腎臟病變、睪丸癌、膽固醇上升、生育力下降及甲狀腺疾病等等。而對於幼童更是會對成長發展及學習能力產生負面影響。

近年來在美國也發生多起PFAS汙染事件,2015年底,美國紐約州境內小鎮 Hoosick Falls 的供水系統被驗出含量超過標準 PFOA (Perfluorooctanoic acid),PFOA 是不沾鍋塗料鐵氟龍的原料,為了保護當地居民健康,政府要求當地居民避免飲用自來水或用於烹煮食物,並在超市提供免費瓶裝水,直到2016年三月底汙水危機才解除。

不只供水系統受到汙染,美國聖母大學 (University of Notre Dame) 近來研究甚至發現,在速食的包裝紙中也含有這類物質。在取樣的 400 個樣本當中,56% 點心與麵包包裝紙、38% 漢堡或三明治包裝紙中都被測出 PFAS。這告訴我們,PFAS 可不是遠在天邊的神祕化學汙染源,而是出現在日常生活之中。

但是,傳統的實驗方法只能在有含氟物質的待側物中測出氟的總濃度,無法個別追蹤不同的含氟化合物。因此,科學家雖然知道 PFAS 的危害,但缺乏追蹤單一化合物的方法,使得生物實驗的進行,或驗證化學技術能否將特定化合物分離都相當困難。

美國阿拉巴馬大學伯明翰分校(The University of Alabama at Birmingham,UAB ),Suzanne Lapi 教授實驗室最近成功將 PFAS 上的氟用含有放射性的氟-18 取代,氟-18 與用於鑑定年分的碳-14 類似,具有放射性,標定特定化合物後便可以追蹤位置跟判定該化物在生物體內停留的時間。雖然氟-18 的半衰期只有 110 分鐘,不像碳 14 那麼長,但也夠用了(碳 14 半衰期為 5730 年)。研究團隊根據其輻射性,使用正子斷層掃描(positron emission tomography)追蹤 PFAS 在老鼠體內的位置,了解PFAS會在哪些器官累積。他們針對三種 PFAS 進行研究: [18F]PFOA (C8)、[18F]PFHxA (C6)及[18F]PFBA (C4)。(下圖為這三種化合物的結構)。

結果發現:[18F]PFOA 在肝臟、股骨及肺部濃度最高;[18F]PFHxA 多累積於在肝臟、股骨;PFBA (C4) 則是胃部。這項研究結果發表於 Environmental Science & Technology Letters 期刊上。阿拉巴馬大學伯明翰分校也在 Youtube 上簡單的介紹了這項研究及其應用。

PFOA、PFHxA及PFBA的結構式

PFAS 有上百種化合物,而 Lapi 教授只做了三種, Lapi 教授也表示未來他們不可能對每個化合物逐一研究,而是對進行分類,研究每一類化合物在生物體類的分布情形。

這項技術讓科學家可以進行活體生物實驗,省時且簡單。以往的實驗若是要檢測某器官內 PFAS 的濃度,必須將器官取出,進行特殊處裡才能檢測濃度,但器官取出就不是活體實驗,無法動態的了解化合物跟生物體的交互作用。

除了了解 PFAS 對生物體的影響,如何從源頭清除環境中 PFAS 的汙染更為重要。Lapi 教授表示:「我們想了解,如果現在有受 PFAS 汙染的水,我們要如何發展將 PFAS 從水中去除的技術。或許我們可以拿一桶水,加入被氟-18標定的化合物,再讓這桶水測試不同的去汙技術或過濾,再偵測經過處理的水含有化合物濃度。」

Lapi 教授也說:「以往我們對放射性同位素的印象大多為氚或碳14,但現在我們有其他半衰期較短的放射性同位素可以使用,他們將會是研究環境問題的一大利器。」

 

原始論文:
Burkemper, Jennifer L., Tolulope A. Aweda, Adam J. Rosenberg, David Lunderberg, Graham F. Peaslee, and Suzanne E. Lapi. "Radiosynthesis and biological distribution of [18F]-labeled perfluorinated alkyl substances." Environmental Science & Technology Letters (2017).

參考資料:

  1. UAB NEWS  Journal: Researchers can track hazardous chemicals from fast-food wrappers in the body
  2. Notre Dame News  New study finds extensive use of fluorinated chemicals in fast food wrappers
  3. The New York Times Water Pollution in Hoosick Falls Prompts Action by New York State

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作者:方程毅 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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