Perfluorinated Compounds in Environmental Matrices

RNDr. Pavlína Karásková, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

V posledních 50 letech je stav životního prostředí a jeho kontaminace antropogenními látkami předmětem rostoucího zájmu veřejnosti. Některé sloučeniny mají omezenou mobilitu danou buď nízkou těkavostí či rozpustností. Některé jsou produkovány v tak malých množstvích, že přestože vykazují toxický potenciál, nepředstavují pro lidské zdraví ani životní prostředí žádné nebo jen minimální riziko. Na druhou stranu jsou zde látky vyráběné ve velkém množství a vykazující takové fyzikálně chemické vlastnosti, jež je předurčují ke globálnímu transportu a škodlivému účinku. Jednou z těchto skupin látek jsou poly- a perfluorované sloučeniny (PFASs), které jsou přidávány do širokého spektra komerčních a průmyslových výrobků, aby zvýšily jejich odolnost vůči vodě, skvrnám, oleji i ohni. PFASs představují širokou skupinu látek zahrnující stovky nebo dokonce tisíce sloučenin zařazených do 23 skupin na základě jejich chemických a funkčních vlastností. V této práci je pozornost zaměřena na perfluoralkyl karboxylové kyseliny (PFCA), perfluoralkansulfonáty (PFSA), perfluoroktan sulfonamidy (FOSA) a sulfonamidoethanoly (FOSE). Vzhledem k jejich toxicitě, potenciálu k bioakumulaci a dálkovému transportu jsou PFASs v popředí zájmu vědců i politických představitelů. Česká republika se jako člen Evropské unie (EU) řídí evropskou legislativou, která však výrobu a používání PFASs nijak zásadně nereguluje. Snaha o jejich regulaci je tak spojena zejména se Stockholmskou úmluvou (SC) o perzistentních organických polutantech (POPs), do jejichž příloh byl perfluorooktan sulfonát (PFOS) a jeho prekurzory zařazen již v roce 2009. Vládní agentury mimo EU, jako např. Agentura pro ochranu životního prostředí (Environmental Protection Agency – U.S. EPA), a Kanadská agentura pro ochranu životního prostředí (Canadian Environment Agency), navíc monitorují i PFASs s delším uhlíkatým řetězcem a usilují o snížení produkce těchto látek a zákaz jejich běžného používání ve výrobcích. Cílem této práce bylo získat nové informace o výskytu a hladinách PFASs v několika environmentálních matricích, konkrétně ve vzduchu, mořské vodě a domácím prachu. Bylo analyzováno celkem 21 sloučenin. Četnosti výskytu a koncentrace jednotlivých analytů jsou dány druhem analyzované matrice a lokalitou, na které byly vzorky odebrány. Obecně lze říci, že PFASs byly detekovány ve vzorcích všech sledovaných matric pocházejících z různých zemí, což z nich dělá globální kontaminant. Přestože jsou některé sledované sloučeniny již zahrnuty do příloh SC, je tento výzkum zásadní pro pochopení zdrojů, osudu a chování těchto sloučenin v životním prostředí a posouzení souvisejících rizik.

Abstract:

In the last 50 years, the state of the environment and its contamination by anthropogenic compounds has been subject of growing public interest. Some compounds have limited mobility due to either low volatility or solubility. Some are produced in such small quantities that even if they exhibit toxic potential they only pose a minimal risk to human health or to the environment. On the other hand, there are substances produced in large quantities exhibiting physicochemical properties making them prone to global transport and suspected of causing harmful effects. One example is a group of per- and polyfluorinated compounds (PFASs) which are added to a wide range of commercial and industrial products to make them resistant to water, stains, oil and fire. PFASs represent a wide range of substances including hundreds or even thousands of compounds. Based on their physicochemical properties they were classified into 23 groups. A focus of this dissertation theses is on perfluoroalkyl carboxylic acids (PFCA), perfluoroalkane sulfonates (PFSA), perfluorooctane sulfonamides (FOSA) and sulfonamidoethanols (FOSE). Due to their toxicity, potential for bioaccumulation and long-range transport, PFASs are at the forefront of concern by both scientists and political representatives. As an European Union (EU) member state the Czech Republic is governed by the European legislation which does not regulate the production and use of PFAS compounds. However, PFASs are regulated by the Stockholm Convention (SC) on Persistent Organic Pollutants (POPs). Adding perfluorooctane sulfonate (PFOS) and its precursors to the Annexes of the Convention in 2009 resulted in efforts to reduce the application of these compounds and to monitor their environmental occurrence and bioaccumulation. Outside Europe, longer carbon chain PFASs are under the review of the US Environmental Protection Agency (U.S. EPA) and the Canadian Environment Agency with a goal of reducing their production and limiting their use. The aim of this dissertation project was to generate new information on occurrence and levels of PFASs in several environmental matrices, specifically in air, seawater and house dust. A total of 21 compounds were analyzed. The levels of the individual analytes varied among the matrices as well as between the samples collected from various sampling sites. However the fact that PFASs have been detected in all matrices makes them a global contaminant. Although some compounds from this group are already regulated under the SC, more research is needed to understand the sources, fate and behavior of these chemicals, and to properly assess associated risks.

Keywords

per- a polyfluorované sloučeniny, PFASs, environmentální matrice, ovzduší, voda, biota, vnitřní prostředí, per- and polyfluorinated compounds, environmental matrices, air, water, indoor environment

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 10. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 23. 11. 2017
• Supervisor: prof. RNDr. Jana Klánová, Ph.D.
• Reader: doc. Ing. Jana Pulkrabová, Ph.D., Pernilla Nizzetto Bohlin, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Environmental Chemistry