جامعة كانساس تحسّن كشف PFAS وتختصر الوقت 20 مرة

أخبار ar.wedoany.com، قامت دراسة في جامعة كانساس (University of Kansas) بتحسين طريقة كشف مادة PFAS (وهي فئة من المواد المعروفة بـ"المواد الكيميائية الدائمة") في إمدادات مياه الشرب، مما يتيح قياس مستويات التلوث النزرة من PFAS في المياه بشكل أسرع وأقل تكلفة مقارنة بالتقنيات الحالية. نُشرت النتائج في مجلة "PLOS Water" مفتوحة المصدر.

استُخدمت مواد PFAS الكيميائية لعقود في منتجات مثل أواني الطهي غير اللاصقة والأقمشة المقاومة للحريق والبقع. تستمر هذه المواد في البيئة وجسم الإنسان، وقد تسبب السرطان ومشاكل في الجهاز المناعي واضطرابات في النمو.

أوضح الأستاذ المشارك في الدراسة، مايكل تشو وانغ، أستاذ الكيمياء الدوائية في جامعة كانساس، أن PFAS هي مواد كيميائية اصطناعية من صنع الإنسان تحتوي على كربون متعدد الفلور أو كامل الفلور، وتُستخدم صناعياً في تصنيع منتجات مثل التيفلون (Teflon) والطلاءات المقاومة للماء ورغوة الإطفاء، ولها تطبيقات صناعية واسعة. تكمن المشكلة في أنها لا تتحلل بسهولة في البيئة. تنتقل هذه المواد الكيميائية في التربة والمياه، وتصل في النهاية إلى مياه الشرب. يستطيع جسم الإنسان امتصاص هذه المركبات في الدم والأنسجة، لكنه لا يمتلك القدرة على تحليلها، لذا تتراكم في الجسم. تشير بعض الدراسات إلى أن عمرها النصفي في الدم يتراوح بين خمس وثماني سنوات. وتظهر دراسات وبائية متزايدة أنها قد ترتبط بمشاكل صحية، بما في ذلك اضطرابات النمو وبعض أنواع السرطان، مثل سرطان الكلى وسرطان الخصية لدى الرجال، وهما نوعان ذُكرا في دراسات حديثة.

بسبب هذه المشاكل الصحية، يدفع المشرعون الأمريكيون نحو تشديد الرقابة على PFAS في مياه الشرب. تحدد اللوائح الحالية لوكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) حدوداً لبعض أنواع PFAS في مياه الشرب بنحو 4 أجزاء في التريليون (parts per trillion)، وتتراوح مستويات الرقابة بين 4 و10 أجزاء في التريليون حسب المركب. ويشير الهدف الأقصى لمستوى الملوثات إلى أن المستوى المثالي هو الصفر.

لتحديد ما إذا كانت PFAS أقل من مستوى 4 أجزاء في التريليون، تحتاج المختبرات إلى اختبارات شديدة الحساسية تتجاوز قدرات المختبرات التقليدية. قال وانغ إن التحدي الأكبر هو الحساسية، أي كيفية الوصول إلى مستويات دون التريليون. كشف PFAS عند هذه المستويات المنخفضة يشبه البحث عن بضع حبات رمل في حوض سباحة أولمبي. أكثر الأجهزة حساسية هو LC-MS (الكروماتوغرافيا السائلة - مطياف الكتلة)، لكنه دون تركيز العينة المسبق لا يتجاوز مستوى أجزاء في المليار (parts per billion)، وهو أعلى بحوالي ألف مرة من مستوى أجزاء التريليون. تتطلب طريقة EPA الحالية تركيز عينة الماء أولاً، وهي عملية تستغرق وقتاً طويلاً.

سعى وانغ وفريقه - طالب الدكتوراه ديباك تيمالسينا (المؤلف الأول للدراسة) والمؤلفة المشاركة، طالبة الدكتوراه الحديثة بهارجافي سريجا راميسيتي - إلى تطوير طريقة كشف PFAS أكثر عملية واقتصادية وتوفيراً للوقت. جمعوا بين الاستخلاص السريع بالطور الصلب (SPE) لتركيز PFAS من عينات الماء، وUPLC-MS/MS (الكروماتوغرافيا السائلة فائقة الأداء - مطياف الكتلة الترادفي) للتحليل الكيميائي عالي الحساسية. التحسين الأكبر في الطريقة هو تقصير وقت تركيز العينة من عدة ساعات إلى بضع دقائق. بالنسبة لعينة بحجم 500 ملليلتر، كان التحميل سابقاً يستغرق حوالي 100 دقيقة، أما الآن فيستغرق حوالي 6 إلى 8 دقائق، أي تقليص بحوالي 20 مرة. لخفض حد الكشف أكثر، يلزم حجم أكبر - يصل إلى 4 لترات بدلاً من 500 ملليلتر، أي زيادة في الحجم بمقدار ثماني مرات. باستخدام الطريقة الأصلية، كانت العملية نفسها تستغرق حوالي ثمانية أضعاف الوقت، حيث كان تحميل العينة على عمود SPE وحده يستغرق أكثر من نصف يوم. باستخدام طريقة التدفق السريع، يمكن إنجاز ذلك في حوالي 60 دقيقة.

بالإضافة إلى تقصير وقت تحضير العينة، خفضت عملية الاستخلاص بالطور الصلب سريع التدفق بشكل كبير سعر تحليل PFAS. قال وانغ إن تكلفة تحليل كل عينة في السوق حالياً لا تقل عن 400 إلى 500 دولار، وهو مكلف جداً عند تطبيق لوائح EPA بالكامل في جميع محطات معالجة المياه. الهدف هو خفض التكلفة حتى لا ترتفع فواتير المياه بشكل كبير بسبب متطلبات المراقبة.

أحد العقبات التي تواجه أخذ عينات PFAS بشكل أوسع وأكثر صرامة هو تعقيد نقل كميات كبيرة من مياه الشرب من محطات المعالجة إلى مختبرات الاختبار. يتعاون فريق وانغ مع شركة InnovaPrep الواقعة في حديقة الابتكار بجامعة كانساس (KU Innovation Park)، ويمول المشروع من منحة نقل التكنولوجيا للشركات الصغيرة التابعة للمعاهد الوطنية الأمريكية للصحة (NIH). الهدف من البحث هو تطوير جهاز تركيز، مثل نظام قائم على الماصة، يمكنه امتصاص PFAS من الماء. بدلاً من نقل كميات كبيرة من الماء، يمكن إرسال جهاز بحجم قلم رصاص إلى المختبر، مما سيقلل بشكل كبير من تكلفة النقل وتعقيداته.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com