Nhiều hóa chất độc hại này có tính axit rất mạnh, nên dễ dàng giải phóng proton và mang điện tích âm. Điều này giúp chúng hòa tan trong nước và lan truyền dễ dàng hơn.

Nghiên cứu mới cho thấy một số PFAS thậm chí có tính axit mạnh hơn so với các ước tính trước đây — một thông tin quan trọng để dự báo cách chúng di chuyển trong môi trường cũng như tác động tiềm ẩn đối với sức khỏe con người.

Nghiên cứu do Đại học Buffalo (Mỹ) dẫn đầu đã đưa ra một phương pháp thực nghiệm nghiêm ngặt nhằm xác định độ axit của 10 loại PFAS và ba sản phẩm phân hủy phổ biến. Công trình được công bố trên tạp chí Environmental Science & Technology Letters.

Hình minh họa: scitechdaily.com

Nhóm nghiên cứu báo cáo các hằng số phân ly axit (giá trị pKa) nhìn chung thấp hơn — thậm chí thấp hơn nhiều — so với các kết quả thực nghiệm trước đó và các dự đoán từ hóa học tính toán. Ví dụ, pKa của GenX (chất thay thế PFOA trong sản xuất Teflon) thấp hơn khoảng một nghìn lần so với giá trị từng được công bố.

Giá trị pKa càng thấp thì hóa chất càng dễ mất proton và tồn tại ở dạng mang điện.

Theo Alexander Hoepker, nhà khoa học cao cấp tại Viện UB RENEW, những phát hiện này cho thấy các phép đo trước đây đã đánh giá thấp độ axit của PFAS, đồng nghĩa với việc khả năng tồn lưu và lan rộng của chúng trong môi trường cũng bị hiểu sai.

Việc đo pKa chính xác hơn giúp làm rõ hành vi của PFAS: liệu chúng sẽ hòa tan trong nước, bám vào đất hoặc màng sinh học, hay bay hơi vào không khí. Diana Aga, Giám đốc RENEW và giáo sư tại Đại học Buffalo, nhấn mạnh rằng cần có phương pháp đáng tin cậy để xác định chính xác pKa nếu muốn hiểu cách các hóa chất đáng lo ngại này phát tán.

Kết hợp thí nghiệm và tính toán

PFAS gồm một “đuôi” chứa nhiều flo có tính kỵ nước và một “đầu” ưa nước hơn. Nhiều PFAS được giám sát chặt chẽ có đầu phân tử có tính axit cao, khiến chúng dễ mất proton và mang điện tích.

Trạng thái trung hòa hay mang điện của PFAS phụ thuộc vào độ pH môi trường xung quanh. Giá trị pKa cho biết mức pH tại đó phân tử chuyển đổi giữa hai trạng thái này.

Tuy nhiên, đã có nhiều tranh cãi về giá trị pKa của một số PFAS như PFOA, với các kết quả chênh lệch đáng kể giữa các nhóm nghiên cứu. Một nguyên nhân là PFAS có xu hướng bám vào thủy tinh, làm sai lệch các phép đo truyền thống.

Để khắc phục, nhóm nghiên cứu sử dụng quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) của flo và hydro — tương tự như chụp MRI ở cấp độ phân tử. Phương pháp này cho phép nhận diện trực tiếp trạng thái trung hòa hay mang điện của phân tử thông qua sự thay đổi tần số của các nguyên tử flo lân cận.

Cách đo này giúp tự động tính đến sự thất thoát PFAS do bám dính, từ đó tránh sai lệch lớn trong phép đo pKa.

Với các PFAS có pKa dưới 0 (rất axit), việc tạo dạng trung hòa trong phòng thí nghiệm là không thực tế. Trong những trường hợp đó, nhóm nghiên cứu kết hợp NMR với tính toán cấu trúc điện tử bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ để dự đoán chính xác hơn giá trị pKa.

Các PFAS “gây vấn đề” được đo lại chính xác

PFOA — từng được sử dụng phổ biến trong chảo chống dính và bị Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ xếp loại nguy hại — được xác định có pKa là –0,27, nghĩa là gần như luôn mang điện âm trong điều kiện môi trường thực tế. Trước đây, các nghiên cứu từng ước tính pKa của nó cao tới 3,8 hoặc khoảng 1.

Axit trifluoroacetic (TFA), một PFAS mới nổi được phát hiện ngày càng nhiều trong nguồn nước toàn cầu, được xác định có pKa khoảng 0,03 — thấp hơn nhiều so với ước tính trước đó (0,30 đến 1,1).

Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu cũng xác định pKa cho một số PFAS mới nổi chưa từng được đo trước đây, như 5:3 FTCA và các PFAS dạng ether như NFDHA và PFMPA — những hợp chất có thể gây thách thức lớn cho cơ quan quản lý do tác động sức khỏe tiềm tàng.

Theo các nhà khoa học, phương pháp mới này không chỉ giúp xác thực các giá trị tính toán mà còn hỗ trợ phát triển mô hình học máy nhằm dự đoán pKa của các PFAS mới khi chưa có mẫu chuẩn. Kiến thức chính xác về pKa sẽ giúp xây dựng phương pháp phân tích, công nghệ xử lý và chiến lược đánh giá rủi ro hiệu quả hơn đối với các chất ô nhiễm PFAS trong tương lai.

https://scitechdaily.com/