การตรวจวัดสารมลพิษอินทรีย์ที่คงอยู่: ประวัติความคืบหน้าล่าสุด | สิ่งแวดล้อม

โดย โกติเยร์ เอปป์

สารมลพิษอินทรีย์ถาวร (POPs) เป็นสารเคมีที่เป็นพิษซึ่งเป็นภัยคุกคามที่สำคัญต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงที่อุตสาหกรรมเจริญรุ่งเรืองในช่วงทศวรรษที่ 1940 และ 50 สารเคมีสังเคราะห์จำนวนมากถูกนำมาใช้ในการผลิตพืชผลและการผลิตของใช้ในครัวเรือนหลายประเภท สารเคมีเหล่านี้มีผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่คาดไม่ถึง ส่วนใหญ่เป็นเพราะไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ เพื่อต่อสู้กับปัญหานี้ ได้มีการจัดทำข้อตกลงระหว่างประเทศ เช่น อนุสัญญาสตอกโฮล์มว่าด้วยสารมลพิษที่ตกค้างยาวนาน ซึ่งได้ข้อสรุปในปี พ.ศ. 2001 เพื่อควบคุมและยุติการผลิตและการใช้สารเคมีอันตรายเหล่านี้¹ บทความนี้สำรวจข้อจำกัดของวิธีการวิเคราะห์ในปัจจุบันสำหรับ POP และอภิปรายว่าไอออนโมบิลิตี้สเปกโตรเมทรี (TIMS) ที่ติดอยู่กำลังกำหนดมาตรฐานใหม่ในด้านการวิเคราะห์ POP อย่างไร

ความคงอยู่ของ POP
POPs เป็นสารเคมีอินทรีย์ที่เป็นพิษซึ่งมีความทนทานต่อการย่อยสลายและมีการใช้อย่างกว้างขวางในการผลิตยาฆ่าแมลงและสารเคมีอุตสาหกรรม และปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการทางเคมีและทางการเกษตร POPs พบได้ทั่วไปในสภาพแวดล้อมของเรา (ระบบน้ำ ดิน อากาศ และตะกอน) และพวกมันสะสมทางชีวภาพ ส่งต่อจากสายพันธุ์หนึ่งไปอีกสายพันธุ์หนึ่งผ่านสายโซ่โภชนาการ และสุดท้ายไปจบลงที่ร่างกายมนุษย์ POPs เป็นปัญหาด้านสุขภาพที่ร้ายแรง และเป็นที่รู้กันว่าก่อให้เกิดผลกระทบต่อสุขภาพหลายประการ รวมถึงมะเร็ง ความเสียหายทางระบบประสาท ความบกพร่องแต่กำเนิด ข้อบกพร่องของระบบภูมิคุ้มกัน ความบกพร่องทางการเรียนรู้ การหยุดชะงักของต่อมไร้ท่อ และความผิดปกติของระบบสืบพันธุ์²

สารเพอร์และโพลีฟลูออโรอัลคิล (PFAS) ถือเป็นสาร POP และเป็นที่รู้จักในด้านคุณสมบัติกันน้ำและคราบสกปรก³ เมื่อเร็วๆ นี้ สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) ได้เสนอข้อจำกัดของรัฐบาลกลางครั้งแรกเกี่ยวกับสารเคมี PFAS ในน้ำดื่มในสหรัฐอเมริกา⁴ อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนในการวิเคราะห์ POP และการเกิดขึ้นของสารปนเปื้อนใหม่ๆ ที่อาจเกิดขึ้นยังคงท้าทายความพยายามในการบรรเทาผลกระทบ

วิธีการวิเคราะห์ POP ในปัจจุบัน
วิธีมาตรฐานทองคำสำหรับการวิเคราะห์ POP คือแก๊สโครมาโตกราฟีควบคู่กับเซกเตอร์แมสสเปกโตรเมทรีความละเอียดสูง (GC-HRMS) ในโหมดการตรวจสอบไอออนที่เลือก แม้ว่าเทคนิคนี้จะมีประสิทธิภาพและประสิทธิผล แต่ก็ใช้เพื่อวิเคราะห์สารประกอบเป้าหมายที่น่าสนใจเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์แบบกำหนดเป้าหมายจะตรวจจับเฉพาะสารประกอบที่รู้จักเท่านั้น และจะพลาดสาร POP ใหม่จำนวนมากที่เกิดขึ้นเนื่องจากการคงอยู่หรือสารเคมีสลายตัวและสลายตัวในสิ่งแวดล้อม

POP จำนวนมากไม่ได้รับการระบุ เนื่องจากหน่วยงานกำกับดูแลจะตรวจสอบเฉพาะสารปนเปื้อนที่ทราบเท่านั้น ซึ่งหมายความว่ามีข้อมูลไม่เพียงพอเกี่ยวกับสารประกอบที่ไม่ได้รับการควบคุมนับพันที่อาจสังเคราะห์โดยอุตสาหกรรมเคมี รวมถึงสารตั้งต้นที่เป็นไปได้และผลพลอยได้ที่อาจก่อให้เกิดสารที่เป็นอันตรายมากยิ่งขึ้น สารปนเปื้อนใหม่ๆ เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในสิ่งแวดล้อมและห่วงโซ่อาหาร ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องขยายขอบเขตการวิเคราะห์และพัฒนาวิธีการใหม่ที่ไม่เพียงแต่พิจารณา POP แบบเดิมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิธีแก้ไขปัญหาที่กำลังเกิดขึ้นอีกด้วย

ข้อจำกัดของการวิเคราะห์แบบกำหนดเป้าหมายนี้เป็นอุปสรรคต่อการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมของตัวอย่างสิ่งแวดล้อม อาหาร และเลือดมนุษย์ที่ซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยสารประกอบอื่นๆ มากมายที่อาจรบกวนการตรวจจับและการวัดปริมาณที่แม่นยำ นอกจากนี้ สารปนเปื้อนจำนวนมากยังมีอยู่ในปริมาณที่น้อยมาก โดยมักจะอยู่ในส่วนย่อยต่อล้านล้าน ทำให้จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ขั้นสูงที่มีความเฉพาะเจาะจงและความไวสูงกว่า

การวิเคราะห์ POPs ที่รวดเร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Université de Liège ประเทศเบลเยียม กำลังใช้สเปกโตรมิเตอร์มวลไอออนที่ติดอยู่ควบคู่ไปกับเวลาการบิน (TIMS-TOF) เพื่อแก้ไขข้อจำกัดของวิธีการวิเคราะห์ในปัจจุบันในการตรวจจับและติดตาม POP Gauthier Eppe ศาสตราจารย์เต็มขั้นและผู้อำนวยการหน่วยวิจัย MSLab และระบบโมเลกุล (MolSys) ที่ Université de Liège ผสมผสานความแม่นยำของแมสสเปกโตรเมตรีความละเอียดสูงเข้ากับซอฟต์แวร์ เพื่อให้การวิเคราะห์ที่รวดเร็วและแม่นยำของสารปนเปื้อนหลากหลายประเภท เช่น ไดออกซิน PFAS และยาฆ่าแมลง

ความแตกต่างระหว่าง TIMS-TOF และวิธีการวิเคราะห์อื่นๆ คือการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ระหว่างแมสสเปกโตรเมทรีที่มีความละเอียดสูงและสเปกโตรเมทรีการเคลื่อนที่ของไอออนที่ติดอยู่ ซึ่งเป็นเทคนิคการแยกเฟสก๊าซ การเพิ่มมิติเพิ่มเติมของการแยกจะช่วยเพิ่มความแม่นยำและความมั่นใจในการแสดงคุณลักษณะเฉพาะของสารประกอบภายในตัวอย่างที่ซับซ้อน เมื่อเทคนิคสะสมและรวมความเข้มข้นของไอออนของมวลและการเคลื่อนที่ที่กำหนดไปพร้อมๆ กัน ก็จะเพิ่มทั้งความไวและความเร็วของการวิเคราะห์ ความไวของ TIMS-TOF สามารถตรวจจับสิ่งปนเปื้อนในระดับต่ำมากซึ่งไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยวิธีการทั่วไปอื่นๆ ทำให้เหมาะสำหรับการวิเคราะห์และตรวจจับแม้แต่ปริมาณการติดตามที่น้อยที่สุดของ POP

ศาสตราจารย์ Eppe มีส่วนร่วมในการพัฒนาเทคนิคการวิเคราะห์สารตกค้างหลายชนิด ครอบคลุมลักษณะการสัมผัสจากแหล่งวัตถุดิบทางการเกษตร ผลิตภัณฑ์อาหาร และการตรวจติดตามทางชีวภาพของมนุษย์ในของเหลวทางชีวภาพ ขณะนี้เขาร่วมกับทีมงานของเขากำลังพัฒนาและประยุกต์ใช้แนวทางการระบุลักษณะเฉพาะที่ไม่ตรงเป้าหมายในตัวอย่างทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อม โดยเน้นไปที่ POPs ที่มีฮาโลเจนที่เกิดขึ้นใหม่ แต่ยังรวมถึงในเมแทบอลิซึมและลิพิโดมิกส์ด้วย โดยใช้เทคนิคการตรวจจับแมสสเปกโตรเมตรี เช่น TIMS-TOF ศาสตราจารย์ Eppe และทีมงานของเขากำลังตรวจสอบการตอบสนองของโมเลกุลที่ซับซ้อนและการเปลี่ยนแปลงทางชีวโมเลกุลที่เกิดจากการสัมผัสกับ POPs TIMS-TOF อำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์ POP ที่ระบุ ตลอดจนการตรวจจับ POP ใหม่ๆ ที่ไม่ตรงเป้าหมาย ให้การประเมินที่แม่นยำและครอบคลุมของการสัมผัสกับสารปนเปื้อนที่เป็นไปได้

ความก้าวหน้าในการวิเคราะห์ POPs
เนื่องจากสาร POP สามารถเข้าสู่ห่วงโซ่อาหารผ่านแหล่งสิ่งแวดล้อมต่างๆ ซึ่งปนเปื้อนใยอาหารและระบบนิเวศทางน้ำ จึงจำเป็นต้องร่วมมือกับผู้ผลิตอาหารในการตรวจสอบการปนเปื้อนในห่วงโซ่อุปทานอาหาร เนื่องจากความคงอยู่และความสามารถในการขยายขนาดทางชีวภาพในขณะที่พวกมันขยับขึ้นไปบนห่วงโซ่อาหาร POP จึงสามารถเข้มข้นในสายพันธุ์ที่มีระดับโภชนาการสูง นำไปสู่ปริมาณที่สูงขึ้นในอาหาร เช่น เนื้อสัตว์ ผลิตภัณฑ์จากนม และปลา POPs นั้นเป็นสารที่ชอบไขมัน ซึ่งหมายความว่าพวกมันสะสมอยู่ในเนื้อเยื่อไขมันของสัตว์และมนุษย์ ในเนื้อเยื่อไขมัน ความเข้มข้นสามารถขยายได้สูงกว่าระดับพื้นหลังถึง 70,000 เท่า⁵

ความไวใหม่ในการวิเคราะห์สารปนเปื้อนในอาหาร
POPs ก่อให้เกิดภัยคุกคามที่สำคัญต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม แม้ว่าข้อตกลงและกฎระเบียบระหว่างประเทศมีเป้าหมายเพื่อควบคุมและยุติการผลิตและการใช้สารเคมีอันตรายเหล่านี้ ความซับซ้อนของการวิเคราะห์ POP และการพัฒนา POP ใหม่อย่างต่อเนื่องกำลังเป็นอุปสรรคต่อความพยายาม

งานของศาสตราจารย์ Eppe และทีมงานที่ Université de Liège ได้นำไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญในการวิเคราะห์ POPs โดยใช้ TIMS-TOF การผสมผสานแมสสเปกโตรเมทรีที่มีความละเอียดสูงเข้ากับสเปกโตรเมทรีการเคลื่อนที่ของไอออนที่ติดอยู่ ช่วยให้การวิเคราะห์สารปนเปื้อนหลากหลายประเภทได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ รวมถึงที่พบในผลิตภัณฑ์อาหารด้วย TIMS-TOF ช่วยให้นักวิจัยมีความไวและความสามารถรอบด้านที่จำเป็นในการตรวจจับสาร POP ในปริมาณที่น้อยที่สุด เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยของอาหารและปกป้องสุขภาพของมนุษย์

ด้วยการเฝ้าติดตาม POP อย่างต่อเนื่องและพัฒนาวิธีการวิเคราะห์ที่ก้าวหน้า นักวิจัยสามารถรวบรวมข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับสารประกอบที่ไม่ใช่เป้าหมายที่เป็นอันตราย สนับสนุนการห้ามใช้ รวบรวมไว้ในกฎหมาย และมีส่วนร่วมในการให้ข้อมูลที่เชื่อถือได้และกว้างขวางแก่แนวคิดที่เปิดเผย ความก้าวหน้าในวิธีการวิเคราะห์กำลังปูทางสู่อนาคตที่ปลอดภัยและดีต่อสุขภาพยิ่งขึ้น

อ้างอิง
[1] Lallas, Peter L., “อนุสัญญาสตอกโฮล์มว่าด้วยมลพิษอินทรีย์ที่คงอยู่” วารสารกฎหมายระหว่างประเทศอเมริกัน 95.3 (2001): 692-708
[2] ความปลอดภัยของอาหาร: สารมลพิษอินทรีย์ถาวร (POPs), องค์การอนามัยโลก, 20 พฤศจิกายน 2020 เข้าถึงเมื่อวันที่ 27 ตุลาคม 2023 https://www.who.int/news-room/questions-and-answers/item/food-safety-persistent-organic-pollutants-(pops)
[3] ลินด์วอลล์ ซี, กินตี้ เอ็มเอ็ม. “สารเคมีตลอดกาล” ที่เรียกว่า pfas ปรากฏในอาหาร เสื้อผ้า และบ้านของคุณ กสทช. 12 เมษายน 2023 เข้าถึงเมื่อ 15 พฤศจิกายน 2023. https://www.nrdc.org/stories/forever-chemicals-called-pfas-show-your-food-clothes-and-home.
[4] Phillis, M., “EPA เพื่อจำกัด 'สารเคมีถาวร' ที่เป็นพิษในน้ำดื่ม" เอพีนิวส์, 2023. https://apnews.com/article/epa-pfas-forever-chemicals-water-contamination-regulations-560d0ce3321e7fa8ed052f792c24f16f
[5] สารมลพิษอินทรีย์ถาวร (POPs) และยาฆ่าแมลง สารมลพิษอินทรีย์ถาวร (POPs) และยาฆ่าแมลง เข้าถึงเมื่อวันที่ 2 พฤศจิกายน 2023. https://www.unep.org/cep/persistent-organic-pollutants-pops-and-pesticides.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://envirotecmagazine.com/2024/02/05/measurement-of-persistent-organic-pollutants-recent-progress-profiled/