重庆大学智悦、中国地质大学(北京)张楚慧ES&T封面综述：全球超短链PFAS的环境分布与积累特征

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成果简介

近日，重庆大学智悦、中国地质大学 ( 北京 ) 张楚慧在环境领域著名学术期刊《 Environmental Science & Technology 》发表题为 “Environmental Occurrence and Biotic Concentrations of Ultrashort-Chain Perfluoroalkyl Acids: Overlooked Global Organofluorine Contaminants” 的论文。文章总结了超短链 PFAAs 的潜在来源、物理化学性质和治理挑战，收集了 1990 年以来超短链 PFAAs 在环境样本和生物体中检出的浓度数据，并分析了其时空分布趋势。本论文旨在为相关管理部门和政府机构全面评估 PFAS 的可持续性和环境安全性提供信息支撑和研究方向 。

超短链 PFAAs 是指碳原子少于 4 个的全氟羧酸和全氟磺酸，包括三氟乙酸（ TFA ）、全氟丙酸（ PFPrA ）、三氟甲磺酸（ TFMS ）、全氟乙烷磺酸（ PFEtS ）和全氟丙烷磺酸（ PFPrS ）。这些化合物由于其分子尺寸小、极性高和水溶性好，在水体、土壤、空气以及生物体内均有发现，且其浓度通常高于长链化合物。其中 TFA 在过去三十年中在地表水、雨水和空气中的浓度显示出上升趋势。超短链 PFAAs 特殊的物化性质使得它们在环境中的迁移和分布行为与长链 PFAAs 不同，且难以通过常规水处理方法去除。因此，针对超短链 PFAAs 在各种环境和生物基质中的浓度数据进行全面的审查分析对完善全球 PFASs 监管体系至关重要 。

图文导读

超短链 PFAAs 在各种环境基质（如水体、土壤、空气等）中的浓度已被报道，所有五种超短链 PFAAs 在欧洲、北美和亚洲的水环境中均有检出。 TFA 在水环境中的中位浓度在欧洲、北美洲和亚洲相似，但在非洲和南美洲的浓度较低。超短链 PFAAs 在水体中的浓度范围大约为 0.011-510,000 ng/L ，而在固体基质（如土壤、沉积物和污泥）中的浓度则在 10 ^-2 -10 ³ ng/g _dw 范围内。超短链 PFAAs 在空气和尘埃中的浓度也被检测到，空气中的浓度在 ng/m³ 级别，尘埃中的浓度与其他固体基质相当。 TFA 通过湿沉降进入生物圈，接触土壤或地表水后，与土壤和水中存在的钠、钾、镁和钙等离子形成盐，最终通过水文循环进入地下水并在水生环境中积累。 从 1990 年至 2024 年的 TFA 数据比较显示， TFA 在地表水、雨水和空气中的浓度在过去三十年中呈上升趋势 。

图 1 ： (A) The global occurrence of ultrashort-chain PFAAs (PFCAs and PFSAs with less than 4 carbons) in aquatic environments. (B) Concentrations of ultrashort-chain PFAAs and number of analytical detections in aquatic environments.

图 2. Reported concentrations of ultrashort-chain PFAAs in (A) aquatic environments, (B) soil, sediment, and sludge, and (C) air and dust.

数据表明， TFA 在大多数环境基质中的浓度普遍高于其他超短链 PFAAs 。 在地表 水（包括海洋）中 ， 超短链 PFAAs 已在北美、欧洲和亚洲广泛检出， TFA 在地表水中的中位浓度比 PFPrA 及其他短链和长链全氟羧酸高 1- 2 个数量级。此外， TFMS 、 PFEtS 和 PFPrS 也在地表水中被检出，其浓度通常在点源附近较高，如氟化学制造厂、污水处理厂、消防训练场和城市及工业垃圾填埋场。现有数据表明，地表水中 TFA 浓度随时间的推移而稳步增加 。

图 3. Changes of TFA concentrations in (A) surface water, (B) rainwater, (C) soil, and (D) air over time. The r ² = 0.60 was observed in air, and r ² < 0.60 was observed in all other matrices.

超短链 PFAAs 在全球范围内的农业用地、森林和住宅及工业区的土壤中均有报道。 TFA 中位数浓度从 1990 年代的 1.0 ng/g dw 增加到 2010 年代的 12 ng/g dw ，呈现整体上升趋势。在中国阜新氟化学工业园附近的土壤中， TFA 的水平高达 2400 ng/g dw ，远超其他 PFCAs 。此外，在农业、住宅和工业区的沉积物中，也报道了 TFA 和 PFPrA 的赋存水平， TFA 的中位数浓度为 47 ng/g dw ， PFPrA 的中位数浓度为 2.5 ng/g dw 。超短链 PFAAs 在沉积物中的浓度通常低于 200 ng/g dw ，但在点源附近较近距离内可能会有更高的赋存水平。在中国上海的 8 个污水处理厂收集的污泥中，总 PFASs 浓度范围在 410 到 760 ng/g dw 之间， TFA （ 230-350 ng/g dw ）占目标 PFASs 的主要部分 。

大气为 PFASs 的长距离运输提供了媒介，两种超短链 PFAAs （ TFA 和 PFPrA ）在气相中被报道检出， TFA 的中位数浓度为 0.76 ng/m ³ （ n=101 ）， PFPrA 的中位数浓度为 24 ng/m ³ （ n=11 ）。数据分析表明，从 1990 年代的 0.050 ng/m ³ 到 2010 年代的 1.4 ng/m ³ ， TFA 在空气中的中位数水平呈现持续增加的趋势 。

图 4. Concentrations of ultrashort-chain PFAAs in (A) plants, (B) wildlife, and (C) human serum.

超短链 PFAAs 在植物、动物、人类以及其他生物样本中也被广泛检出。氟化学制造设施被认为是直接排放 TFA 的源头。大气中的制冷剂光解作用及其随后通过降水沉积到土壤中，也有助于 TFA 在植物中的沉积和积累。此外， TFA 也可以由某些植物保护剂的生物降解作用产生，导致农业场地 TFA 浓度升高。由于 TFA 极强的亲水性和小分子尺寸，维管植物能够通过蒸腾流或直接从雨水和雾中吸收 TFA ，与长链同系物相比， TFA 更容易被植物根部吸收并在植物体内快速转移 。

超短链 PFAAs 在中国、美国、德国、丹麦和挪威的水生和陆生野生动物中均有报道，其浓度与长链 PFASs 相当。 TFA 在食草动物中占主导地位，而食肉动物的 PFAS 以 PFOS 和 PFCAs 为主。食草动物中 TFA 水平的升高与德国生态系统中的最新发现一致 。

数据表明超短链 PFAAs 已在人体血液、血清和尿液中被检出。人体接触超短链 PFAAs 的途径包括通过饮用水摄入、吸入空气中的颗粒、通过食物链摄入、接触家庭尘埃、潜在的工作场所暴露、消防泡沫液（ AFFF ）暴露以及先前暴露的代谢物。