科学家最新发现永久性化学物质具有惊人的酸性

许多这类有毒化学物质具有强酸性，意味着它们极易释放质子并带负电荷。这种特性使其更易溶于水并扩散。

最新研究发现，某些全氟烷基物质（PFAS）的酸性远超预期——这一认知对预测其在环境中的迁移性及人体健康潜在影响至关重要。

由布法罗大学领衔的研究团队开发了创新实验方法，精确测定了10种PFAS及其3种常见降解产物的酸度。上月发表于《环境科学与技术快报》的研究显示，这些物质的酸解离常数（pKa）多数低于既往实验数据，部分数值与计算化学模型的预测存在显著差异。例如特氟龙生产中用GenX替代全氟辛酸（PFOA）时，其pKa值比早前研究记录低约一千倍。

pKa值越低，化学物质释放质子并以带电形态存在的倾向越强。

"这些发现表明先前测量低估了PFAS的酸性，意味着对其环境持久性和扩散能力的认知也存在偏差，"通讯作者、UB RENEW研究所高级科学家Alexander Hoepker博士指出。

更精确的pKa测量有助于理解PFAS的环境行为。该参数能解释化学物质是溶于水体、吸附于土壤/生物膜还是挥发至大气等关键差异。

"若要掌握这些有害物质的扩散规律，建立可靠的pKa测定方法至关重要，"RENEW研究所所长、纽约州立大学杰出教授Diana Aga博士强调。该研究获美国国家科学基金会资助，并与圣文德大学化学系主任Scott Simpson博士及西班牙水环境研究所合作完成。

实验与计算的融合

PFAS由高度氟化的疏水尾部和亲水头部构成。备受关注的PFAS多具有强酸性头部基团，使其更易释放质子形成带电态。

PFAS呈中性或带电态取决于环境pH值。pKa即指示该转换临界点的参数。但学界对PFOA等物质的pKa测定长期存在分歧，部分原因或与实验玻璃器皿有关。

"PFAS易吸附于玻璃表面，这会干扰传统体相测量法，"Hoepker解释，"过量有机溶剂的使用同样会导致pKa测量偏差。"

研究团队采用氟核磁共振与质子核磁共振谱技术（可视为分子级MRI），通过探测原子核在强磁场中的射频响应来识别PFAS带电状态。当头部基团带负电时，邻近氟原子会产生特征频率偏移。

"这种原子级检测能规避玻璃吸附造成的误差，这是传统方法无法实现的，"Hoepker表示。对于超强酸性PFAS（pKa<0），团队结合密度泛函理论计算预测其中性态核磁位移。

精准测定问题PFAS

最难测定的PFOA（曾广泛用于不粘锅，去年被EPA列为危险物质）pKa确定为-0.27，意味着其在任何实际pH环境下均带负电。此前实验测得最高达3.8，计算模型COSMO-RS和OPERA分别预测为0.24与0.34。

全球水体中日益检出的三氟乙酸（TFA）pKa约0.03，酸性远超早前0.30-1.1的估值。研究还首次测定了5:3氟调聚物羧酸等新兴PFAS的pKa，这些物质虽较新但同样存在健康风险。

"新方法将推动计算验证、机器学习模型开发等领域发展，"Aga总结道，"准确掌握新兴PFAS的pKa值，可加速分析方法开发、修复技术研发及风险评估策略制定。"

除Simpson外，合作者还包括西班牙水环境研究所资深科学家Silvia Lacorte，巴塞罗那大学博士生Aina Queral Beltran，以及UB化学系研究生Damalka Balasuriya与Tristan Vick。