Perfluoroctansulfonsäure (Anion Perfluoroctansulfonat oder kurz PFOS) ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS). Üblicherweise wird bzw. wurde es im Handel als Kalium-[S 2], Lithium-[S 3], Ammonium-[S 4], Diethanolammonium-[S 5] oder Tetraethylammoniumsalz[S 6] angeboten. PFOS wurde 2009 als Schadstoff in den Anhang B des Stockholmer Übereinkommens aufgenommen.[6]
Strukturformel | ||||||||||||||||
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Allgemeines | ||||||||||||||||
Name | Perfluoroctansulfonsäure | |||||||||||||||
Andere Namen |
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Summenformel |
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Kurzbeschreibung |
weißer Feststoff[1] | |||||||||||||||
Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||||||||
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Eigenschaften | ||||||||||||||||
Molare Masse | 500,13 g·mol−1 (Säure) | |||||||||||||||
Aggregatzustand |
fest[1] | |||||||||||||||
Schmelzpunkt |
90 °C[1] | |||||||||||||||
Siedepunkt |
258–260 °C[1] | |||||||||||||||
Löslichkeit |
570 mg·l−1 (bei 24–25 °C)[2] | |||||||||||||||
Sicherheitshinweise | ||||||||||||||||
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MAK |
Schweiz: 0,01 mg·m−3 (gemessen als einatembarer Staub)[5] | |||||||||||||||
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). |
Geschichte
Bearbeiten1953 entdeckte Patsy O’Connell Sherman bei 3M zufällig die Reinigungswirkung eines Fluorpolymeres. Sie und Samuel Smith brachten bis 1956 Perfluoroctansulfonat zur Produktreife.[7][8]
Gewinnung und Darstellung
BearbeitenDie Darstellung von PFOS erfolgt durch die elektrochemische Fluorierung von Octansulfonylchlorid in wasserfreiem Fluorwasserstoff. Dabei entstehen drei Viertel lineares und ein Viertel verzweigtes Perfluoroctansulfonylfluorid.
Durch Hydrolyse von Perfluoroctansulfonylfluorid wird PFOS erhalten.[9][10]
Von PFOS gibt es theoretisch 89 Skelettisomere.[11]
Eigenschaften
BearbeitenDie Besonderheit von PFOS liegt darin, dass die perfluorierte Gruppe unpolar ist, die polare anionische Gruppe dagegen hydrophil. Es ist damit ein Tensid.
PFOS ist umweltpersistent, bioakkumulierbar und für Säugetiere giftig. Aus diesem Grund haben alle deutschen Chemieunternehmen die Produktion von PFOS im Jahr 2002 weltweit eingestellt[12] und viele Produkte auf die kürzerkettige Perfluorbutansulfonsäure (PFBS) umformuliert.
Verwendung
BearbeitenPFOS wurde hauptsächlich dazu verwendet, um Materialien wie Textilien, Teppiche und Papier fett-, öl- und wasserfest zu imprägnieren (3M Scotchgard). Daneben wurde und wird es bei der Verchromung, in der Analogfotografie, in älteren Feuerlöschschäumen (AFFF) und in Hydraulikflüssigkeiten für die Luft- und Raumfahrt verwendet.
In die Umwelt wird PFOS weiterhin emittiert. Die wichtigsten Quellen sind Metallverarbeitung (Verchromung) und Feuerlöschschäume.[13]
Als Ersatz von PFOS wird 6:2-FTS in Hart- und Dekorativverchromungsverfahren in der Galvanotechnik eingesetzt.[14][15][16] Bei Löschschäumen kommen 6:2-FTS und seine Derivate sowie fluorfreie Alternativen zum Einsatz.[17][18]
Biologische Bedeutung
BearbeitenDie PFOS-Exposition wird für den Zeitraum von 1999 bis 2015 mit jährlich rund 382.000 Todesfällen bei erwachsenen US-Bürgern in Verbindung gebracht. Für den Zeitraum von 2015 bis 2018 sank die Anzahl auf etwa 69.000 pro Jahr.[19] Primäre Todesursachen waren Herzkrankheiten und Krebs.[19]
2023 stufte die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) PFOS als krebserregend Gruppe 2B (möglicherweise karzinogen für Menschen) ein.[20][21]
Grenzwerte
BearbeitenDie EFSA hat die tolerierbare wöchentliche Aufnahmemenge (engl. tolerable weekly intake, TWI) im Dezember 2018 auf 13 ng pro kg Körpergewicht und Woche gesenkt. Es wurde festgestellt, dass die Exposition eines namhaften Anteils der Bevölkerung höher ist als dieser Wert.[22]
Laut Wasserrahmenrichtlinie betragen die Jahresdurchschnitts-Umweltqualitätsnormen 0,65 ng·l−1 für Binnenoberflächengewässer bzw. 0,13 ng·l−1 für sonstige Oberflächengewässer. Die Umweltqualitätsnorm für Biota (Fische) beträgt 9,1 μg·kg−1 Nassgewicht.[23]
Trinkwasser
BearbeitenIn der Neufassung der Europäischen Trinkwasserrichtlinie – Richtlinie (EU) 2020/2184 – vom 16. Dezember 2020 gibt es keine Mindestanforderung spezifisch für PFOS. Allerdings gibt es eine solche (0,1 μg/l) für die Summe der PFAS, also die Summe von 20 PFAS – Perfluorcarbonsäuren und Perfluorsulfonsäuren mit Kohlenstoffkettenlängen von 4 bis 13 – zu welchen auch PFOS gehört.[24]
In den Vereinigten Staaten wurde der Trinkwasserrichtwert für die lebenslange Exposition im Juni 2022 neu festgelegt.[25] Der neue Wert beträgt 0,02 ng/l, während der zuvor gültige, 2016 festgelegte Wert 70 ng/l betrug.[26][27]
Vorkommen in der Umwelt
BearbeitenIm Sommer 2006 wurden im Rhein und in der Ruhr hohe PFOS-Werte gemessen. Klärschlämme aus Belgien, die falsch deklariert waren, brachten die Stoffe nach Deutschland. Nachforschungen ergaben den Verdacht, dass Landwirte dafür bezahlt wurden, den belasteten Klärschlamm auf ihren Feldern auszubringen. Von dort gelangten Bestandteile in Grund- und Flusswasser.[28][29]
2012 wurden im Badesee Stoibermühle nördlich des Flughafens München sowie im Lindacher See nördlich des Fliegerhorstes Ingolstadt/Manching erhöhte Werte von verschiedenen perfluorierten Tensiden nachgewiesen, darunter auch PFOS (1 µg/l, Grenzwert: 0,3 µg/l).[30]
2015 wurden im Badesee Birkensee östlich von Nürnberg erhöhte Werte von verschiedenen PFAS nachgewiesen (3 µg/l), darunter auch PFOS. Zeitweilig wurde ein Badeverbot erlassen.[31]
In rund drei Viertel der 55 der 2021 und 2022 im Kanton St. Gallen untersuchten Bäche und Flüsse war das chronische Qualitätskriterium von 2 ng/l für PFOS überschritten, womit die Gefahr einer sekundären Vergiftung von fischfressenden Vögeln und Säugetieren besteht. Der Mediankonzentration lag bei 10 ng/l PFOS, der Maximalwert bei rund 2000 ng/l.[32][33]
Das US-Verteidigungsministerium gab im November 2019 bekannt, dass es über die 401 bislang benannten inzwischen weitere Standorte identifiziert habe, die mit PFOS bzw. PFOA kontaminiert seien.[34]
Trotz des globalen weitreichenden Verbots stiegen die PFOS-Konzentrationen in der Luft zwischen 2009 und 2017 an vielen Messstationen weiter an.[35]
Fische
BearbeitenBei Fischen aus der Moosach warnte die Behörde 2019 vor dem häufigen Verzehr.[36]
Das Niedersächsische Verbraucherschutzministerium riet im April 2020 in einer Verzehrempfehlung auf den regelmäßigen Verzehr von niedersächsischen Flussfischen zu verzichten. Bei einer Untersuchung von Fischproben betrug der Median der PFOS-Konzentrationen im Muskelgewebe der Fische 7,8 μg/kg.[37]
In Fischfilets aus zehn Seen südlich und westlich der Alpen lagen die PFOS-Konzentrationen im Bereich von 0,2–50 μg/kg, während die Konzentrationen in den Innereien und den übrigen Körperteilen etwas höher waren.[38]
Der Median der PFOS-Konzentration lag bei den 2021 und 2022 im Kanton St. Gallen untersuchten Bachforellen bei 13 μg/kg. Rund ein Drittel der Fische wies eine PFOS-Konzentration auf, die für fischfressende Vögel und Säugetiere problematisch sein kann.[32][33]
Mensch
BearbeitenAuch Muttermilch aus allen Kontinenten enthält PFOS.[39] Bei 99 % der Einwohner Kaliforniens wurde PFOS im Blutserum nachgewiesen.[40] Alle der 100 zwischen 2009 und 2019 genommenen Humanblutproben aus der deutschen Umweltprobenbank enthielten zwischen 1,21 und 14,1 μg/L PFOS.[41] In allen Blutplasma-Proben von 1109 Kindern und Jugendlichen zwischen 3 und 17 Jahren, die im Rahmen der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit von Kindern und Jugendlichen (GerES V) untersucht worden waren, wurde PFOS nachgewiesen.[42]
Verbot
BearbeitenDas Europäische Parlament beschloss im Oktober 2006, die Verwendung von PFOS auf wenige Einsatzbereiche einzuschränken. Die „Richtlinie 2006/122/EG des Europäischen Parlaments und des Rates“ trat am 27. Dezember 2006 durch Veröffentlichung im Amtsblatt der Europäischen Union (2006 / L 372) in Kraft.[43]
In der 4. Vertragsparteienkonferenz des Stockholmer Übereinkommens (Genf, 4. bis 8. Mai 2009) wurde entschieden, PFOS in den Anhang B der unter dieser Konvention eingeschränkten Stoffe aufzunehmen.[44] Die 9. Vertragsparteienkonferenz beschloss 2019 die Streichung der unbefristeten Ausnahmen für Foto-/Bildbearbeitung, Fotoresistlacke und Antireflexbeschichtungen für Halbleiter, Ätzmittel für Verbindungshalbleiter und Keramikfilter, Hydraulikflüssigkeiten für die Luft- und Raumfahrt sowie für bestimmte Medizinprodukte.[45]
Die Umsetzung in der EU erfolgt durch die Verordnung (EU) 2019/1021, welche die Verordnung (EG) Nr. 850/2004 ablöste. Die einzige vom Verbot ausgenommene Verwendung ist als „Mittel zur Sprühnebelunterdrückung für nicht dekoratives Hartverchromen (Chrom VI) in geschlossenen Kreislaufsystemen“.[46]
Perfluoroctansulfonsäure und ihre Derivate sind als „prioritärer gefährlicher Stoff“ in Anhang X der europäischen Richtlinie 2000/60/EG (Wasserrahmenrichtlinie) aufgeführt.[47]
Nachweis
BearbeitenDer zuverlässige qualitative und quantitative Nachweis von PFOS in unterschiedlichen Untersuchungsmaterialien gelingt nach adäquater Probenvorbereitung durch die Kopplung der HPLC mit der Massenspektrometrie.[48][49]
Anmerkungen
Bearbeiten- ↑ Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Anion: CAS-Nr.: 45298-90-6, PubChem: 3736298 , Wikidata: Q81977072 .
- ↑ Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Kaliumperfluoroctansulfonat: CAS-Nr.: 2795-39-3, EG-Nr.: 220-527-1, ECHA-InfoCard: 100.018.661, GESTIS: 113462, PubChem: 23669238, ChemSpider: 68535, Wikidata: Q27276914 .
- ↑ Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Lithiumperfluoroctansulfonat: CAS-Nr.: 29457-72-5, EG-Nr.: 249-644-6, ECHA-InfoCard: 100.045.117, GESTIS: 137396, PubChem: 23677927, ChemSpider: 118370, Wikidata: Q27251563 .
- ↑ Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Ammoniumperfluoroctansulfonat: CAS-Nr.: 29081-56-9, EG-Nr.: 249-415-0, ECHA-InfoCard: 100.044.908, GESTIS: 137199, PubChem: 15607692, ChemSpider: 107238, Wikidata: Q72443080 .
- ↑ Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Diethanolammoniumperfluoroctansulfonat: CAS-Nr.: 70225-14-8, EG-Nr.: 274-460-8, ECHA-InfoCard: 100.067.670, GESTIS: 159177, PubChem: 112394, ChemSpider: 100740, Wikidata: Q81985372 .
- ↑ Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Tetraethylammoniumperfluoroctansulfonat: CAS-Nr.: 56773-42-3, EG-Nr.: 260-375-3, ECHA-InfoCard: 100.054.869, GESTIS: 146734, PubChem: 92531, ChemSpider: 83538, Wikidata: Q72481197 .
Siehe auch
Bearbeiten- Perfluoroctansäure (PFOA)
- F-53
- F-53B
Weblinks
Bearbeiten- Fragen und Antworten zu perfluorierten und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) vom Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR)
- PFOS Risk Assessment (englisch; PDF-Datei; 924 kB)
- Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) Fachinformationen des Bundesamts für Umwelt
Einzelnachweise
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- ↑ OECD (Hrsg.): Hazard Assessment of Perfluorooctane Sulfonate (PFOS) and its Salts. 2002, ENV/JM/RD(2002)17/FINAL, S. 11 (oecd.org [PDF]).
- ↑ a b Eintrag zu Perfluoroctansulfonsäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 10. November 2021. (JavaScript erforderlich)
- ↑ Eintrag zu Perfluoroctansulfonsäure im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 9. Juni 2017. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
- ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte, abgerufen am 2. November 2015.
- ↑ Press Release - COP4 - Geneva, 8 May 2009: Governments unite to step-up reduction on global DDT reliance and add nine new chemicals under international treaty
- ↑ Fascinating facts about the invention of Scotchgard™ by Patsy Sherman and Sam Smith in 1956.
- ↑ Patent US2732398: Fluorocarbon sulfonic acids and derivatives. Angemeldet am 9. August 1954, veröffentlicht am 24. Januar 1956, Anmelder: Minnesota Mining & Manufacturing, Erfinder: Thomas J. Brice, Paul W. Trott (Zitat: “The n-perfluorooctane compounds, which have a normal chain of eight perfluorinated carbon atoms, CF3(CF2)7−, are of particular noteworthy value as surface active agents and as starting compounds for making surface active compounds.”).
- ↑ Robert C. Buck, James Franklin, Urs Berger, Jason M. Conder, Ian T. Cousins: Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances in the Environment: Terminology, Classification, and Origins. In: Integrated Environmental Assessment and Management. Band 7, Nr. 4, Oktober 2011, S. 513–541, doi:10.1002/ieam.258, PMID 21793199, PMC 3214619 (freier Volltext).
- ↑ Hans-Joachim Lehmler: Synthesis of environmentally relevant fluorinated surfactants—a review. In: Chemosphere. Band 58, Nr. 11, März 2005, S. 1471–1496, doi:10.1016/j.chemosphere.2004.11.078.
- ↑ Sierra Rayne, Kaya Forest, Ken J. Friesen: Congener-specific numbering systems for the environmentally relevant C4 through C8 perfluorinated homologue groups of alkyl sulfonates, carboxylates, telomer alcohols, olefins, and acids, and their derivatives. In: Journal of Environmental Science and Health, Part A. Band 43, Nr. 12, 12. September 2008, S. 1391–1401, doi:10.1080/10934520802232030.
- ↑ Presseinformation des VCI vom 6. Oktober 2005: Daten und Fakten zur Stoffliste des WWF-Bluttests (PDF; 33 kB)
- ↑ Substance flow analysis for Switzerland – Perfluorinated surfactants perfluorooctanesulfonate (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA). Federal Office for the Environment, 2009.
- ↑ H. Hauser, L. Füglister, T. Scheffelmaier: Verwendung von Fluortensiden in der Galvanikbranche, 2020.
- ↑ Wolfram Willand, Yifaat Baron, Markus Blepp, Roland Weber, Christine Herold: Beste verfügbare Techniken für die PFOS-Substitution in der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen sowie Analyse der alternativen Substanzen zu PFOS beim Einsatz in Anlagen zur Verchromung und Kunststoffbeize. Umweltbundesamt, November 2020 (umweltbundesamt.de).
- ↑ Xiaoling Yang, Jun Huang, Kunlun Zhang, Gang Yu, Shubo Deng: Stability of 6:2 fluorotelomer sulfonate in advanced oxidation processes: degradation kinetics and pathway. In: Environmental Science and Pollution Research. Band 21, Nr. 6, März 2014, S. 4634–4642, doi:10.1007/s11356-013-2389-z.
- ↑ laenderfinanzierungsprogramm.de: 01_Anhang_A_Grundlagen PFC-Arbeitshilfe ( vom 23. September 2016 im Internet Archive), abgerufen am 23. September 2016.
- ↑ Liz Nicol, Julius Kreißig, Caspar Corden, Ian Keyte, Rob Whiting, Alex Matulina, David Tyrer, Marc Söllner, Leonie Constantine, Miriam Schöpel, Milos Milunov, Alexandra Polcher, Marlies Warming, Carsten Lassen: The use of PFAS and fluorine-free alternatives in fire-fighting foams. 2020 (europa.eu [PDF]).
- ↑ a b Xue Wen, Mei Wang, Xuewen Xu, Tao Li: Exposure to Per- and Polyfluoroalkyl Substances and Mortality in U.S. Adults: A Population-Based Cohort Study. In: Environmental Health Perspectives. Band 130, Nr. 6, 22. Juni 2022, S. 067007, doi:10.1289/EHP10393, PMID 35731224, PMC 9215707 (freier Volltext).
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- ↑ Shelia Zahm, Jens Peter Bonde, Weihsueh A Chiu, Jane Hoppin, Jun Kanno, Mohamed Abdallah, Chad R Blystone, Miriam M Calkins, Guang-Hui Dong, David C Dorman, Rebecca Fry, Huan Guo, Line S Haug, Jonathan N Hofmann, Motoki Iwasaki, Miroslav Machala, Francesca R Mancini, Silvya S Maria-Engler, Peter Møller, Jack C Ng, Marc Pallardy, Gloria B Post, Samira Salihovic, Jennifer Schlezinger, Anatoly Soshilov, Kyle Steenland, Inger-Lise Steffensen, Volodymyr Tryndyak, Alexandra White, Susan Woskie, Tony Fletcher, Ayat Ahmadi, Nahid Ahmadi, Lamia Benbrahim-Tallaa, Wendy Bijoux, Shirisha Chittiboyina, Aline de Conti, Caterina Facchin, Federica Madia, Heidi Mattock, Mira Merdas, Elisa Pasqual, Eero Suonio, Susana Viegas, Ljubica Zupunski, Roland Wedekind, Mary K Schubauer-Berigan: Carcinogenicity of perfluorooctanoic acid and perfluorooctanesulfonic acid. In: The Lancet Oncology. November 2023, doi:10.1016/S1470-2045(23)00622-8 (elsevier.com [abgerufen am 4. Dezember 2023]).
- ↑ EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM), Helle Katrine Knutsen, Jan Alexander, Lars Barregårdet al.: Risk to human health related to the presence of perfluorooctane sulfonic acid and perfluorooctanoic acid in food. In: EFSA Journal. Band 16, Nr. 12, Dezember 2018, doi:10.2903/j.efsa.2018.5194.
- ↑ Richtlinie 2013/39/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 12. August 2013 zur Änderung der Richtlinien 2000/60/EG und 2008/105/EG in Bezug auf prioritäre Stoffe im Bereich der Wasserpolitik
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- ↑ govinfo.gov
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- ↑ Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000 zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik in der konsolidierten Fassung vom 20. November 2014, abgerufen am 28. Februar 2024. Anhang X.
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