Perfluoroctansulfonsäure

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-, Lithium-, Ammonium-, Diethanolammonium- oder Tetraethylammoniumsalz angeboten. PFOS wurde 2009 als Schadstoff in den Anhang B des Stockholmer Übereinkommens aufgenommen.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Perfluoroctansulfonsäure
Andere Namen	PFOS Perfluoroktansulfonsäure Heptadecafluoroctan-1-sulfonsäure
Summenformel	C8HF17O3S
Kurzbeschreibung	weißer Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 1763-23-1 45298-90-6 (Anion) EG-Nummer 217-179-8 ECHA-InfoCard 100.015.618 PubChem 74483 Wikidata Q902094
Eigenschaften
Molare Masse	500,13 g·mol^−1 (Säure)
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	90 °C
Siedepunkt	258–260 °C
Löslichkeit	570 mg·l^−1 (bei 24–25 °C)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert Gefahr H- und P-Sätze H: 302+332​‐​314​‐​351​‐​360D​‐​362​‐​372​‐​411 P: 201​‐​263​‐​280​‐​303+361+353​‐​305+351+338+310​‐​308+313
MAK	Schweiz: 0,01 mg·m^−3 (gemessen als einatembarer Staub)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Geschichte

1953 entdeckte Patsy O’Connell Sherman bei 3M zufällig die Reinigungswirkung eines Fluorpolymeres. Sie und Samuel Smith brachten bis 1956 Perfluoroctansulfonat zur Produktreife.

Gewinnung und Darstellung

Die Darstellung von PFOS erfolgt durch die elektrochemische Fluorierung von Octansulfonylchlorid in wasserfreiem Hydrogenfluorid. Dabei entstehen drei Viertel lineares und ein Viertel verzweigtes Perfluoroctansulfonylfluorid.

Durch Hydrolyse von Perfluoroctansulfonylfluorid wird PFOS erhalten.

Von PFOS gibt es theoretisch 89 Skelettisomere.

Eigenschaften

Die Besonderheit von PFOS liegt darin, dass die perfluorierte Gruppe unpolar ist, die polare anionische Gruppe dagegen hydrophil. Es ist damit ein Tensid.

Kalottenmodell des Perfluoroctansulfonats. Links die unpolare perfluorierte Kette; rechts die negativ geladene, polare Sulfonatgruppe.

PFOS ist umweltpersistent, bioakkumulierbar und für Säugetiere giftig. Aus diesem Grund haben alle deutschen Chemieunternehmen die Produktion von PFOS im Jahr 2002 weltweit eingestellt und viele Produkte auf die kürzerkettige Perfluorbutansulfonsäure (PFBS) umformuliert.

Verwendung

PFOS 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.

Als Ersatz von PFOS wird 6:2-FTS in Hart- und Dekorativverchromungsverfahren in der Galvanotechnik eingesetzt. Bei Löschschäumen kommen 6:2-FTS und seine Derivate sowie fluorfreie Alternativen zum Einsatz.

Biologische Bedeutung

Die 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. Primäre Todesursachen waren Herzkrankheiten und Krebs.

Grenzwerte

Die EFSA hat die tolerierte Wochendosis (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.

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.

Trinkwasser

In 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.

In den Vereinigten Staaten wurde der Trinkwasserrichtwert für die lebenslange Exposition im Juni 2022 neu festgelegt. Der neue Wert beträgt 0,02 ng/l, während der zuvor gültige, 2016 festgelegte Wert 70 ng/l betrug.

Vorkommen in der Umwelt

Im 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.

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).

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.

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.

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.

Trotz des globalen weitreichenden Verbots stiegen die PFOS-Konzentrationen in der Luft zwischen 2009 und 2017 an vielen Messstationen weiter an.

Fische

Bei Fischen aus der Moosach warnte die Behörde 2019 vor dem häufigen Verzehr.

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.

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.

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.

Mensch

Auch Muttermilch aus allen Kontinenten enthält PFOS. Bei 99 % der Einwohner Kaliforniens wurde PFOS im Blutserum nachgewiesen. Alle der 100 zwischen 2009 und 2019 genommenen Humanblutproben aus der deutschen Umweltprobenbank enthielten zwischen 1,21 und 14,1 μg/L PFOS. 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.

Verbot

Das 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.

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. 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.

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“.

Nachweis

Der zuverlässige qualitative und quantitative Nachweis von PFOS in unterschiedlichen Untersuchungsmaterialien gelingt nach adäquater Probenvorbereitung durch die Kopplung der HPLC mit der Massenspektrometrie.

Siehe auch

• Perfluoroctansäure (PFOA)
• F-53
• F-53B

Weblinks

• 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

1. Dictionary of Organic Compounds. CRC Press, 1996, ISBN 0-412-54090-8, S. 3397 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
2. OECD (Hrsg.): Hazard Assessment of Perfluorooctane Sulfonate (PFOS) and its Salts. 2002, ENV/JM/RD(2002)17/FINAL, S. 11 (oecd.org [PDF]). 
3. Eintrag zu Perfluoroctansulfonsäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 10. November 2021. (JavaScript erforderlich)
4. 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.
5. Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte, abgerufen am 2. November 2015.
6. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Kaliumperfluoroctansulfonat: CAS-Nummer: 2795-39-3, EG-Nummer: 220-527-1, ECHA-InfoCard: 100.018.661, GESTIS-Stoffdatenbank: 113462, PubChem: 23669238, ChemSpider: 68535, Wikidata: Q27276914.
7. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Lithiumperfluoroctansulfonat: CAS-Nummer: 29457-72-5, EG-Nummer: 249-644-6, ECHA-InfoCard: 100.045.117, GESTIS-Stoffdatenbank: 137396, PubChem: 23677927, ChemSpider: 118370, Wikidata: Q27251563.
8. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Ammoniumperfluoroctansulfonat: CAS-Nummer: 29081-56-9, EG-Nummer: 249-415-0, ECHA-InfoCard: 100.044.908, GESTIS-Stoffdatenbank: 137199, PubChem: 15607692, ChemSpider: 107238, Wikidata: Q72443080.
9. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Diethanolammoniumperfluoroctansulfonat: CAS-Nummer: 70225-14-8, EG-Nummer: 274-460-8, ECHA-InfoCard: 100.067.670, GESTIS-Stoffdatenbank: 159177, PubChem: 112394, ChemSpider: 100740, Wikidata: Q81985372.
10. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Tetraethylammoniumperfluoroctansulfonat: CAS-Nummer: 56773-42-3, EG-Nummer: 260-375-3, ECHA-InfoCard: 100.054.869, GESTIS-Stoffdatenbank: 146734, PubChem: 92531, ChemSpider: 83538, Wikidata: Q72481197.
11. 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
12. Fascinating facts about the invention of Scotchgard™ by Patsy Sherman and Sam Smith in 1956.
13. 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.”).‌
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34. (Memento vom 29. November 2015 im Internet Archive) BR, 28. August 2015.
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37. The list of military sites with suspected ‘forever chemicals’ contamination has grown
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50. F. Pérez, M. Llorca, M. Köck-Schulmeyer, B. Skrbić, L. S. Oliveira, K. da Boit Martinello, N. A. Al-Dhabi, I. Antić, M. Farré, D. Barceló: Assessment of perfluoroalkyl substances in food items at global scale. In: Environ Res. 135C, 1 Okt 2014, S. 181–189. PMID 25282275.
51. Z. Lu, L. Song, Z. Zhao, Y. Ma, J. Wang, H. Yang, H. Ma, M. Cai, G. Codling, R. Ebinghaus, Z. Xie, J. P. Giesy: Occurrence and trends in concentrations of perfluoroalkyl substances (PFASs) in surface waters of eastern China. In: Chemosphere. 119C, 11 Sep 2014, S. 820–827. PMID 25218980.