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为解决目前用单一分布系数模拟 PFAS 在土壤中迁移不准确的问题，研究人员开展了 “矿物学对地下土壤和含水层中 PFAS 和人为阴离子的控制” 的研究。结果发现短链 PFAS 迁移受氧化铝矿物（oid）静电吸附控制，长链受有机物和空气 - 水界面面积控制，该研究对准确评估 PFAS 环境风险意义重大。
在我们生活的地球上，土壤就像一个巨大的 “隐形仓库”，默默储存着各种物质，其中全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）的存在引发了广泛关注。PFAS 是一类人造化合物，广泛用于工业和消费品中，像纺织、造纸、地毯制造等行业都有它的身影。然而，它具有很强的抗降解能力，一旦进入环境，就很难消失，这给环境和人类健康带来了潜在威胁。
目前，在研究 PFAS 在土壤中的迁移时，常用的方法存在很大问题。以往的研究通常把土壤当作均匀的介质，用从富含有机物的表层土壤得出的分布常数（如Kd、Koc ）来代表整个土壤柱，以此来模拟 PFAS 的迁移。但实际上，土壤的地下部分主要由矿物质组成，而且不同深度的土壤，其矿物组成、化学和物理性质差异很大。这种简单的模拟方法无法准确反映 PFAS 在地下土壤中的真实迁移情况，使得我们对 PFAS 在土壤中的命运和归宿知之甚少。
为了深入了解 PFAS 在陆地地下环境中的复杂过程，美国环境保护署（USEPA）等机构的研究人员开展了一项重要研究。研究人员选取了两个曾接受过污泥应用的场地，这些污泥来自已倒闭的纺织厂。在每个研究场地，从地表到 18 米深的含水层，采集了大约 50 个土壤岩心样本，并对其进行了 PFAS 以及一系列地球化学和矿物学性质的分析。
研究人员采用了多种技术方法来开展研究。在采样方面，使用 Geoprobe 钻机在选定的农业场地采集土壤和含水层固体样本，同时安装临时水井采集水样。分析时，对样本进行常规土壤特征参数分析、X 射线衍射分析、选择性萃取以及利用液相色谱 - 串联质谱法分析 PFAS。此外，还通过在线查询美国农业部（USDA）土壤数据库获取美国土壤矿物学数据，并运用特定模型计算可变静电电荷和空气 - 水界面面积。
研究结果如下：
- 矿物风化的地球化学：土壤、沉积物和风化含水层区域由不同的岩石相形成，在风化过程中，原生岩石矿物会发生溶解或重结晶，形成一系列自生矿物。不同的风化阶段会有不同的矿物组合，比如初期和中期风化阶段富含伊利石、蛭石、蒙脱石等黏土，而晚期和极端风化阶段则富含高岭石和（氢）氧化物矿物。其中，像水合氧化铝（HAO）和水合氧化铁（HFO）等亚稳无定形矿物（mineraloids）在土壤中广泛分布，它们具有高表面积和与 pH 及离子强度相关的表面电荷，为带电化合物提供了丰富的吸附位点。
- 地表和地下 PFAS 分布：在研究场地的土壤中，全氟羧酸（PFCAs）是主要的 PFAS 类型。在表层土壤中，PFCAs 浓度最高，且以长链化合物为主；在地下土壤中，PFCAs 浓度较低，且短链化合物占主导。通过分析发现，这可能是因为长链 PFAS 相对不易迁移，而短链 PFAS 迁移性较强。同时，研究还发现全氟磺酸（PFSAs）在 Field 1 中是第二大主要的 PFAS 家族，其分布也呈现出与 PFCAs 类似的规律，且在地下水中，短链 PFAS 的浓度比长链 PFAS 高很多，并且远远超过了美国环保署（EPA）的健康建议值。
- PFAS 与矿物的相互作用：研究人员计算了不同矿物的 pH 依赖型静电电荷，发现铝矿物（oid）如 HAO、三水铝石和高岭石，以及铁矿物（oid）如水合氧化铁（HFO）和针铁矿，在土壤柱中呈现出显著的正表面电荷，为阴离子型 PFAS 提供了潜在的吸附基质。通过热图分析 PFAS 与地球化学性质的关系，发现长链 PFAS 与空气 - 水界面、总有机碳和 HFO 浓度相关，而短链 PFAS 与氧化铝矿物（oid）、黏土浓度以及静电电荷密切相关。这表明短链 PFAS 在地下的迁移可能主要受这些矿物的静电吸附控制，甚至可能存在内在吸附作用。
研究结论和讨论部分指出，土壤是 PFAS 的重要全球储存库，目前用表层土壤得出的分布常数来模拟 PFAS 在地下的迁移并不准确。本研究表明，长链 PFAS 的迁移受地表土壤中的空气 - 水界面和有机物控制，而短链 PFAS 在地下环境中的迁移受静电吸附和可能的内在吸附作用控制。这一研究结果具有重要意义，在局部和当前层面，评估地下 PFAS 和其他有机污染物的研究应改进设计，考虑使用地下土壤的Kd值，并在实际的地下 pH 和离子强度条件下进行吸附实验；从大规模模式来看，短链 PFAS 的使用可能导致环境中 PFAS 的循环更加动态；从未来研究方向考虑，进一步开展特定吸附实验和不同土壤层Kd值的研究，有助于更精确地了解 PFAS 在地下的分配。此外，该研究揭示的 PFAS 迁移机制，也为理解其他进入土壤的人为化合物（如农药和药物）的迁移提供了参考。总之，这项研究为准确评估 PFAS 的环境风险、制定合理的污染治理策略提供了关键依据，对保护生态环境和人类健康具有重要价值。
