珀金埃爾默企業(yè)管理(上海)有限公司

【概述】

       全氟化合物（PFCs）或全氟烷基表面活性劑（PFAS）是人造化學(xué)品，半個(gè)多世紀(jì)以來常應(yīng)用于表面活性劑、阻燃劑、不粘鍋炊具涂料和紙包裝用涂料中。1, 2由于其不易降解，在過去十年左右的時(shí)間里，全氟化合物開始受到了大量關(guān)注。自來水、食物甚至人體血液中存在全氟化合物的報(bào)告引起了人們對(duì)全氟化合物對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂。3-6因此，分析生物和環(huán)境基質(zhì)的全氟烷基表面活性劑對(duì)于了解它們的最終去向、持續(xù)性和毒性至關(guān)重要。

       最常研究、最為普遍的兩種存在于環(huán)境中的全氟烷基表面活性劑是全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA），二者是幾種商用全氟烷基表面活性劑的最終降解產(chǎn)物。7此外，全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）是最大量生產(chǎn)的兩種全氟烷基表面活性劑。8,9美國環(huán)保署發(fā)布的全氟辛酸和全氟辛烷磺酸飲用水健康限值為70納克/升。10此外，歐盟委員會(huì)最新采納的全氟烷基表面活性劑提案是單類全氟烷基表面活性劑許可含量為100納克/升，總?cè)榛砻婊钚詣┰S可含量為500納克/升。11但不同地區(qū)濃度要求略有不同。例如，瑞典國家食品局最近對(duì)飲用水中的總?cè)榛砻婊钚詣┰S可含量規(guī)定了90納克/升的保守“防治閾值限值”。12現(xiàn)有全氟烷基表面活性劑檢測技術(shù)有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC/MS）、核磁共振技術(shù)（NMR）、串聯(lián)液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC/MS/MS）。全氟磺酰基化合物的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC/MS）分析方法要求在測量之前進(jìn)行衍生化操作，這限制了其環(huán)境監(jiān)測的功能。核磁共振（NMR）的特異性對(duì)于氟化合物檢測是極好的，并且適用于環(huán)境樣品中功率因素校正（PFC）的結(jié)構(gòu)表征。然而，這些檢測方法都有一個(gè)靈敏度低的缺點(diǎn)。串聯(lián)液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC/MS/MS）具有高選擇性與靈敏度，因此，是測定生物和環(huán)境樣品中全氟烷基表面活性劑含量的最常用的分析方法。13

       在液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜聯(lián)用（LC/MS/MS）分析之前實(shí)施固相萃?。⊿PE）程序是從水性環(huán)境基質(zhì)中提取全氟烷基表面活性劑的最常用方法之一。14在本研究中，我們開發(fā)了LC/MS/MS直接進(jìn)樣方法，結(jié)果表明這種簡單的LC/MS/MS

工作流程為飲用水與地表水全氟烷基表面活性劑的分析提供了極好的靈敏度和特異性。

【實(shí)驗(yàn)/操作方法】

標(biāo)準(zhǔn)品與樣品制備

在加拿大安大略省當(dāng)?shù)孬@取包括一些家庭用水和附近地表水的水樣。加入分析用的全氟烷基表面活性劑混合物標(biāo)樣和內(nèi)標(biāo)（IS）來自惠靈頓實(shí)驗(yàn)室（安大略省奎爾夫）。LC/MS級(jí)水質(zhì)的水購自Thermo Fisher（美國馬薩諸塞州）。將儲(chǔ)備溶液用LC/MS級(jí)水連續(xù)稀釋，制備0.5 – 2000 ng/L（ppt）的校準(zhǔn)溶液。首先將水樣通過0.45μm尼龍過濾器過濾并離心處理，然后將50μL上清液直接注入到珀金埃爾默? SPP C18（100 x2.1 mm，2.7μm）反相分析柱上進(jìn)行進(jìn)一步分析。

為了考察記憶效應(yīng)，使用LC/MS級(jí)空白水溶液作為空白樣品。

液相色譜法條件和質(zhì)譜法參數(shù)設(shè)置

液相色譜法條件如表1所示。首先用95%流動(dòng)相A以1.0mL/min沖洗樣品1分鐘，然后緩慢提高至98%流動(dòng)相B，以0.5 mL/min的流速洗脫所有目標(biāo)分析物，總操作時(shí)間大約18分鐘，見表2。

表1.液相色譜法條件

表2.液相色譜時(shí)間程序

離子源設(shè)置如表3所示。包括氣體流量、溫度和位置設(shè)置在內(nèi)的源參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)儀器的最大靈敏度。此外，表4

列出了包括9種內(nèi)標(biāo)在內(nèi)的所有全氟烷基表面活性劑分析物（PFAS）的多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）轉(zhuǎn)換列表的優(yōu)化化合物相關(guān)

參數(shù)。通過在Simplicity軟件的時(shí)間管理多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）模塊中定義相關(guān)分析物的預(yù)期保留時(shí)間及其相應(yīng)的時(shí)間窗口，自動(dòng)生成MS采集方法。

表3. MS源設(shè)置。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論】

采用125 ng/L，17種全氟烷基表面活性劑加標(biāo)的LC/MS級(jí)水的代表性色譜圖如圖1（全氟乙酸）、圖2（全氟磺酸鹽）所示。色譜分析表明，隨著保留時(shí)間的增加，峰面積信號(hào)響應(yīng)一般下降，全氟正十六酸（PFODA）除外，其反應(yīng)比C12至C16全氟乙酸更好。Brownlee? SPP C 18色譜柱所示的17種全氟烷基表面活性劑的色譜分離相當(dāng)不錯(cuò)（圖1、2和表4）。然而，觀察到全氟十一烷酸（PFUnDA）和全氟癸烷磺酸（PFDS）在當(dāng)前的液相色譜分析條件下共洗脫。我們還測試了不同的液相梯度，但由于它們具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此并沒有改進(jìn)這兩種物質(zhì)的分離情況。需要進(jìn)一步研究以解決此類問題。

圖1. 125 ng/L加標(biāo)全氟乙酸色譜圖。

圖2. 125 ng/L加標(biāo)全氟化磺酸鹽色譜圖。

表4.針對(duì)所有全氟烷基表面活性劑的MRM和化合物相關(guān)參數(shù)。

系統(tǒng)背景污染分析

      在簡單過濾和離心水樣后，由于與工業(yè)廢水相比，飲用水或地表水相對(duì)更清潔，因此，樣品基質(zhì)效應(yīng)可忽略不計(jì)。然而，系統(tǒng)污染可能是全氟烷基表面活性劑的LC/MS/MS分析的主要問題。污染可能是由液相色譜系統(tǒng)中使用的管道、過濾器、配件甚至溶劑引起的。例如，聚四氟乙烯（PTFE）是幾乎所有液相色譜系統(tǒng)管道和過濾器常用的材料，它可能成為分析過程中全氟烷基表面活性劑污染的來源。為了解決這一污染問題，在混合閥和自動(dòng)進(jìn)樣器之間插入延遲柱（Brownlee，SPP C18，50x3mm，2.7μm）以阻擋泵中的全氟烷基表面活性劑。圖3顯示了此類情況下PFDoDA和PFTriA檢測中，LC泵系統(tǒng)的背景污染示例，可見一個(gè)保留時(shí)間更長的小峰，這就是被延遲柱延遲的組分。這些間隔清晰的污染峰的特性可以通過定量離子和定性離子及其相應(yīng)的離子比來確認(rèn)。在本研究中，定性確認(rèn)了PFHxDA、PFTA、PFUnDA、PFDA、PFOS、PFOA、PFHxS、PFPeA、PFBA存在于背景污染中。

       另一種污染源可能來自內(nèi)標(biāo)混合溶液。如內(nèi)標(biāo)加標(biāo)的水空白樣品（未顯示）所示，IS內(nèi)標(biāo)原液可能已因不明原因被

PFHxA、PFHxS、PFOA、PFNA、PFDA、PFUnDA等不同濃度的分析物（濃度可達(dá)40ppt左右）污染了，這可通過定量和定性離子證實(shí)。在分析物濃度較低情況下，這種污染可能導(dǎo)致定量誤差（詳見下文說明）。因此，除非另有說明，否則此處討論的所有結(jié)果均來自未加入內(nèi)標(biāo)的校準(zhǔn)標(biāo)品。

       最后，另一種潛在污染可能來自LC/MS級(jí)水溶液。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，將LC/MS級(jí)水直接注入系統(tǒng)，除了PFoDA之外，系統(tǒng)沒有顯示所有分析物的MS響應(yīng)，而PFoDA通過鑒定并估計(jì)小于2 ppt（低于本研究設(shè)定的PFoDA的定量限）。這種低濃度干擾對(duì)本研究的有效性影響很小或無影響，因此可以忽略不計(jì)。

記憶效應(yīng)

通過注入最高濃度的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品（此情況下為2000 ppt）然后注入空白水來研究記憶效應(yīng)。在當(dāng)前LC/MS/MS方法的檢出限下，注入高濃度標(biāo)準(zhǔn)品后未觀察到分析物峰值。兩次進(jìn)樣的重疊的總離子色譜圖如圖4所示，證明該方法的記憶效應(yīng)不明顯。

圖3.延遲柱隔離的系統(tǒng)背景污染示例。

圖4. 2000 ppt標(biāo)準(zhǔn)品（紅色）和空白水（綠色）總離子色譜圖重疊情況。

線性

      在添加和不添加內(nèi)標(biāo)的溶液（純?nèi)軇┲兄苽浜瓦\(yùn)行十三種濃度水平的分析物混標(biāo)，進(jìn)行校準(zhǔn)。在峰高或峰面積方面，中高濃度校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品無顯著差異。由于上述內(nèi)標(biāo)污染問題，當(dāng)使用內(nèi)標(biāo)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，校準(zhǔn)曲線在低濃度范圍內(nèi)失去線性，在對(duì)未知樣品進(jìn)行定量時(shí)這可能會(huì)導(dǎo)致誤差。此外，樣品基質(zhì)（清潔飲用水或地表水）相對(duì)簡單。因此，在清潔飲用水樣品中使用內(nèi)標(biāo)并不像在其他復(fù)雜基質(zhì)中添加內(nèi)標(biāo)那樣重要。所以，這里討論的所有結(jié)果都是從未使用內(nèi)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)品中獲得的。本研究中PFBS、PFOA和PFODA的校準(zhǔn)曲線示例如圖5所示?？傮w而言，所有分析物的校準(zhǔn)曲線均顯示良好的線性，所有分析物的回歸系數(shù)R2≥0.99。所有分析物在250和500ng/L（或ppt）下的定量精密度（%RSD，n=3）均在0.4%-8.3%范圍。

定量限和檢測結(jié)果

       對(duì)于分析物定量離子，定量限（LOQ）是基于信噪比≥10來確定的。通過確保產(chǎn)物離子比率（定性與定量）在預(yù)期比率的20%容差窗口內(nèi)來確認(rèn)每種全氟烷基表面活性劑分析物的特性。表5列出了定量限（LOQ）以及水樣結(jié)果。檢測的碳鏈長度為9或更小的大多數(shù)全氟烷基表面活性劑在水基質(zhì)中的LOQ≤10 ng/L（或ppt）。本研究發(fā)現(xiàn)其他具有較長鏈的全氟烷基表面活性劑具有≤63 ng/L的LOQ，但PFODA除外，其LOQ為2 ng/L，原因在于其具有良好的信號(hào)強(qiáng)度（可能是相當(dāng)好的電離效率的結(jié)果）。

       我們利用開發(fā)的LC/MS/MS方法分析了12個(gè)水樣中的全氟烷基表面活性劑。樣品S1和S6中明確識(shí)別出的PFAS的實(shí)例色譜圖分別見圖6和7。所有研究樣品的計(jì)算濃度以及相應(yīng)的方法、定量限請(qǐng)見表5。對(duì)于所有真實(shí)水樣，沒有檢測到等于或長于C10的PFAS。在家庭用水樣本（S1、S2、S7、S11）、自來水樣本（S3、S8）和小河流或池塘水樣本（S5、S9）中發(fā)現(xiàn)了全氟辛烷磺酸。在其中七個(gè)水樣中發(fā)現(xiàn)了另一種常見的污染物PFOA。這與許多文獻(xiàn)的發(fā)現(xiàn)一致。發(fā)現(xiàn)湖水（S6）和噴泉水（S10）樣品具有高PFBA，一種短鏈全氟酸，其為長鏈全氟酸的降解產(chǎn)物。最近的研究表明，短鏈PFAS可能比長鏈PFAS具有更高的生物累積效應(yīng)。15然而，在目前的實(shí)驗(yàn)條件下，沒有從市場上出售的瓶裝飲用水樣品（S12）中發(fā)現(xiàn)PFAS峰值。

圖5.純水中PFBS、PFOA和PFODA的校準(zhǔn)曲線示例。

表5.納克/升濃度下采用定量限方法明確識(shí)別的水中全氟烷基表面活性劑之檢測結(jié)果匯總

圖6. S1樣品檢出全氟烷基表面活性劑與空白樣品基準(zhǔn)進(jìn)行的對(duì)比

圖7. S6樣品檢出全氟烷基表面活性劑與空白樣品基準(zhǔn)進(jìn)行的對(duì)比

結(jié)論

      通過LX-50 UHPLC系統(tǒng)與QSight 220三重四極桿質(zhì)譜儀聯(lián)用，開發(fā)了簡單而可靠的液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC/MS/MS）方法，用于在低ng/L（或ppt）濃度水平的飲用水或地表水中進(jìn)行PFAS分析。此方法的定量限低于許多地方法規(guī)所規(guī)定的限值，適用性非常廣泛。

       本研究有效地利用了Simplicity軟件的時(shí)間管理MRM模塊對(duì)飲用水或地表水樣品中的17種PFAS進(jìn)行檢測。此功能省去了質(zhì)譜分析法在樣品中多種分析物檢測的最佳駐留時(shí)間方面的優(yōu)化。從ng/L到μg/L（或ppt到ppb）水平條件下，定量限為1-63ng/L（或ppt）的17種PFAS中大多數(shù)的校準(zhǔn)曲線（R2 0.99）的線性良好。

對(duì)于分析的幾個(gè)真實(shí)水樣，發(fā)現(xiàn)除了市售的瓶裝飲用水樣品之外，17種PFAS中至少有兩種被明確檢出。

【參考文獻(xiàn)】

1.Schultz,M.M.;Barofsky,D.F.;Field,J.A.,Fluorinated alkyl surfactants.Environ.Eng.Sci.20,(5),487-501(2003).

2.3M Environmental and health assesment of Per?uorooctane sulfonate and its salts.;U.S.Evironmental Protection Agency Public Docket AR226-1486.:Washington,DC(2003).

3.Boulanger,B.;Peck,A.M.;Schnoor,J.L.;Hornbuckle,K.C.,Mass budget of per?uorooctane surfactant in Lake Ontario.Environ.Sci.Technol.39,(1),74-79(2005).

4.Giesy,J.P.;Kannan,K.,Global distribution of per?uorooctanesulfonate in wildlife.Environ.Sci.Technol.35,(7),

1339-1342(2001).

5.Kannan,K.;Corsolini,S.;Falandysz,J.;Fillmann,G.;Kumar,K.S.;Loganathan,B.G.;Mohd,M.A.;Olivero,J.;VanWouwe,

N.;Yang,J.H.;Aldous,K.M.,Per?uorooctanesulfonate and related ?uorochemicals in human blood from several countries.Environ.Sci.Technol.38,(17),4489-4495(2004).