超高效液相色谱串联四极杆质谱法测定地表水中 22 种常见 PFAS

前言近年来，全氟和多氟烷基类化合物 (Per-and polyfluoroalkylsubstances, PFAS) 备受关注。PFAS 通常是指结构中疏水烷基链上的两个或更多个碳原子上的氢原子被氟原子取代的化合物，其结构中通常还含有亲水性羧酸基或磺酸基等。根据美国国家环境保护局 (US EPA) 化学品清单网站，按照化合物结构过滤后，满足PFAS 定义的化合物多达 14735 种（截至 2022 年 10 月 30 日）[1]。PFAS 结构中高键能的碳氟键、亲脂的烷基链和亲水基团，赋予此类化合物良好的化学稳定性以及防热、疏水、疏油等特性。因此，PFAS 被广泛应用于各类工业品和消费品的生产中[2]。然而，由于 PFAS 稳定性高，在环境中难以降解，长时间大量生产和使用PFAS 导致目前环境中 PFAS 的赋存很高。已有研究显示，PFAS 广泛存在于地表水、地下水、海水、土壤与沉积物中，在各种环境生物体内累积，并在人血清和母乳中也有检出[3]。    

人体长期暴露于 PFAS 可能导致多器官的健康风险，包括但不限于增加癌症风险、影响激素分泌、导致免疫功能低下、引起生殖发育异常等[4]。目前已有多个国家/地区和国际组织开始对 PFAS的生产、使用和排放进行管控。例如，全氟辛烷磺酸 (PFOS) 及其盐和全氟辛烷酰氯于 2009 年被列入《斯德哥尔摩公约》POPs 名单的附录 B[5]；全氟辛烷羧酸 (PFOA) 类和全氟己基磺酸 (PFHxS)类分别于 2019 年和 2022 年被列入《斯德哥尔摩公约》POPs 名单的附录 A[5]；欧盟于 2020 年颁布的饮用水指令 EU 2020/2184对总 PFAS 和常见的 PFAS 总量进行限制[6]；中国国家卫生健康委员会于 2022 年更新的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022) 规定 PFOA 和 PFOS 的参考限值分别为 80 ng/L 和 40 ng/L[7]；中国生态环境部于 2022 年底将 PFOA 类、PFOS 类和 PFHxS 类纳入《重点管控新污染物清单》（2023 年版）[8]，并于 2023 年底发布了水质和土壤与沉积物中 PFOS 和 PFOA 的环境标准检测方法（即HJ 1333-2023 和 HJ 1334-2023）[9-10]。 

在当前新污染物治理持续深入的大背景下，开发高通量、高灵敏度且稳定可靠的 PFAS 检测方法，以覆盖更多常见的 PFAS，有助于满足各种环境介质和生物介质中 PFAS 的分析需求，促进更全面地评估 PFAS 对生态环境和人体健康的潜在风险，从而为相关的新污染物治理提供更多可靠的数据支撑。本应用简报选择常见的 13 种全氟烷基羧酸和 7 种全氟烷基磺酸以及另外两种在环境介质中常见的 PFAS（即 4,8-二氧杂-3-H-全氟壬酸和 9-氯-3-氧杂全氟壬烷磺酸）作为目标物，开发出一种用于测定环境地表水中的 PFAS 的分析方法，并拟扩展到更大范围的环境基质中。

实验部分试剂和样品甲醇 (MeOH) 和乙腈 (ACN) 均为 HPLC 级（默克，美国）；氨水和乙酸铵均为 LC-MS 级（阿拉丁，上海）；实验用水为市售怡宝饮用纯净水（华润怡宝，深圳）；空白水为市售农夫山泉（农夫山泉，杭州）；地表水样品采集自北京某河流。22 种全氟化合物 (PFAS) 甲醇储备液 (50 mg/L)，包括 13 种全氟烷基羧酸 (PFCAs)、7 种全氟烷基磺酸 (PFSAs)、4,8-二氧杂-3-H全氟壬酸 (ADONA) 和 9-氯-3-氧杂全氟壬烷磺酸 (9Cl-PF3ONS)；9 种 PFCAs 同位素内标甲醇储备液 (2.0 mg/L)；碳同位素标记全氟辛酸储备液 (50 mg/L)，均购自威灵顿实验室（加拿大）。详细信息见表 1。仪器和设备采用 Agilent 1290 Infinity II 超高效液相色谱/6470 三重四极杆质谱系统（安捷伦，美国）。色谱柱选用 Eclipse Plus C18, 2.1 × 100 mm, 1.8 µm（安捷伦，美国）。实验中使用的其他主要设备包括：24 孔固相萃取装置（安谱，上海）；MTN-2800D 氮吹浓缩仪（奥特赛恩斯，天津）；BondElutWAX 固相萃取柱（150 mg/6 mL；安捷伦，美国）；45 μm 混合纤维素滤膜（奥特曼，英国）；0.22 μm GHP 针头式过滤器（安谱，上海）。

标准溶液的配制将 22 种 PFAS 混合标准储备溶液用纯甲醇稀释至 1.0 mg/L，作为 PFAS 混合标准使用液，备用；将 9 种 PFAS 同位素内标储备液用甲醇稀释至 200 µg/L，作为提取内标使用液，备用；将碳同位素标记全氟辛酸储备液用甲醇稀释至 200 µg/L，作为进样内标使用液，备用。然后将 PFAS 混合标准使用液用甲醇逐级稀释成 250、200、100、50、20、10、5、2、1 µg/L 的系列校准标样，向其中添加最终浓度均为 10 µg/L 的提取内标和进样内标，用于评估方法的线性。

样品采集和储存采用干净的聚丙烯 (PP) 材质的塑料瓶采集水样；然后将制备好的水样密封并置于 4 °C 以下避光保存，在 30 天内完成分析。样品前处理量取 500 mL 水样，按照图 1 所示的流程进行样品前处理。简单来说，首先将水样过滤，然后将其中的颗粒部分用甲醇超声提取后与水样滤液合并；向其中加入提取内标，然后加载到 WAX 固相萃取柱上淋洗、净化；将目标化合物洗脱，并将洗脱液用氮气吹干，然后向其中加入进样内标，并用甲醇水溶液复溶，过滤后进样至 LC/MS/MS

质量保证与质量控制一般液相色谱系统中的部分配件会使用含氟材料，且流动相所用的溶剂中也可能存在痕量 PFAS，这两种情况均可能导致系统 PFAS背景升高。为降低来自色谱系统的 PFAS 干扰，可以将含氟组件更换为无氟组件（采用安捷伦无氟工具包，部件号 5004-0006）。如果仍然存在来自流动相的背景干扰峰，则可以在二元梯度泵的混合器与自动进样器之间串联一支较短的色谱柱，用于延迟来自色谱系统和溶剂中的 PFAS 在分析柱上的保留，从而降低或消除背景对目标分析物的干扰。实验前，需要对固相萃取柱、实验用水、空白水和有机溶剂等进行背景考察，确认其中存在的 PFAS含量可忽略不计。为避免在样品前处理过程中引入干扰，在开展每批次实验样品前处理时均同时开展 3 个程序空白实验，以确保程序空白样品中 22 种目标化合物的含量均低于 MDL。

方法检出限和定量限的测定按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ 168-2020)[11]确定 PFAS 的方法检出限 (method detection limit, MDL)。具体而言，选择市售农夫山泉矿泉水为空白基质，向其中添加 2.0 ng/L的 PFAS 标准溶液，平行制备 7 个加标样品；按照图 1 所示的流程进行样品前处理后进样分析；然后计算 7 个平行样品中目标化合物实测浓度的标准偏差，按如下公式计算 MDL 和方法定量限(MQL)：MDL = 3.143 × SMQL = 4 × MDL

方法检出限和定量限的测定按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ 168-2020)[11]确定 PFAS 的方法检出限 (method detection limit, MDL)。具体而言，选择市售农夫山泉矿泉水为空白基质，向其中添加 2.0 ng/L的 PFAS 标准溶液，平行制备 7 个加标样品；按照图 1 所示的流程进行样品前处理后进样分析；然后计算 7 个平行样品中目标化合物实测浓度的标准偏差，按如下公式计算 MDL 和方法定量限(MQL)：MDL = 3.143 × SMQL = 4 × MDL

结论本应用简报利用弱阴离子交换固相萃取法结合超高效液相色谱串联四极杆质谱法，建立了一种测定地表水中的 22 种 PFAS 的定量分析方法。该方法灵敏度高，目标化合物的方法检出限为0.2–0.6 ng/L，定量限为 0.8–2.4 ng/L；线性范围宽，线性响应良好，所有目标化合物在 1.0–250 ng/mL 的浓度范围内的 R2 值均大于 0.995；且加标回收实验结果显示，空白水和地表水中目标化合物的加标回收率为 76.4%–139%，且 RSD 为 1.2%–15%，表明该方法具有出色的准确度和精密度。因此，该方法适用于地表水基质中 22 种 PFAS 的高灵敏度、准确定量筛查。