全氟辛酸和全氟辛烷磺酸的提取和檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

徐雙雙 王 尉 湯 樺 賀天雨 趙新穎

(1.北京市理化分析測(cè)試中心，北京 100094；2.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029；3.北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176)

1 前言

全氟辛酸(Perfluorooctanoic acid，PFOA)和全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane sulfonic acid，PFOS)是具有超疏水性的重要工業(yè)前體，在印染、涂料、紡織和化工等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用[1-5]。該類化合物能夠經(jīng)受較強(qiáng)光、熱、化學(xué)和微生物作用以及動(dòng)物的代謝，很難降解[6]，也是一類新型持久性有機(jī)污染物。近年來(lái)，大量報(bào)道PFOA和PFOS在土壤、水、食品和生物樣品都有檢出[7-9]。尤其引起關(guān)注的是PFOA和PFOS具有很強(qiáng)的生物累積性，哺乳動(dòng)物、蚤類和其他水生生物食物鏈等高生態(tài)位的水生生物對(duì)PFOA和PFOS具有很強(qiáng)的生物富集作用[10,11]，分布于血液和肝臟，能引起器官病變、生殖干擾、免疫毒性和致癌性[12]。目前，世界各國(guó)對(duì)PFOA和PFOS的危害和污染已達(dá)成共識(shí)。美國(guó)環(huán)保署飲用水指南規(guī)定PFOA的限值為70 ng/L，歐洲議會(huì)和理事會(huì)修改指令規(guī)定內(nèi)陸地表水中PFOS及其衍生物的含量限制為0.65 ng/L。我國(guó)規(guī)定飲用水中氟化物含量不得超過(guò)1.0 mg/L，但尚未制定PFOA和PFOS單體的限值[13-15]。

PFOA和PFOS檢測(cè)難點(diǎn)在于樣品基質(zhì)的多樣(包含土壤、水、水品和生物組織等)，目標(biāo)物含量低，同系物數(shù)量多；具有超級(jí)疏水性，在紫外、二極管陣列等檢測(cè)器上均無(wú)響應(yīng)。因此，PFOA和PFOS的分離和檢測(cè)都有一定的困難。本文從常規(guī)分析測(cè)試角度出發(fā)，概述了我國(guó)近5年中各類樣品中PFOA和PFOS的提取方法，介紹了常用的色譜以及色譜質(zhì)譜聯(lián)用的檢測(cè)方法，為PFOA和PFOS的日常檢測(cè)提供了一些參考。

2 樣品提取方法

樣品提取方法應(yīng)當(dāng)快速簡(jiǎn)捷，成本低，能滿足大批樣品的檢測(cè)需求，避免浪費(fèi)溶劑，減少二次污染。PFOA和PFOS分布廣泛在食品、動(dòng)物內(nèi)臟、土壤、空氣顆粒物等基質(zhì)中，樣品狀態(tài)有固體、半固體和液體，且含量處于痕量水平。因此，提取方法需要同時(shí)達(dá)到提取、凈化和高倍富集的效果。目前，實(shí)驗(yàn)室常用的有液液萃取法、超聲萃取法、固相萃取法、加速溶劑萃取法和QuEChERS法[16]，見表1。

表1 樣品提取方法、名稱和狀態(tài)

2.1 液液萃取法

液液萃取法利用目標(biāo)物在不同溶劑中溶解性的差異，對(duì)其進(jìn)行提取富集，常用萃取劑有甲基叔丁基醚(MTBE)、四丁基銨(TBA)和乙腈等[17]。王杰明等[18]采用MTBE作為萃取劑對(duì)動(dòng)物內(nèi)臟和肌肉組織中PFOA進(jìn)行液液萃取。取樣本1g，加入2 mL碳酸鈉緩沖溶液(pH 10)，提取液過(guò)WAX柱，洗脫液用氮?dú)獯抵良s0.5 mL，定容至l mL，離心檢測(cè)。結(jié)果顯示，方法檢出限為0.018 μg/L，加標(biāo)回收率為82.9%～113.3%。Thomsen等[19]和Lankova等[20]采用乙腈作為萃取劑對(duì)母乳中PFOA進(jìn)行液液萃取，加標(biāo)0.15 ng/mL或1.5 ng/mL時(shí)回收率分別為92%～106%和93%～117%。液液萃取法是最傳統(tǒng)的提取方法，操作程序相對(duì)繁瑣，耗費(fèi)的萃取劑量較多，不適于大批量樣品的檢測(cè)，目前已逐漸被其他提取方法替代。

2.2 超聲萃取法

超聲萃取法利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化應(yīng)效應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)、擾動(dòng)效應(yīng)、高的加速度、乳化、擴(kuò)散、擊碎和攪拌作用等多級(jí)效應(yīng)，增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度，加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑，促進(jìn)提取的進(jìn)行。實(shí)際檢測(cè)中，這種技術(shù)主要應(yīng)用于固體樣品中PFOA和PFOS的提取，如土壤、底泥、灰塵等。黃東仁[21]采用甲醇作萃取劑對(duì)沉積物中的PFOA進(jìn)行超聲提取，70℃持續(xù)60 min。結(jié)果顯示，PFOA加標(biāo)回收率為(103.2±9.2)%, PFOS加標(biāo)回收率為(82.5±9.2)%,定量限(LOQ，S/N = 10)為0.08 ng/g。Xiang等[22]以谷物和胡蘿卜等可食用作物為研究對(duì)象，比較了甲基叔丁基醚(MTBE)、乙腈/水、四氫呋喃/水)的萃取效果，發(fā)現(xiàn)采用乙腈/水為溶劑進(jìn)行超聲萃取效果最好。超聲萃取法的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需高溫、方便快捷、普適性好；缺點(diǎn)在于只適用于簡(jiǎn)單樣品的提取，對(duì)于生物樣品等復(fù)雜樣品的適用性需進(jìn)一步研究，且大部分樣品經(jīng)過(guò)超聲萃取后要經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮，操作繁瑣，方法穩(wěn)定性不高。

2.3 固相萃取法

固相萃取利用吸附劑將目標(biāo)物吸附，再經(jīng)過(guò)洗脫液洗脫或解吸附，達(dá)到對(duì)目標(biāo)物分離和富集的目的。PFOS等含氟表面活性劑具有較長(zhǎng)的烷基鏈，可利用同相萃取法來(lái)進(jìn)行富集提取。目前，樣品提取使用較多的固相萃取柱是C18柱和HLB柱。劉征輝等[23]利用WAX固相萃取小柱對(duì)一次性紙杯中PFOA和PFOS進(jìn)行富集，結(jié)果顯示，在0.1～2.0 ng/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，平均加標(biāo)回收率為81.27%～97.12%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.9%～7.4%，為食品接觸材料中全氟化合物的遷移限量標(biāo)準(zhǔn)提供了技術(shù)支持。楊文龍等[24]分別將水樣、土壤樣品經(jīng)過(guò)WAX柱進(jìn)行提取。結(jié)果顯示，水中的PFOA和PFOS的檢出限分別為0.1 ng/L和0.3 ng/L；土壤檢出限分別為4 ng/kg和7 ng/kg，PFOA和PFOS的添加回收率分別介于88.4%～98.8%和 88.0%～97.3%之間，RSD小于14%?；厥章史謩e介于98.6%～113%和96.8%～111%之間，RSD小于7%。該方法靈敏、準(zhǔn)確、可靠，可以滿足環(huán)境水與土壤介質(zhì)中痕量PFOA和PFOS的監(jiān)測(cè)要求。固相萃取法是目前應(yīng)用最廣泛的萃取技術(shù)，優(yōu)勢(shì)萃取效率高、有機(jī)溶劑消耗低、易收集、操作方便，是富集環(huán)境、食品包裝材料等樣品中的PFOS和PFOA的首選提取方法。

2.4 加速溶劑萃取法

加速溶劑萃取法是在較高的溫度(50～200℃)和壓力(10.3～20.6 FMPa)下，用相應(yīng)的溶劑對(duì)固體或半固體的樣品進(jìn)行提取的方法。王懿等[25]采用甲醇作為萃取劑運(yùn)用該方法對(duì)土壤中PFOA進(jìn)行富集，在濃度范圍0.518～3.520 pg/g之間，回收率為71.2%～119.2%。楊運(yùn)云等[26]采用甲醇-丙酮(1∶1, V/V)作為萃取劑，對(duì)空氣顆粒物樣品中的PFOA進(jìn)行萃取，回收率為80%～100%。與其提取方法相比，加速溶劑萃取法的使用溫度更高，且可以增加一定的壓力，效率高，有機(jī)溶劑用量少、耗時(shí)較短以及自動(dòng)化程度高，在科研類分析實(shí)驗(yàn)室中的普及程度和利用率逐步提高。

2.5 QuEChERS

QuEChERS是Anastassiades教授等[27]于2003年開發(fā)的一種用于除雜凈化的快速樣品提取方法，利用吸附劑填料與基質(zhì)中的雜質(zhì)相互作用，吸附雜質(zhì)，從而達(dá)到凈化的目的。李磊等[28]采用乙腈提取母乳中的PFOA和PFOS等全氟化合物，母乳中的脂肪和水分分別通過(guò)QuEChERS法凈化，凈化液經(jīng)氮吹定容后能直接用于LC-MS/MS定量分析。李帥等[29]采用改進(jìn)的QuEChERS方法對(duì)蜂蜜進(jìn)行提取，用含1.5%甲酸的乙腈溶液振蕩提取PFOA和PFOS，用氯化鈉/硫酸鎂除去水分，C18柱和N-丙基乙二胺吸附劑除去糖類物質(zhì)，蜂蜜中20種全氟化合物的提取在16 min內(nèi)即可完成，簡(jiǎn)化了前處理流程，縮短了分析時(shí)間。該法設(shè)備簡(jiǎn)單、溶劑使用量少，操作簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、回收率高等優(yōu)點(diǎn)，為復(fù)雜樣品尤其是食品樣品中PFOA和PFOS的前處理提供了新的思路。但是對(duì)于含水量低或者脂肪含量高的樣品，凈化效果不理想，提取效率低、凈化過(guò)程損失較大。

3 檢測(cè)方法

由于樣品基質(zhì)復(fù)雜，干擾物多，即使經(jīng)過(guò)前處理，還是需要具有分離功能的儀器進(jìn)行定量檢測(cè)。目前，主要有氣相色譜法(GC)、液相色譜法(LC)、氣相色譜質(zhì)譜法(GC-MS)和液相色譜質(zhì)譜法(LC-MS)。

3.1 色譜法

PFOS是全氟化化合物，沸點(diǎn)260℃，較難衍生，氣相色譜法不能實(shí)現(xiàn)定量測(cè)定；且沒(méi)有紫外吸收基團(tuán)和熒光基團(tuán)，常用的液相色譜紫外法和液相色譜熒光法也不能實(shí)現(xiàn)定量測(cè)定。PFOA也是全氟化合物，沸點(diǎn)189℃，末端具有羧基。因此，通過(guò)衍生化，可以利用氣相色譜法和液相色譜法實(shí)現(xiàn)定量測(cè)定。但是，衍生化過(guò)程步驟多，繁瑣，且樣品損失大，測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確，報(bào)道較少。

GC法的衍生方法有酰化反應(yīng)和酯化反應(yīng)，衍生過(guò)程中更易產(chǎn)生有毒氣體，應(yīng)用上受到一定程度的限制[13]。Yang等[30]將血清冷凍干燥以后先用乙酰氯將PFOA衍生成酯以后采用電子捕獲測(cè)器(Electron Capture Detector，ECD)檢測(cè)器測(cè)定。Kudo等[31]人用重氮甲烷將PFOA甲酯化，然后用GC-ECD對(duì)小鼠肝組織中的PFOA進(jìn)行了測(cè)定；夏靜芬等[32]使用2,4-氟苯胺為衍生劑，N,N′-二環(huán)己基碳二亞胺為脫水劑，9種全氟羧酸均可發(fā)生衍生反應(yīng)生成酰胺衍生物，據(jù)此建立了柱前衍生-GC-ECD法同時(shí)測(cè)定水中9種全氟羧酸，檢出限為0.62～1.38 μg/L。

HPLC的衍生主要是在紫外基團(tuán)。單國(guó)強(qiáng)等[33]選用3,4-二氯苯胺為衍生化試劑，通過(guò)碳二亞胺合成法，將PFOA轉(zhuǎn)化為酰胺化衍生物，用LC-UV進(jìn)行定性和定量分析。黃可等[34]采用芐胺作為紫外衍生劑建立了柱前紫外衍生的HPLC-UV法檢測(cè)紡織品中的PFOA，濃度范圍為6.67 μg/L ～ 0.974 mg/L，回收率為82.15%～120.77%。程小艷[35]探討了采用w-苯溴乙酮作為紫外衍生劑，建立了柱前紫外衍生的HPLC-UV法，檢測(cè)水體和尿液中PFOA，濃度范圍為0.007 mg/L～ 60 mg/L，水樣和尿樣的回收率分別為92.7%～107.1%和85.3%～116.0%。黃永周等[36]選擇3-BrAC丙酮溶液作為衍生試劑，四丁基溴化銨作為催化劑，用于垃圾滲濾液中PFOA的測(cè)定，檢出限為0.007 mg/L，加標(biāo)回收率為86%～95.8%。

3.2 色譜質(zhì)譜聯(lián)用法

與紫外、熒光、ECD等檢測(cè)器相比，質(zhì)譜的靈敏度高，可以進(jìn)行定性和定量分析，有效解決同系物共存的問(wèn)題。色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是目前分析實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)PFOA和PFOS的首選方法。

3.2.1GC-MS

PFOS和PFOA的揮發(fā)性低，使用GC-MS法測(cè)定時(shí)，還是需要進(jìn)行衍生，因此應(yīng)用并不廣泛，主要報(bào)道依舊集中在PFOA的檢測(cè)。Chu等[37]利用固相萃取法有效地從復(fù)雜樣品中分離出PFOS，再利用四丁基氫氧化銨(TBAH)通過(guò)原位熱解烷基化反應(yīng)對(duì)PFOS衍生化，GC-MS法檢測(cè)到PFOS，檢出限為0.09～0.46 ng/g。Monteleone等[38]采用固相萃取法提取，全氟羧酸衍生化，GC-MS檢測(cè)PFOA，檢出限和定量限分別為0.11 ng/L和0.24 ng/L。張書馳等[39]采用GC-MS法檢測(cè)防油紙中PFOA的殘留以及遷移量，以鹽酸/甲醇為衍生化試劑，衍生溫度為60℃，衍生時(shí)間為60 min，采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。這種方法可以用于測(cè)定包裝材料中的PFOA殘留。

3.2.2HPLC-MS

HPLC-MS不需要對(duì)PFOA和PFOS進(jìn)行衍生，可以直接檢測(cè)。Ericson等[40]采用HPLC-MS內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量定量測(cè)定自來(lái)水中的PFOS和PFOA分別在0.39～0.87 ng/L和0.32～6.28 ng/L范圍內(nèi)；江水中PFOS和PFOA的濃度分別小于0.24～5.88 ng/L和0.22～24.9 ng/L。趙逸松等[41]建立了HPLC-MS測(cè)定血清中的PFOS的方法。樣品經(jīng)固相萃取后，進(jìn)行電噴霧質(zhì)譜分析，結(jié)果顯示在線性范圍0～120μg/L內(nèi)，回收率為76.88%。方祥光等[42]采用HPLC-MS/MS法分析檢測(cè)我國(guó)10個(gè)城市的大氣顆粒物中的PFOS和PFOA。楊文龍等[24]建立了HPLC-MS/MS技術(shù)測(cè)定環(huán)境水體與土壤中的PFOA和PFOS。此外，孔蓉等[43]通過(guò)LC-MS/MS法測(cè)定QT脂質(zhì)體注射液用鍍膜膠塞中PFOS和PFOA的遷移，采用Symmetry C18(150 mm×3.0 mm，5μm)，以0.01 mol/mL乙酸銨-乙腈(55∶45)為流動(dòng)相，采用電噴霧離子源(ESI)、負(fù)離子模式檢測(cè)方式進(jìn)行定量分析。結(jié)果顯示，QT脂質(zhì)體注射液用鍍膜膠塞中PFOS和 PFOA在8～200 ng/mL范圍內(nèi)線性良好，最低檢測(cè)限分別為2.000、2.074 ng/mL，平均回收率分別為103.7%、105.9%，RSD分別為7.2%、7.5%，HPLC-MS/MS法是文獻(xiàn)報(bào)道最多的檢測(cè)PFOS和PFOA的方法，突出的優(yōu)點(diǎn)是能提供比單級(jí)更詳細(xì)MS的結(jié)構(gòu)信息，定性更加準(zhǔn)確，選擇性好、靈敏度高[13]。

3.3 其他

光譜法、酶聯(lián)免疫法、電化學(xué)等傳統(tǒng)的分析方法也可以用于PFOA和PFOS的分析，然而更值得關(guān)注的是近年來(lái)基于這些原理發(fā)展的快檢方法。Kong等[44]提出了巰基聚苯乙烯修飾的金納米粒子(AuPS)比色檢測(cè)PFOA，通過(guò)肉眼可觀察到AuPS溶液的顏色從紅色變?yōu)樗{(lán)紫色，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。Chen等[45]報(bào)道了分子印跡修飾的超薄石墨氮化碳納米片作為探針電化學(xué)傳感器檢測(cè)PFOA，在0.02～ 40.0 ng/mL和50.0～400.0 ng/mL濃度范圍內(nèi)，檢出限為0.01 ng/mL，用于水樣中PFOA的檢測(cè)，方便快速。但是快檢方法的定量能力還有待提升，應(yīng)用并不廣泛。

4 總結(jié)與展望

目前，PFOA和PFOS的檢測(cè)對(duì)象主要是土壤、水、食品(及包裝材料)和生物樣品，分析測(cè)試中首選方法是固相萃取技術(shù)結(jié)合LC-MS分析，可以去除基質(zhì)中的干擾物，高效富集PFOA和PFOS，直接實(shí)現(xiàn)定性定量檢測(cè)。方法成熟、靈敏度高、適用范圍廣?；诠庾V、電化學(xué)的快檢技術(shù)也有一定程度的發(fā)展，現(xiàn)階段直接用于實(shí)際樣品的定量檢測(cè)還有技術(shù)瓶頸尚未突破，這也是未來(lái)研究的重點(diǎn)方向。