食品中全氟烷基酸前處理方法與檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

◎ 戚 平，彭名軍，張少儀，曾 羲，汪 寧

（1.廣州市食品檢驗(yàn)所，廣東 廣州 511410；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510642）

全氟烷基酸（Perfluoroalkyl Acids，PFAAs）是一類新型持久有機(jī)污染物[1]，廣泛應(yīng)用于食品包裝、造紙、半導(dǎo)體、紡織和滅火劑等，是重要的工業(yè)和民用化學(xué)品。隨著PFAAs在生產(chǎn)、生活中的廣泛使用，大量PFAAs進(jìn)入環(huán)境中，并通過食物鏈的傳遞放大效應(yīng)在食品內(nèi)富集。目前在禽蛋類、水產(chǎn)品、動(dòng)物肝臟，甚至人體組織中頻繁檢出PFAAs，對(duì)人類健康構(gòu)成重大威脅。因此，開發(fā)痕量與超痕量PFAAs高通量檢測(cè)方法，探索食品中PFASs污染狀況，成為目前食品安全研究重點(diǎn)之一。本文對(duì)當(dāng)前食品中PFAAs的危害，前處理方法和檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行綜述，并對(duì)基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF/MS）技術(shù)檢測(cè)PFAAs的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 主要PFAAs結(jié)構(gòu)類別及毒性

PFAAs分子通常由一個(gè)全氟化疏水烷基碳鏈和一個(gè)親水的功能基團(tuán)（如羧酸和磺酸）構(gòu)成；主要包括全氟羧酸類（PFCAs）、全氟磺酸類（PFSAs）等，其中全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）的應(yīng)用最為廣泛。PFAAs表面具有活性劑性質(zhì)，含有水溶性官能團(tuán)，在水中溶解度大，因此能在水體中大量長(zhǎng)期存在。

毒理學(xué)研究表明，PFAAs影響新陳代謝和生殖系統(tǒng)，具有全身多臟器毒性，可引起肝臟毒性[2]、心血管毒性[3]、免疫系統(tǒng)毒性[4]、甲狀腺毒性[5]、生殖毒性[6]和神經(jīng)毒性[7]，使生物體內(nèi)細(xì)胞膜發(fā)生病變，線粒體功能受損，中斷細(xì)胞間的聯(lián)系，對(duì)細(xì)胞的正常生命活動(dòng)造成嚴(yán)重的影響，隨著碳鏈的增長(zhǎng)，其毒性也隨之增強(qiáng)[8-9]。PFAAs對(duì)健康有很大的潛在風(fēng)險(xiǎn)，是潛在的食品安全風(fēng)險(xiǎn)因子。

2 PFAAs主要前處理方法

2.1 離子對(duì)萃取法

離子對(duì)萃取法（Ion Pair Extraction，IPE）是四丁基硫酸氫銨（TBA）與PFAAs在堿性條件下（pH=10）結(jié)合成中性分子，再用叔甲基丁基醚（MTBE）進(jìn)行提取的一種樣品前處理方法。IPE技術(shù)由HANSEN[10]提出，廣泛用于環(huán)境、生物樣品等樣品的提取，已成為提取樣品中PFAAs的常用方法。柳思帆等[11]采用IPE技術(shù)對(duì)魚肉中的全氟和多氟化合物進(jìn)行提取，使用Oasis WAX SPE小柱凈化，共分析測(cè)定12種全氟和多氟化合物。STOCK等[12]采用IPE技術(shù)對(duì)北極圈3個(gè)湖泊沉積物中PFAAs進(jìn)行研究，檢出限為0.029～2.600 ng·g-1。HANSEN等[10]以TBA作 離 子對(duì)試劑（pH=10），MTBE為萃取劑提取血清和肝臟樣品，血清中PFOA、PFOS的檢出限分別為1.0 ng·mL-1、1.7 ng·mL-1。

2.2 堿消化法

堿消化法（Alkali Digestion Method，ADM）是從固體和生物樣品中提取PFAAs的有效方法，一般使用堿性溶液對(duì)樣品進(jìn)行提取，以減少基質(zhì)干擾[13]。HAUG等[14]采用堿液對(duì)挪威的16種蔬菜和動(dòng)物食品進(jìn)行消解，再用甲醇萃取后通過Oasis WAX柱子和ENVI-Carb柱子進(jìn)行提取凈化，生菜檢出限為0.06～0.60 pg·g-1，牛肉檢出限為0.28～20.00 pg·g-1。溫泉等[15]采用堿消解方法對(duì)豬肉肌肉進(jìn)行前處理，并通過固相萃取裝置處理以得到更加純凈的樣品，PFOS和PFOA最低檢測(cè)濃度為1 ng·mL-1，在豬肉肌肉樣品中定性檢測(cè)限為1 μg·kg-1，定量檢出限為2 μg·kg-1。

2.3 固相萃取

固相萃取（Solid-Phase Extraction，SPE）技術(shù)是基于選擇性吸附，使被檢測(cè)物吸附于萃取劑上，再進(jìn)行洗脫的提取方法[13]。SPE技術(shù)已被應(yīng)用于生物樣品的檢測(cè)，如齊彥杰等[16]采用離子對(duì)溶劑液液萃取結(jié)合固相萃取的前處理技術(shù)分析了北京市售雞蛋的PFAAs水平，17種PFAAs的檢出限為0.018～0.176 ng·mL-1；孔德洋等[17]采用堿消解生物體樣品結(jié)合固相萃取的前處理技術(shù)分析魚體樣品中的11種PFAAs，檢出限為3.4～26.7 pg·g-1。

2.4 加速溶劑萃取

加速溶劑萃取是在一定的溫度（50～200 ℃）和壓力（1 000～3 000 psi）下，使用常規(guī)的溶劑，通過提高溫度和增加壓力以提高萃取的效率，從而加快萃取時(shí)間并明顯降低萃取溶劑的使用量的提取方法，其主要應(yīng)用于固體或半固體樣品的提取[18]。目前已有較多實(shí)驗(yàn)以此方法提取包裝材料中的PFAAs，如王利兵等[19]以甲醇作為溶劑進(jìn)行快速溶劑萃取，分析包裝材料中的全氟辛酸及其鹽類，其最低檢出限為0.25 ng·g-1；張巖等[20]以甲醇為萃取溶劑對(duì)紙質(zhì)食品接觸材料中的全氟辛烷磺酸進(jìn)行提取，其回收率達(dá)90.2%～103.3%。

2.5 衍生化技術(shù)

衍生化技術(shù)是通過化學(xué)反應(yīng)的方式，把難以分析的待測(cè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為與其化學(xué)結(jié)構(gòu)相似但易于分析的物質(zhì)，便于進(jìn)行分離和檢測(cè)的提取方法。夏靜芬等[21]使用2，4-二氟苯胺為衍生劑，N，N'-二環(huán)己基碳二亞胺為脫水劑，與PFCAs形成酰胺衍生產(chǎn)物，衍生產(chǎn)物通過TR-5毛細(xì)管色譜柱分離，并以ECD檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，9種全氟羧酸衍生物線性相關(guān)系數(shù)＞0.99，檢出限為0.62～1.38 μg·L-1。衍生化技術(shù)雖降低了難以分析的待測(cè)物質(zhì)的檢測(cè)難度，但其前處理步驟煩瑣且衍生產(chǎn)物不穩(wěn)定。

離子對(duì)萃取法操作簡(jiǎn)單，不受樣品含水量限制，但是基質(zhì)干擾物質(zhì)被共萃取，影響定量的準(zhǔn)確性，且不適用于大批量樣本處理。堿消化適用高蛋白物質(zhì)，但其操作步驟煩瑣且消化時(shí)間長(zhǎng)。固相萃取技術(shù)適用范圍廣，可根據(jù)目標(biāo)物極性的不同選擇合適的萃取柱。加速溶劑萃取法提取效率高，消耗時(shí)間短，樣品前處理步驟簡(jiǎn)潔，但此方法需提高溫度和增加壓強(qiáng)來(lái)進(jìn)行。衍生化技術(shù)增加了樣品前處理的煩瑣程度以及檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定性。因此，建立一種高效的PFAAs檢測(cè)前處理技術(shù)，是亟待解決的問題之一。

3 PFAAs檢測(cè)方法及特點(diǎn)

針對(duì)食品中痕量與超痕量PFAAs的分析方法，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究，建立了多種PFAAs分析方法，主要包括液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法（HPLC-MS/MS）[22-24]、氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS/MS）[25-26]、氣相色譜電子捕獲法（GC-ECD）[27]和光譜法[28-29]等。氣相色譜法和氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法用于PFAAs的檢測(cè)，具有檢測(cè)成本低、便于普及的優(yōu)點(diǎn)，但需要先進(jìn)行?；蝓セ?，過程煩瑣，效率低。光譜類方法每次只能檢測(cè)一種組分PFAAs，不能同時(shí)檢測(cè)多種PFAAs。液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法（HPLC-MS/MS）具有靈敏度高、方法簡(jiǎn)單、多組分測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于PFAAs的檢測(cè)。但LC系統(tǒng)中存在潛在的污染問題，如PFOA是聚四氟乙烯（PTFE）合成的助劑，而在LC系統(tǒng)中很多管線都是PTFE材質(zhì)，加之密封墊上含有氟聚合物涂層，容易引起系統(tǒng)本底背景值的升高，使HPLC-MS/MS和UPLC-MS/MS難以獲得理想的空白分析結(jié)果，影響痕量分析的準(zhǔn)確性。另外，食品中PFAAs含量普遍較低（液體基質(zhì)＜1 mg·L-1；固體基質(zhì)＜10 mg·L-1），現(xiàn)有方法需要用固相萃取技術(shù)進(jìn)行富集凈化，每個(gè)樣品固相萃取處理時(shí)間均在30 min左右，由于不同研究者使用的固相萃取柱型號(hào)不同，導(dǎo)致樣品檢測(cè)過程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成本高。

4 MALDI-TOF分析及PFAAs技術(shù)展望

PFAAs的高效富集和高通量精準(zhǔn)檢測(cè)，一直是食品安全檢測(cè)的難點(diǎn)?，F(xiàn)有檢測(cè)方法總結(jié)，如表1所示[30-37]，均存在前處理過程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成本高、效率低的缺點(diǎn)。然而，基于MOFs基質(zhì)的MALDITOF/MS技術(shù)的出現(xiàn)，可以很好的克服這些缺點(diǎn)。MALDI-TOF/MS技術(shù)是由MOFs高比表面材料結(jié)合基質(zhì)輔助激光解吸質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展而來(lái)的新一代分析方法，既具有傳統(tǒng)MALDI-TOF/MS樣品制備簡(jiǎn)單、信噪比高、分析速度快及高耐鹽性的優(yōu)勢(shì)，又具有高表面新型材料特異性富集，小分子（m/z＜1 000）分析噪聲背景更低、重現(xiàn)性更好的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于生物代謝物、環(huán)境污染物等小分子的高效檢測(cè)[38-39]。

表1 食品中PFAAs檢測(cè)技術(shù)比較表

傳統(tǒng)MALDI受基質(zhì)的限制，在低分子量（m/z＜1 000 Da）范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量碎片離子，難以分析小分子。為解決這一問題，采用金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）、石墨烯、碳納米管等高比表面新型材料，結(jié)合MALDI-TOF/MS發(fā)展表面輔助激光解吸飛行質(zhì)譜（SALDI-TOF/MS）技術(shù)。LIN等[40]將傳統(tǒng)基質(zhì)鍵合到MNP表面，減少背景干擾，直接從復(fù)雜生物流體中萃取小分子。SHI等[41]通過一步溶劑熱反應(yīng)合成磁性石墨烯，作為吸附劑和MALDI基質(zhì)成功檢測(cè)中藥活性成分。MA等[42]合成聚多巴胺包覆的Fe3O4納米粒子，將其作為基質(zhì)成功檢測(cè)出分子量為251.6～499.3 Da的11種小分子污染物，包括苯并芘、PFAAs和抗生素。

MOFs含有苯環(huán)，具有紫外吸收強(qiáng)、功能化的有機(jī)配體特異性富集小分子等特性，結(jié)合MALDI-TOF/MS可將分析對(duì)象由大分子擴(kuò)展到小分子，具有樣品制備更均勻、信號(hào)強(qiáng)度更高、噪聲背景更低及重現(xiàn)性更好等優(yōu)勢(shì)，是一種非常有應(yīng)用前景的新型基質(zhì)[43]。SHIH等[44]將籠型MIL-100（Fe）用作MALDI基質(zhì)，有效分析了非極性的多環(huán)芳烴污染物和極性化合物。LIN等[45]報(bào)道了沸石咪唑磁性MOFs（Fe3O4＠ZIF-8）用作MALDI負(fù)離子檢測(cè)模式的基質(zhì)，檢測(cè)小分子時(shí)展現(xiàn)出無(wú)背景干擾、好的鹽容忍度和高靈敏度。

5 結(jié)語(yǔ)

基于MOFs（FMOFs），通過開發(fā)MALDI-TOF/MS技術(shù)，可將分析對(duì)象由大分子擴(kuò)展到小分子，富集和輔助離子化PFAAs，實(shí)現(xiàn)低濃度水平下PFAAs的高效富集和精準(zhǔn)檢測(cè)，有望建立食品中全氟烷基酸（PFAAs）殘留的超靈敏度、高通量快速檢測(cè)方法，解決PFAAs分析周期長(zhǎng)、靈敏度差的缺點(diǎn)。