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土壤提取物中全氟/多氟烷基化合物的分析
閱讀：36 發(fā)布時間：2025-5-16摘要分析全氟/多氟烷基化合物 (PFAS) 的主要難點是樣品處理過程中可能發(fā)生目標化合物吸附或引入干擾物質。這些問題在樣品工作流程中的任何環(huán)節(jié)（從最初的現(xiàn)場樣品采集到樣品前處理和分析）都可能發(fā)生。因此，在樣品處理和分析過程中，通常需要避免使用某些材料。例如，ISO 和 EPA 方法建議在樣品前處理過程中避免使用未經(jīng)處理的玻璃以及含聚四氟乙烯 (PTFE) 的材料，而是使用聚丙烯或聚乙烯。如果能夠證明其他材料不產(chǎn)生干擾或吸附，則也可以使用。直到最近，才有科學文獻系統(tǒng)地研究并報道了各種材料的性能。但是，有關實驗室工作流程背景下的這些問題的信息卻鮮有披露。本應用簡報在分析土壤中的 PFAS 的典型樣品前處理工作流程的背景下，研究了對代表不同種類的 PFAS 化合物（包括磺酸類、羧酸類和磺胺類）的25 種分析物進行萃取、過濾和分析的過程中吸附和干擾的影響。詳細討論了最佳實踐建議。
前言PFAS 分析難點環(huán)境提取物中的 PFAS 分析存在諸多難點。PTFE 廣泛應用于實驗室設備和消耗品中，而它們可能導致樣品提取物受到污染[1]。此外，已經(jīng)證明，一些 PFAS 化合物會吸附在玻璃和某些聚合物等常見材料上，進而導致回收損失[2]。分析人員還須認識到，由于某些 PFAS 化合物具有表面活性劑性質，因此在空氣與水的界面之間可能會形成膜，導致采樣誤差[3]。監(jiān)管機構所要求的報告限值處于中低 ppt 范圍內，由此導致分析工作難上加難。為降低 PFAS 遭受污染和損失的可能性，通常需要避免使用某些材料。例如，EPA方法 8327[4,5] 建議在樣品前處理過程中避免使用未經(jīng)處理的玻璃以及含 PTFE 的材料，而是使用聚丙烯或聚乙烯。如果能夠證明其他材料不產(chǎn)生干擾和吸附，則也可以使用。直到最近，才有科學文獻系統(tǒng)地研究并報道了各種材料的性能[6]。但是，有關實驗室工作流程背景下的這些問題的信息卻鮮有披露。
直接分析法目前已有多種直接分析樣品提取物的分析方法，無需使用固相萃取。其中包括 EPA方法 8327[4]、ASTM 方法 D7968-17a[7] 和D7979-19[8]。這些方法所用的樣品工作流程類似：向樣品中加入萃取溶劑、堿化、攪拌、離心、過濾、酸化并分析。通常利用 LC/MS/MS 通過外標法進行定量。如圖 1 所示，消耗品在這些直接分析法的樣品工作流程中至關重要。離心管用于萃取樣品以及收集過濾后的上清液。注射器和針頭過濾器用于在離心后去除懸浮小顆粒。容量瓶和自動進樣器樣品瓶用于配制及儲存標樣。此外，還使用與液相色譜儀和質譜儀相關的消耗品。在分析過程的每個步驟中，都必須對各種消耗品進行評估，以確保不存在樣品損失，也未引入污染物或干擾物質。本應用簡報詳細討論了工作流程中各個步驟（樣品儲存、萃取、過濾、液相色譜分離和 MS/MS 檢測）的優(yōu)化方法。
實驗部分萃取和分析流程嚴格遵循 ASTM 和 EPA方法[4,5,7,8]。加標溶液配制PFAS 分析物和同位素標記的替代物（濃度為 2 µg/mL 的混合物）以及單組分標準品（濃度為 50 µg/mL）均購自 WellingtonLabs（表 1）。將同位素標記替代標準品溶于乙腈/水 (95/5) 中，制得濃度為20 µg/L 的替代物加標溶液。將目標化合物溶于乙腈/水 (95/5) 中，制得濃度為 20 µg/L 的 PFAS 中間加標溶液。用乙腈/水 (95/5) 進一步稀釋 PFAS 中間加標溶液，制得濃度為 2 µg/L 的定量下限 (LLOQ) 加標溶液。20 µg/L 替代物加標溶液和 PFAS 加標溶液的配制及儲存均采用 50 mL 聚丙烯容量瓶。2 µg/L 中間加標溶液的配制采用 1 mL 聚丙烯自動進樣器樣品瓶（表 2），且現(xiàn)配現(xiàn)用。
校準標樣配制將 500 µL 各替代物及 PFAS 加標溶液加入50 mL 聚丙烯容量瓶（表 2）中，用 1:1的甲醇:水進行稀釋，制得最高濃度的校準標樣 (200 ng/L)。將 200 ng/L 校準溶液用 1:1 甲醇:水進一步稀釋，制得其他校準溶液（濃度分別為 150、100、80、60、40、20、10 和 5 ng/L）。在 6 °C 下，將 200 ng/L 校準標樣儲存于 50 mL 聚丙烯容量瓶中。各校準標樣均現(xiàn)配現(xiàn)用。
空白配制雙空白樣品以檢測樣品前處理工作流程中各組分相關的任何潛在污染物或干擾物質。對于 15 mL 離心管和一次性注射器（表 2），向每個管中加入 10 mL 1:1甲醇:水混合物，并用氨水將 pH 調節(jié)至8.5–9.0。將離心管和注射器封蓋，并置于旋轉架上翻滾 1 小時。翻滾結束后，將溶液用乙酸酸化至 pH 為 3.5–4.0。使用 LC/MS/MS 對這些樣品的等分試樣進行分析。為認證針頭過濾器（表 2），用10 mL 1:1 甲醇:水填充注射器，并將其pH 調節(jié)至 8.5–9.0。將全部 10 mL 體積經(jīng)針頭過濾器推出，收集到另一個 15 mL離心管中。將濾液 pH 調節(jié)至 3.5–4.0，并使用 LC/MS/MS 分析一份樣品。將試劑砂作為方法空白進行分析，以確定是否存在任何污染物或干擾物質。稱取2 g（精確至十分之一克）潔凈砂質壤土(CLNSOIL3, Supelco)，加入 15 mL 離心管中，然后向其中添加 40 µL 替代物加標溶液，得到濃度為 400 ng/kg 的樣品。將10 mL 1:1 甲醇:水溶液加入該離心管中。用氨水將 pH 調節(jié)至 8.5–9.0，然后將離心管置于旋轉機上翻滾 1 小時。翻滾結束后，將離心管以 1900 rpm 的轉速離心10 分鐘。將上清液傾析至帶有針頭過濾器的注射器中，然后將其過濾至潔凈的15 mL 離心管中。將該溶液用乙酸酸化至pH 為 3.5–4.0，然后使用 LC/MS/MS 對這些樣品的等分試樣進行分析。
低濃度加標樣品配制低濃度加標樣品，以檢測各組分在樣品前處理工作流程中可能出現(xiàn)的任何損失并驗證定量下限 (LLOQ)。為認證 15 mL離心管、注射器和針頭過濾器，采用與雙空白樣品前處理中所述的步驟相同的流程，并添加 10 mL 提取溶液，使 PFAS目標化合物和替代物的加標濃度分別為5 ng/L 和 80 ng/L。向試劑砂中添加 PFAS 目標化合物和替代物以驗證 LLOQ。采用與雙空白樣品前處理中所述的步驟相同的萃取流程，并添加 2 g 潔凈的砂，使 PFAS 目標化合物和替代物的加標濃度分別為 25 ng/kg 和400 ng/kg。
儀器方法優(yōu)化后的液相色譜條件列于表 3 中，優(yōu)化后的質譜條件列于表 4 中。使用 Agilentoptimizer 軟件確定碎裂電壓和碰撞能量電壓，并且與所選擇的母離子、子離子和保留時間一并列于附錄 A 的表 A1 中。圖 2 顯示了在所述方法條件下得到的典型色譜圖。
儀器校準使用外標法，對所有目標化合物和替代物進行線性最小二乘回歸（加權因子為濃度的倒數(shù)，即 1/x）。根據(jù)該方法，由回歸模型的可預測性確定校準的可接受標準。對于低濃度的標樣，計算濃度須在實際濃度的 50%–150% 之間。對于其他所有標樣，計算濃度須在實際濃度的70%–130% 之間。附錄 A 中的表 A2 和A3 中列出了各種 PFAS 目標化合物和替代物在各校準水平下的準確度以及決定系數(shù)。所有化合物均符合校準標準。
結果與討論離子源鞘氣溫度在儀器方法優(yōu)化過程中，觀察到較高的鞘氣溫度導致偽分子母離子（尤其是羧酸）發(fā)生熱降解。例如，圖 3 比較了在鞘氣溫度為 350 °C 和 250 °C 的條件下采集的PFTeDA 的譜圖。在 350 °C 下，母離子(m/z 713) 發(fā)生碳酰氟（質量數(shù) 66）的中性丟失，生成 m/z 647 的基峰離子。將鞘氣溫度降低至 250 °C，則得到了期望的 m/z 713 基峰。發(fā)現(xiàn)熱不穩(wěn)定性隨脂肪碳鏈的增長而增加。在圖 4A 中，以母離子在 250、300和 350 °C 的鞘氣溫度下的相對響應相對于碳原子數(shù)作圖。如圖所示，母離子的丟失隨碳原子數(shù)的增多和溫度的升高而增加。圖 4B 顯示了在 250、300 和 350 °C的鞘氣溫度下中性丟失產(chǎn)物的相對響應隨碳原子數(shù)的變化。類似地，中性丟失產(chǎn)物隨碳原子數(shù)的增多和溫度的升高而增加。發(fā)現(xiàn) 250 °C 為最佳鞘氣溫度，可提供高效離子傳輸，有利于實現(xiàn)低濃度檢測和可重現(xiàn)的定量，同時可大大提高母離子豐度。