土壤提取物中全氟/多氟烷基化合物的分析

摘要分析全氟/多氟烷基化合物 (PFAS) 的主要难点是样品处理过程中可能发生目标化合物吸附或引入干扰物质。这些问题在样品工作流程中的任何环节（从最初的现场样品采集到样品前处理和分析）都可能发生。因此，在样品处理和分析过程中，通常需要避免使用某些材料。例如，ISO 和 EPA 方法建议在样品前处理过程中避免使用未经处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。如果能够证明其他材料不产生干扰或吸附，则也可以使用。直到最近，才有科学文献系统地研究并报道了各种材料的性能。但是，有关实验室工作流程背景下的这些问题的信息却鲜有披露。本应用简报在分析土壤中的 PFAS 的典型样品前处理工作流程的背景下，研究了对代表不同种类的 PFAS 化合物（包括磺酸类、羧酸类和磺胺类）的25 种分析物进行萃取、过滤和分析的过程中吸附和干扰的影响。详细讨论了最佳实践建议。

前言PFAS 分析难点环境提取物中的 PFAS 分析存在诸多难点。PTFE 广泛应用于实验室设备和消耗品中，而它们可能导致样品提取物受到污染[1]。此外，已经证明，一些 PFAS 化合物会吸附在玻璃和某些聚合物等常见材料上，进而导致回收损失[2]。分析人员还须认识到，由于某些 PFAS 化合物具有表面活性剂性质，因此在空气与水的界面之间可能会形成膜，导致采样误差[3]。监管机构所要求的报告限值处于中低 ppt 范围内，由此导致分析工作难上加难。为降低 PFAS 遭受污染和损失的可能性，通常需要避免使用某些材料。例如，EPA方法 8327[4,5] 建议在样品前处理过程中避免使用未经处理的玻璃以及含 PTFE 的材料，而是使用聚丙烯或聚乙烯。如果能够证明其他材料不产生干扰和吸附，则也可以使用。直到最近，才有科学文献系统地研究并报道了各种材料的性能[6]。但是，有关实验室工作流程背景下的这些问题的信息却鲜有披露。

直接分析法目前已有多种直接分析样品提取物的分析方法，无需使用固相萃取。其中包括 EPA方法 8327[4]、ASTM 方法 D7968-17a[7] 和D7979-19[8]。这些方法所用的样品工作流程类似：向样品中加入萃取溶剂、碱化、搅拌、离心、过滤、酸化并分析。通常利用 LC/MS/MS 通过外标法进行定量。如图 1 所示，消耗品在这些直接分析法的样品工作流程中至关重要。离心管用于萃取样品以及收集过滤后的上清液。注射器和针头过滤器用于在离心后去除悬浮小颗粒。容量瓶和自动进样器样品瓶用于配制及储存标样。此外，还使用与液相色谱仪和质谱仪相关的消耗品。在分析过程的每个步骤中，都必须对各种消耗品进行评估，以确保不存在样品损失，也未引入污染物或干扰物质。本应用简报详细讨论了工作流程中各个步骤（样品储存、萃取、过滤、液相色谱分离和 MS/MS 检测）的优化方法。

实验部分萃取和分析流程严格遵循 ASTM 和 EPA方法[4,5,7,8]。加标溶液配制PFAS 分析物和同位素标记的替代物（浓度为 2 µg/mL 的混合物）以及单组分标准品（浓度为 50 µg/mL）均购自 WellingtonLabs（表 1）。将同位素标记替代标准品溶于乙腈/水 (95/5) 中，制得浓度为20 µg/L 的替代物加标溶液。将目标化合物溶于乙腈/水 (95/5) 中，制得浓度为 20 µg/L 的 PFAS 中间加标溶液。用乙腈/水 (95/5) 进一步稀释 PFAS 中间加标溶液，制得浓度为 2 µg/L 的定量下限 (LLOQ) 加标溶液。20 µg/L 替代物加标溶液和 PFAS 加标溶液的配制及储存均采用 50 mL 聚丙烯容量瓶。2 µg/L 中间加标溶液的配制采用 1 mL 聚丙烯自动进样器样品瓶（表 2），且现配现用。

校准标样配制将 500 µL 各替代物及 PFAS 加标溶液加入50 mL 聚丙烯容量瓶（表 2）中，用 1:1的甲醇:水进行稀释，制得最高浓度的校准标样 (200 ng/L)。将 200 ng/L 校准溶液用 1:1 甲醇:水进一步稀释，制得其他校准溶液（浓度分别为 150、100、80、60、40、20、10 和 5 ng/L）。在 6 °C 下，将 200 ng/L 校准标样储存于 50 mL 聚丙烯容量瓶中。各校准标样均现配现用。

空白配制双空白样品以检测样品前处理工作流程中各组分相关的任何潜在污染物或干扰物质。对于 15 mL 离心管和一次性注射器（表 2），向每个管中加入 10 mL 1:1甲醇:水混合物，并用氨水将 pH 调节至8.5–9.0。将离心管和注射器封盖，并置于旋转架上翻滚 1 小时。翻滚结束后，将溶液用乙酸酸化至 pH 为 3.5–4.0。使用 LC/MS/MS 对这些样品的等分试样进行分析。为认证针头过滤器（表 2），用10 mL 1:1 甲醇:水填充注射器，并将其pH 调节至 8.5–9.0。将全部 10 mL 体积经针头过滤器推出，收集到另一个 15 mL离心管中。将滤液 pH 调节至 3.5–4.0，并使用 LC/MS/MS 分析一份样品。将试剂砂作为方法空白进行分析，以确定是否存在任何污染物或干扰物质。称取2 g（精确至十分之一克）洁净砂质壤土(CLNSOIL3, Supelco)，加入 15 mL 离心管中，然后向其中添加 40 µL 替代物加标溶液，得到浓度为 400 ng/kg 的样品。将10 mL 1:1 甲醇:水溶液加入该离心管中。用氨水将 pH 调节至 8.5–9.0，然后将离心管置于旋转机上翻滚 1 小时。翻滚结束后，将离心管以 1900 rpm 的转速离心10 分钟。将上清液倾析至带有针头过滤器的注射器中，然后将其过滤至洁净的15 mL 离心管中。将该溶液用乙酸酸化至pH 为 3.5–4.0，然后使用 LC/MS/MS 对这些样品的等分试样进行分析。

低浓度加标样品配制低浓度加标样品，以检测各组分在样品前处理工作流程中可能出现的任何损失并验证定量下限 (LLOQ)。为认证 15 mL离心管、注射器和针头过滤器，采用与双空白样品前处理中所述的步骤相同的流程，并添加 10 mL 提取溶液，使 PFAS目标化合物和替代物的加标浓度分别为5 ng/L 和 80 ng/L。向试剂砂中添加 PFAS 目标化合物和替代物以验证 LLOQ。采用与双空白样品前处理中所述的步骤相同的萃取流程，并添加 2 g 洁净的砂，使 PFAS 目标化合物和替代物的加标浓度分别为 25 ng/kg 和400 ng/kg。

仪器方法优化后的液相色谱条件列于表 3 中，优化后的质谱条件列于表 4 中。使用 Agilentoptimizer 软件确定碎裂电压和碰撞能量电压，并且与所选择的母离子、子离子和保留时间一并列于附录 A 的表 A1 中。图 2 显示了在所述方法条件下得到的典型色谱图。

仪器校准使用外标法，对所有目标化合物和替代物进行线性最小二乘回归（加权因子为浓度的倒数，即 1/x）。根据该方法，由回归模型的可预测性确定校准的可接受标准。对于低浓度的标样，计算浓度须在实际浓度的 50%–150% 之间。对于其他所有标样，计算浓度须在实际浓度的70%–130% 之间。附录 A 中的表 A2 和A3 中列出了各种 PFAS 目标化合物和替代物在各校准水平下的准确度以及决定系数。所有化合物均符合校准标准。

结果与讨论离子源鞘气温度在仪器方法优化过程中，观察到较高的鞘气温度导致伪分子母离子（尤其是羧酸）发生热降解。例如，图 3 比较了在鞘气温度为 350 °C 和 250 °C 的条件下采集的PFTeDA 的谱图。在 350 °C 下，母离子(m/z 713) 发生碳酰氟（质量数 66）的中性丢失，生成 m/z 647 的基峰离子。将鞘气温度降低至 250 °C，则得到了期望的 m/z 713 基峰。发现热不稳定性随脂肪碳链的增长而增加。在图 4A 中，以母离子在 250、300和 350 °C 的鞘气温度下的相对响应相对于碳原子数作图。如图所示，母离子的丢失随碳原子数的增多和温度的升高而增加。图 4B 显示了在 250、300 和 350 °C的鞘气温度下中性丢失产物的相对响应随碳原子数的变化。类似地，中性丢失产物随碳原子数的增多和温度的升高而增加。发现 250 °C 为最佳鞘气温度，可提供高效离子传输，有利于实现低浓度检测和可重现的定量，同时可大大提高母离子丰度。