引言
?基于EPA 1633方法，展示了一套完備的工作流，可用于分析沙子、土壤、沉積物、污泥、生物固體和相關(guān)固體樣品中的40種PFAS。
?固體樣品符合EPA 1633的所有性能要求，證明了該工作流程對(duì)復(fù)雜樣品基質(zhì)的能力和等效性。
?使用雙層SPE小柱（WAX/GCB）不僅能簡(jiǎn)化樣品制備的步驟，節(jié)約時(shí)間，還可以通過自動(dòng)固相萃取流程來提高分析物回收率和準(zhǔn)確率。此外，它還克服了使用分散型GCB的危險(xiǎn)。
?可通過第三方能力驗(yàn)證樣本結(jié)果來驗(yàn)證工作流性能。
在本文對(duì)固體樣品的研究中，使用自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)評(píng)估方法性能，包括樣品基質(zhì)效應(yīng)、萃取效率、分析物回收率。使用已開發(fā)的工作流程分析了共11種固體樣品以及質(zhì)量控制（QC）樣品，如實(shí)驗(yàn)室空白試劑（LRB）、實(shí)驗(yàn)室方法空白樣品（MB）、實(shí)驗(yàn)室空白濃縮樣品（LFB）、實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)化基質(zhì)（LFM）以及第三方能力驗(yàn)證樣品（PT）。在大多數(shù)研究的樣本中，全氟辛烷磺酸的含量很低或沒有發(fā)現(xiàn)，但采購(gòu)于多倫多Mimico Creek的黑色園土中檢測(cè)到了超過10種低含量的PFAS 。在這些生物固體樣本中發(fā)現(xiàn)了一些長(zhǎng)鏈全氟和多氟烷基物質(zhì)，如PFOS、PFOSA、NMEFOSAA、NETFOSAA和NETFOSE。
安全第一
多種全氟烷基物質(zhì)（PFAS）包括全氟辛酸（PFOA）被列為可能對(duì)人類致癌的物質(zhì)，應(yīng)將人類接觸這類化合物的暴露水平降至盡可能低。在開展實(shí)驗(yàn)前及實(shí)驗(yàn)過程中，必須配備個(gè)人防護(hù)裝備，實(shí)施安全培訓(xùn)，并嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程。生物固體樣本可能含有高濃度的有害物質(zhì)，因此必須佩戴手套進(jìn)行處理，并在通風(fēng)櫥或生物安全柜中打開樣本，以避免接觸。實(shí)驗(yàn)室工作人員應(yīng)當(dāng)了解并遵守微生物實(shí)驗(yàn)室中處理病原體和生物廢棄物樣本時(shí)所必需的安全規(guī)程和相關(guān)規(guī)定。詳見EPA 1633第5.0至5.4節(jié)。1
化學(xué)品、標(biāo)準(zhǔn)制備和分析條件
相關(guān)分析條件（化學(xué)品、標(biāo)準(zhǔn)品制備和儀器參數(shù)）系列文獻(xiàn)的第一篇2。
樣品收集
一種沙子樣品（S1）和兩種沉積物樣品（S2和S7）獲取于多倫多安大略湖沿岸的不同海灘區(qū)域。污泥樣品（S3）獲取于多倫多Mimico Creek地區(qū)。園土樣本（S4）獲取于我在安大略省Kitchener的自家后院。從花園商店購(gòu)買黑色園土（S5）購(gòu)于商店 ，并用于種植韭菜（S10，一種受歡迎的中國(guó)蔬菜）。人類糞便樣品（S6）在家中收集。兩種生物固體樣品（S8和S9）由加拿大環(huán)境和氣候變化技術(shù)處的Anne Smyth博士提供。煮熟的豬血樣品（S11）購(gòu)于安大略省伍德布里奇的當(dāng)?shù)貋喼奘称烦?。EPA 1633 能力驗(yàn)證樣品（PFC PT-SOIL-EPA 1633，Part#38722）獲取于Absolute Standards Inc。所有樣品均收集在清潔的樣品瓶（HDPE，帶聚丙烯蓋）中。圖1展示了本研究中收集和分析的固體樣品。
圖1.進(jìn)樣順序：通過連續(xù)進(jìn)樣食品基質(zhì)提取物評(píng)估穩(wěn)定性，這些提取物以溶劑QC樣本為間隔進(jìn)行注射（每5次溶劑QC進(jìn)樣100次食品基質(zhì)進(jìn)樣）（點(diǎn)擊查看大圖）
樣品制備
固體樣品分析的工作流程如下圖2所示
圖2.固體樣品分析的LC-MS/MS工作流程（點(diǎn)擊查看大圖）
為了提取固體和生物固體樣品，通過以下步驟制備提取0.3%氫氧化銨的甲醇溶液：將1mL 30%的氫氧化銨加入到甲醇（99mL）中，在室溫下儲(chǔ)存，1個(gè)月后更換。固體（或生物固體）樣品通過以下程序制備（或參考EPA方法第11.3和12.0節(jié)）1。
本研究中使用雙層GCB/WAX固相萃取柱代替WAX固相萃取柱，再進(jìn)行脫碳凈化處理，減少了樣品提取和凈化時(shí)間，并減少了手動(dòng)操作誤差。
在樣品瓶和SPE柱之間使用入口過濾器，以防止顆粒堵塞SPE柱。以上所有萃取流程均使用 Promochrom SPE-03自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)（Promochrom Technologies，Richmond，BC， Canada），以減少人力成本，并減少人為錯(cuò)誤。
方法性能和驗(yàn)證
方法選擇性和真實(shí)樣品中PFAS的確認(rèn)
該方法的選擇性和樣品中PFAS分析物的確認(rèn)通過比較分析物保留時(shí)間和MS信息（例如參考標(biāo)準(zhǔn)品和測(cè)試樣品之間的分析物定量/定性離子豐度比 [IAR]）進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)關(guān)于分析方法驗(yàn)證的監(jiān)管指導(dǎo)，該LC-MS/MS方法應(yīng)至少使用兩個(gè)結(jié)構(gòu)特異的MS/MS轉(zhuǎn)換離子對(duì)14-164-6。美國(guó)EPA方法1633要求樣品的IAR必須在所觀察到的中間點(diǎn)初始校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品的IAR的±50%范圍內(nèi)，并且該比率要求不適用于PFBA、PFPeA、NMeFOSE、NEtFOSE、PFOSA、PFMPA和PFMBA，因?yàn)闆]有合適的（無(wú)法檢測(cè)或S/N不足）二級(jí)離子對(duì)可用。
在本研究中，該方法盡可能針對(duì)每種分析物使用了兩個(gè)或三個(gè)MS/MS離子對(duì)，以對(duì)研究樣品中 PFAS 的目標(biāo)峰進(jìn)行定性確認(rèn)，并確定除PFBA和PFOSA（其二級(jí)離子對(duì)的S/N不足）外，真實(shí)水樣中所有測(cè)定的 PFAS分析物的IAR值均在預(yù)期值容差窗的±40%范圍內(nèi)。有關(guān)樣品分析結(jié)果和IAR值（表5-6），請(qǐng)參閱本文最后一節(jié)。
儀器靈敏度（LOQ）和方法檢測(cè)限（MDL）
通過測(cè)量濃度校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品的信噪比（S/N）來確定儀器靈敏度（參見EPA方法第7.3.4、10.3.3.1和13.3節(jié)）。在本研究中，定量離子和確證離子的定量限（LOQ）由S/N≥3:1確定，如果分析物只有一個(gè)定量離子，則S/N≥10:1。
方法檢測(cè)限（MDL）是指能夠以99%的置信度報(bào)告可將分析物的實(shí)測(cè)濃度與方法空白結(jié)果區(qū)分開來的最小濃度。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室必須使用40 CFR Part 136.7中的為所有目標(biāo)分析物建立MDL。在本研究中，使用了若干低水平持續(xù)精密度和回收率（LLOPR）樣本以及方法。
三份方法空白樣品分別在三個(gè)不同日期進(jìn)行了分析，然后從所有LLOPR樣品和空白中計(jì)算PFAS濃度。LLOPR是持續(xù)存在的精密度和回收率樣品，其濃度為實(shí)驗(yàn)室LOQ的兩倍，并用作儀器靈敏度的常規(guī)檢查。在本研究中，由于空白樣品未檢測(cè)到PFAS，因此使用11個(gè)LLOPR 樣品的結(jié)果來計(jì)算每種分析物的平均PFAS含量和標(biāo)準(zhǔn)偏差（STDEV）。
MDL=T（ n-1，0.99）x STDEV，其中當(dāng)n=11時(shí)，T（n-1，0.99）=2.764。因此，MDL= 2.764 x STDEV 。
表1列出了本研究中獲得的MDL和LOQ值以及EPA組織的實(shí)驗(yàn)室間研究的匯總結(jié)果（見EPA方法表9 1）。
表1.本研究中獲得的方法檢測(cè)限（MD）和定量限（LOQ）以及EPA組織的實(shí)驗(yàn)室間研究的匯總結(jié)果（點(diǎn)擊查看大圖）
樣品基質(zhì)效應(yīng)和儀器靈敏度檢查
通過比較非提取內(nèi)標(biāo)物（NIS）的峰面積與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品中內(nèi)標(biāo)物平均峰面積的差異 ，對(duì)樣品基質(zhì)效應(yīng)進(jìn)行了研究。EPA方法還利用這些結(jié)果來檢查儀器靈敏度變化（見EPA方法第14.9節(jié)）。如表2所示，所有回收率結(jié)果均在EPA方法設(shè)定的50-200% 范圍內(nèi)（EPA方法1中的表8）。
表2.樣品中未提取內(nèi)標(biāo)物（NIS）的回收率（%）（點(diǎn)擊查看大圖）
*樣品S2和S7的回收率與S1相似，因此此處未顯示其數(shù)據(jù)。
方法萃取效率
方法萃取效率通過從地表水樣品中回收提取出的內(nèi)標(biāo)物（EIS）以及使用響應(yīng)因子計(jì)算得出的QC樣本來評(píng)估（比較樣品中內(nèi)標(biāo)與NIS的峰面積比/濃度比）。如表3所示，所有回收率結(jié)果均在EPA方法設(shè)定的范圍內(nèi)（EPA方法中的表8）。一些長(zhǎng)鏈全氟辛烷磺酸的回收率較低（特別是最后五種化合物），這與EPA 實(shí)驗(yàn)室間研究1得出的結(jié)果一致。
表3.從樣品中提取的內(nèi)標(biāo)物（EIS）的回收率（%）（點(diǎn)擊查看大圖）
樣品S2和S7的回收率與S1相似，因此此處未顯示其數(shù)據(jù)。
方法準(zhǔn)確度：加標(biāo)樣品中目標(biāo)PFAS的回收率
方法準(zhǔn)確度可通過加標(biāo)樣品的分析物回收率（LFM）進(jìn)行評(píng)估。如表4所示，LFM樣品的PFAS 回收率結(jié)果在EPA方法設(shè)定的范圍內(nèi)（EPA方法中的表7）。PFDOs的回收率較低，可能是由于缺乏同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)物（13C8-PFOS用于該方法中的定量）。EPA的實(shí)驗(yàn)室間研究也獲得了同樣低的結(jié)果。1
測(cè)量的RSD%的精密度在20%以內(nèi)（n≥3）。此外，使用從Absolute Standards Inc.獲得的能力驗(yàn)證樣品進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性，所有40種PFAS的結(jié)果均在可接受范圍內(nèi)（數(shù)據(jù)未顯示，但可根據(jù)要求提供）。
表4.加標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)樣品中目標(biāo)全氟辛烷磺酸的回收率（點(diǎn)擊查看大圖）
*注：空格的PFAS值<LOQ；IAR值不適用于PFBA和NETFOSE。
通過本研究開發(fā)的工作流程，收集并測(cè)量了11個(gè)樣品的全氟辛烷磺酸含量。樣品S1（沙子）、S6（人類糞便）、S10（韭菜）和S11（豬血）的全氟辛烷磺酸水平均低于該方法的定量限。如表5所列，從多倫多安大略湖沿岸不同海灘地區(qū)采集的兩份沉積物樣本（S2和S7）中僅檢測(cè)出了全氟辛烷磺酸。在我家后院的土壤（S4）中發(fā)現(xiàn)了三種PFAS分析物（PFOS 、PFOA 和PFHPA），在多倫多Mimico-Creek地區(qū)采集的污泥樣品（S3）中發(fā)現(xiàn)了七種PFAS化合物，從花園商店購(gòu)買的黑色花園土壤（S5）中檢測(cè)到了十二種PFAS化合物。
表5.不同固體樣品的全氟辛烷磺酸結(jié)果（ng/G）及其IAR值（點(diǎn)擊查看大圖）
我驚訝地發(fā)現(xiàn)黑土中竟然有這么多全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS），因?yàn)槲以迷谶@塊地里種植過一種很受歡迎的蔬菜（S10韭菜）。幸運(yùn)的是，在這個(gè)蔬菜樣本中沒有發(fā)現(xiàn)PFAS。圖3顯示了在黑土樣品中發(fā)現(xiàn)的PFAS的LC-MS/MS色譜圖。如表6所示，從兩個(gè)生物固體樣品中發(fā)現(xiàn)了八種PFAS化合物（主要是長(zhǎng)鏈全氟辛烷磺酸化合物）。我們的結(jié)果與最近對(duì)加拿大廢水和生物固體樣品中PFAS的研究結(jié)果一致8。
圖3.黑色花園土壤樣品中發(fā)現(xiàn)的全氟辛烷磺酸的LC-MS/MS色譜圖（點(diǎn)擊查看大圖）
表6.生物固體樣品的全氟辛烷磺酸結(jié)果（ng/g）和IAR值（點(diǎn)擊查看大圖）
盡管加拿大自21世紀(jì)初就開始對(duì)PFAS進(jìn)行管制并逐步停止生產(chǎn)，但由于其在環(huán)境中的持久性，仍然在大多數(shù)樣本中檢測(cè)到了PFAS 。
結(jié)論
我們開發(fā)了一種靈敏且可靠的分析方法，用于分析低ng/L水平的固體和生物固體樣品中的40種PFAS。該方法采用自動(dòng)固相萃取 （SPE）樣品預(yù)處理方法結(jié)合QSight LC-MS/MS進(jìn)行分析。使用更大的內(nèi)徑SPP UHPLC柱并向柱中注入更多樣品，可以實(shí)現(xiàn)更好的分離、更高的靈敏度和更穩(wěn)健的方法。使用雙層SPE小柱（WAX/GCB）不僅能簡(jiǎn)化樣品制備的步驟，節(jié)約時(shí)間，還能提高分析物回收率和準(zhǔn)確率。均符合EPA 1633的所有性能標(biāo)準(zhǔn)，這表明該方法具有同等性，用于實(shí)際水樣分析也具有良好的精密度和準(zhǔn)確度。
致謝
作者衷心感謝加拿大環(huán)境與氣候變化部科技處的Shirley Anne Smyth博士，是她為我們提供了生物固體樣本以供測(cè)試之用。
參考文獻(xiàn)
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