01 摘要
全氟和多氟烷基物質（PFAS）是一類在各種工業中廣泛使用的人造化學品，得益于其對非粘鍋和滅火泡沫等產品的優異性能。這類化合物的穩定性和普遍應用已經導致它們在環境中的積累，并且缺乏有效的去除技術使得它們能夠在人類和動物體內生物積累。已經證實，PFAS 會引發人體健康問題，包括癌癥、內分泌干擾和不孕等。因此，對土壤和組織等環境固體樣本的監測變得至關重要。EDGE PFAS™ 系統是一個為從固體樣本中提取 PFAS 設計的自動化溶劑提取系統。在本研究中，我們依照美國環保署 1633.1 方法，使用 EDGE PFAS 從土壤和組織中提取了 40 種添加的 PFAS 化合物。自動化提取過程每個樣本耗時不足 10 分鐘，且獲得了令人滿意的回收率和相對標準偏差，同時確保系統中無交叉污染。對于希望實現固體樣本 PFAS 提取自動化的實驗室而言，EDGE PFAS 是蕞佳選擇。
02 引言
在當今工業界，已有數千種全氟和多氟烷基物質（PFAS）被廣泛應用。這些化合物因其出色的耐用性和生物累積性而被稱為“永恒化合物"。PFAS 的結構包含一個碳原子主鍵，氟原子從該主鍵延伸出去，形成的強碳-氟鍵是這些化合物穩定性的關鍵。由于其廣泛使用，PFAS 已通過生產和廢水排放滲透到環境中，并進入水源。一旦進入水源，PFAS 可以迅速擴散，進而污染土壤和生物體組織。更嚴重的是，這些化合物在動物和人體內顯示出生物累積性，且對人體的暴露已被證實會導致不良健康后果。因此，評估環境中 PFAS 水平對于保障人類健康與安全至關重要。
美國環境保護局（EPA）提供了 EPA 第 1633 方法來分析包括土壤和組織樣本在內的 PFAS。該方法中詳細介紹的固體樣本提取過程是一個漫長的手工操作。然而，由于該方法是基于性能的，只要滿足質量控制要求，就可以對提取過程進行修改。EDGE PFAS 系統能夠在不到 10 分鐘的時間內完成土壤和組織樣本的提取，自動化了溶劑添加、提取和提取物過濾過程。這為從這些固體環境樣本中快速、高效、簡便地提取 PFAS 提供了可能。
在本研究中，我們利用 EDGE PFAS 有效地從土壤和組織樣本中提取了 PFAS，并且獲得了可接受的回收率和 RSD 值。動物組織是特別難以提取的基質，它增加了樣本制備和分析的復雜性。使用 EDGE PFAS 系統，一個簡單的方法就可以適用于許多不同的困難樣本類型。
03 材料與方法
試劑與樣本
土壤參考物質（編號Soil 2022-110）購自北美能力驗證測試組織（NAPT）。磨碎的雞肉購自當地食品零售商，按照美國環保署（EPA）推薦的方法 1633，用作組織樣本的代表基質。大部分使用的試劑包括 HPLC 級別的甲醇、HPLC 級別的水、氫氧化鉀、甲酸和乙酸，均采購自 MilliporeSigma 公司。氫氧化銨由霍尼韋爾提供。內標替換 PFAS 溶液（PFAC-MXF）、原生全氟烷基醚羧酸和磺酸鹽溶液（PFAC-MXG）、原生PFAS溶液（PFAC-MXH）、N-甲基/乙基 FOSA 原生溶液（PFAC-MXJ）、X:3 氟調聚羧酸原生溶液（PFAC-MXJ）以及質量標記的PFAS提取標準溶液（MPFAC-HIF-ES）均由惠靈頓實驗室提供。所使用的凈化材料，包括石墨化碳黑，由雷斯特克公司提供。用于 PFAS 分析的 Oasis®WAX 6cc 真空柱購自沃特世公司。
EDGE 樣本制備
在使用前，每個 Q-Cup® 需用甲醇沖洗并干燥。Q-Cups 裝配 Q-Disc®PFAS 后，分別稱取 5 克土壤或 2 克磨碎的雞肉加入其中。每個樣本按照表 1 所示濃度添加了原生 PFAS。提取的內部標準（EIS）按照 EPA 方法 1633 所述濃度添加。每個樣本都準備了四份。隨后，將所有的 Q-Cups 連同聚丙烯離心管一起放入 EDGE PFAS 架子中，并依照所列方法在 EDGE PFAS 系統上進行提取。
表1. 原生PFAS化合物的添加濃度
EDGE PFAS 從土壤和組織中提取 PFAS 的方法
Q-Disc: Q-Disc PFAS
周期 1
提取溶劑：甲醇中的0.3%氫氧化銨（土壤）或甲醇中的0.05 M KOH（組織）
頂部添加：15 mL
沖洗：0 mL
溫度：65oC
保持時間：03:00（分：秒）
周期 2
提取溶劑：甲醇中的0.3%氫氧化銨（土壤）或甲醇中的0.05 M KOH（組織）
頂部添加：10 mL
沖洗：5 mL
溫度：65oC
保持時間：03:00（分：秒）
洗滌 1
洗滌溶劑：提取溶劑
洗滌體積：15 mL
溫度：65oC
保持時間：00:15（分：秒）
洗滌 2
洗滌溶劑：提取溶劑
洗滌體積：15 mL
溫度：---
保持時間：--:--（分：秒）
提取后凈化處理
樣本在 55°C 下通過氮氣吹掃濃縮至 7 mL，隨后使用高效液相色譜（HPLC）級別的水重新稀釋至 50 mL。使用 50% 甲酸或 30% 氫氧化銨調整樣本的 pH 值，使其達到 6.5 ± 0.5 的范圍內。接著，根據美國環保署（EPA）第 1633 方法，樣本經由松散的石墨化碳黑和 WAX 固相萃取（SPE）進行凈化。
分析過程
分析工作由沃特世公司采用 ACQUITY™ Premier 系統完成，該系統配備了 Xevo™ TQ Absolute 質譜儀。液相色譜（LC）系統經過沃特世 PFAS 分析套件的改造?；衔镌?ACQUITY Premier BEH C18 色譜柱（2.1 mm x 50 mm, 1.7 µm）上實現分離。進樣量為 2 µl，流動相 A 為 2 mM 乙酸銨水溶液，流動相 B 為 2 mM 乙酸銨乙腈溶液。使用的梯度程序詳見表2。監測每種化合物的 MRM（多反應監測）躍遷所用的離子源參數詳見表3。
表2. 用于分離的超高效液相色譜（UPLC）梯度程序
表3. 使用的源參數
04 結果
土壤和雞肉樣本均采用了一種簡潔快速的自動化提取方法進行提??；兩種樣本類型使用了相同的參數，唯有提取溶劑例外。提取溶劑的選擇遵循了 EPA 第 1633 方法的建議。無論樣本類型如何，從溶劑添加、提取到過濾的整個過程均在 10 分鐘內完成。所有樣本均采用了統一的凈化和分析流程。如表 4 所示，兩種樣本類型的全部 40 種原生 PFAS 化合物均達到了合格的回收率和 RSD 值。同時，表 5 顯示，兩種樣本類型的提取內標也實現了令人滿意的回收率和 RSD 值。采用傳統的提取技術時，通常需要三個長時間周期才能有效提取土壤和組織樣本，組織樣本的提取時間甚至超過 16 小時。而通過 EDGE PFAS 技術，僅需兩個短周期，每個周期 3 分鐘，就能實現土壤和雞肉樣本的良好回收率。
土壤樣本的回收率略高，RSD 值也更為集中，不過所有數據均處于可接受范圍內。這一細微差別可能源于雞肉樣本中較高的脂肪含量及其他干擾物質的存在。組織樣本被認為是提取過程中的一個具有挑戰性的基質。對于這些難處理的樣本，能夠采用一種快速、簡單且高效的自動化提取方法，將極大地助力那些面臨大量 PFAS 樣本分析需求的環境 PFAS 實驗室。
表4. 土壤和雞肉中 40 種原生 PFAS 的平均回收率和RSD（n=4）
表5. 土壤和雞肉中提取內標的平均回收率值及%RSD（n=4）
05 結論
全氟烷基物質（PFAS）的環境污染是一個全球性問題，其影響范圍和程度隨著檢測技術的進步而日益顯現。PFAS 在環境中的廣泛分布已經觸及地球上的多個角落，并在各種生物體內留下了污染的痕跡。隨著我們對這一問題認識的深入，對于高效、快速的樣本處理方法的需求也相應增加。在本研究中，我們采用了一種名為 EDGE PFAS 的技術，成功地從加標的土壤和組織樣本中提取了 PFAS。這種方法不僅快速、簡單，而且高效，能夠自動化地進行大量樣本的處理。實驗結果顯示，使用該技術獲得的回收率和相對標準偏差（RSD）值均達到了可接受的水平。這一發現對于應對不斷增長的樣本處理需求具有重要意義，并為未來的環境監測和污染治理提供了有力的技術支持。
參考
1 United States Environmental Protection Agency. Method 1633 Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS)in Aqueous, Solid, Biosolids, and Tissue Samples by LC-MS/MS, Revision 1, January, 2024.
在本次項目中，我們得到了 Waters Corporation 的大力支持與幫助。他們負責對提取物進行深入分析，展現了優秀的專業能力。對此，我們深感感激，并對他們長期以來的積極參與和持續合作表示衷心的感謝。
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