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环境 PFAS 检测样品前处理方法对比(列表)

已有 2523 次阅读 2024-2-3 21:00 |系统分类:科研笔记

PFAS 是全氟烷基和多氟烷基化合物的简称,是一类含有氟原子的有机化合物,广泛应用于各种工业和消费品中,例如防水、防污、防火、润滑、涂料、包装材料等。由于 PFAS 具有优异的化学稳定性和生物持久性,它们在环境和生物体中难以降解,因此被认为是一种新型持久性有机污染物(POPs)。PFAS 可能对人类和生态系统造成不利的健康和环境影响,例如影响内分泌系统、免疫系统、生殖系统、肝脏功能、神经发育等。

 目前,已有数千种 PFAS 被制造和使用,其中最常见和最研究的是全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)。由于 PFOA 和 PFOS 的高毒性和高风险,它们已被多个国家和地区禁止或限制使用和生产,同时也推动了新型 PFAS 的开发和替代,例如全氟烷基醚羧酸(PFECA)、全氟烷基醚磺酸(PFESA)、全氟烷基醚磺酰胺(FASA)等。然而,这些新型 PFAS 的环境行为和毒理学特性尚不清楚,因此需要开展更多的研究和监测,以评估它们的环境风险和管理策略。

由于 PFAS 在环境中的广泛分布和低浓度存在,检测和分析它们需要使用高灵敏度和高选择性的仪器技术,例如液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)或液相色谱-高分辨率质谱(LC-HRMS)。然而,仅仅依靠仪器技术是不够的,还需要对环境样品进行适当的前处理,以提高分析的准确性和可靠性。环境样品中的 PFAS 前处理的主要目的有以下几个:

  • 提取:将 PFAS 从复杂的样品基质中转移到适合分析的溶剂中,例如从水、土壤、沉积物、生物组织等中提取 PFAS 到甲醇、乙腈等中。

  • 净化:去除或减少样品中的干扰物,例如有机物、无机盐、蛋白质、脂质、色素等,以避免对分析仪器造成污染或损坏,或者影响 PFAS 的检测和定量。

  • 浓缩:增加样品中 PFAS 的相对浓度,以提高分析的灵敏度和检出限,或者满足分析仪器的进样要求。

根据不同的样品类型和分析目的,可以选择不同的 PFAS 前处理方法。目前,最常用的方法是固相萃取(SPE),它利用固体颗粒色谱填料对样品的不同组分进行化学分离。SPE 有多种模式,例如反相、正相、离子交换、亲氟等,可以根据 PFAS 的化学性质和样品基质的特点进行选择。SPE 的优点是可以实现 PFAS 的有效提取、净化和浓缩,操作简单,重复性好,适用于多种水样和固样。SPE 的缺点是需要较多的溶剂,可能造成一些 PFAS 的吸附损失,且对某些新型 PFAS 的回收率不高。

除了 SPE,还有一些其他的 PFAS 前处理方法,例如液-液萃取(LLE)、分散液-液微萃取(DLLME)、涡旋辅助液-液微萃取(VALLME)、固相微萃取(SPME)、多片纤维固相微萃取(MMF-SPME)、蛋白质沉淀(PP)、直接进样(DI)等。这些方法各有优缺点,需要根据具体的应用场景进行比较和选择。下表总结了一些常用的 PFAS 前处理方法的特点和适用范围,可供实际对比应用选择。 

方法

原理

优点

缺点

适用样品

适用样品类型

SPE

样品通过含有特定功能基团的固相填料,根据亲疏水、离子交换、亲氟等作用,实现 PFAS 和其他组分的分离

有效提取、净化和浓缩 PFAS,操作简单,重复性好,适用于多种水样和固样

需要较多的溶剂,可能造成一些 PFAS 的吸附损失,且对某些新型 PFAS 的回收率不高

水、土壤、沉积物、生物组织等

水性和固态样品,尤其是含有复杂基质的样品

LLE

样品与有机溶剂混合,形成两相体系,根据分配系数,实现 PFAS 和其他组分的分离

简单、廉价、适用于多种水样

需要大量的溶剂,操作繁琐,重复性差,对某些 PFAS 的回收率不高,难以去除干扰物

水性样品,尤其是含有低浓度 PFAS 的样品

DLLME

样品与分散溶剂和萃取溶剂混合,形成微液滴,根据分配系数,实现 PFAS 和其他组分的分离

节省溶剂,操作简单,提高灵敏度,适用于多种水样

对某些 PFAS 的回收率不高,难以去除干扰物,需要离心或加热步骤

水性样品,尤其是含有低浓度 PFAS 的样品

VALLME

样品与萃取溶剂在涡旋混合器中混合,形成微液滴,根据分配系数,实现 PFAS 和其他组分的分离

节省溶剂,操作简单,提高灵敏度,适用于多种水样

对某些 PFAS 的回收率不高,难以去除干扰物,需要离心或加热步骤

水性样品,尤其是含有低浓度 PFAS 的样品

SPME

样品与纤维涂层接触,根据亲疏水、离子交换、亲氟等作用,实现 PFAS 和其他组分的吸附

可以实现 PFAS 的有效富集和去除干扰物,节省溶剂,提高灵敏度,适用于多种水样和固样

需要特殊的纤维涂层,可能造成一些 PFAS 的吸附损失,且对某些新型 PFAS 的回收率不高

水、土壤、沉积物、生物组织等

水性和固态样品,尤其是含有低浓度 PFAS 的样品

MMF-SPME

样品与基于整体的吸附剂接触,根据阴离子交换和亲氟相互作用,实现长链 PFCA 和其他组分的吸附

可以实现 PFAS 的高效富集和去除干扰物,节省溶剂,提高灵敏度,适用于多种水样和固样

需要特殊的吸附剂,可能造成一些 PFAS 的吸附损失,且对某些新型 PFAS 的回收率不高

水、牛奶等

水性和固态样品,尤其是含有长链 PFCA 的样品

PP

样品与有机溶剂或酸性溶液混合,形成蛋白质沉淀,实现 PFAS 和其他组分的分离

可以实现 PFAS 的有效净化,操作简单,适用于多种生物样品

需要较多的溶剂,可能造成一些 PFAS 的损失,且不能实现浓缩

生物组织、血液、尿液等

生物样品,尤其是含有高浓度蛋白质的样品

DI

样品经过过滤后,直接进入液相色谱-质谱仪进行分析,无需其他步骤

操作快速、成本低、环境友好,适用于多种水样

可能受到样品中的干扰物的影响,对某些 PFAS 的回收率不高,且不能实现浓缩

水性样品,尤其是含有简单基质的样品

 



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