賀錦燦, 張?jiān)婍? 蘇榆媛, 宋嘉怡, 毋福海

(廣東藥科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院, 廣東 廣州 510310)

全氟化合物(perfluorochemicals, PFCs)是指化合物分子中與碳原子連接的氫原子全部被氟原子所取代的一類有機(jī)化合物,化學(xué)通式為F(CF2)n-R,其中R為親水性官能團(tuán)。PFCs主要包括全氟烷基羧酸類、全氟烷基磺酸類等全氟有機(jī)酸,全氟烷基磺酰胺類和全氟調(diào)聚醇等。過(guò)去幾十年,PFCs被廣泛用于食品包裝、電子產(chǎn)品、不粘鍋涂層、紡織品、潤(rùn)滑劑、表面活性劑等領(lǐng)域。PFCs具有持久性、難降解性和生物累積性,其污染已經(jīng)遍布全球,廣泛分布在水體、土壤、大氣、各類生物等中,甚至在偏遠(yuǎn)地區(qū)的人群中也存在[1]。研究[2]表明,PFCs具有肝毒性、胚胎毒性、生殖毒性、神經(jīng)毒性,其毒理學(xué)研究還處于初始階段,已成為公共衛(wèi)生安全領(lǐng)域關(guān)注的對(duì)象。

全氟辛烷磺酸(perfluorooctanesulfonate, PFOS)和全氟辛烷羧酸(perfluorooctanoic acid, PFOA)是全氟有機(jī)酸的典型代表,也是PFCs前體物的最終降解產(chǎn)物,檢出率最高,備受研究者關(guān)注。2006年10月25日,歐盟議會(huì)[3]通過(guò)限制使用PFOS的指令2006/122/EC,標(biāo)志著歐盟正式全面禁止PFOS在商品中的使用。2009年5月PFOS被列入持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants, POPs)名單[4]。2007年,在美國(guó)環(huán)保署的倡導(dǎo)下,3M、杜邦等公司鑒定了PFOA削減協(xié)議,同意分階段停止使用PFOA,并于2015年全面禁用PFOA。目前,世界各國(guó)對(duì)PFOS和PFOA的危害和污染已達(dá)成共識(shí)。歐洲議會(huì)和理事會(huì)[5]修改指令規(guī)定內(nèi)陸地表水中PFOS及其衍生物的含量限制為0.65 ng/L,美國(guó)環(huán)保署[6]飲用水指南規(guī)定PFOA的限值為70 ng/L。我國(guó)規(guī)定飲用水中氟化物含量不得超過(guò)1.0 mg/L,但尚未制定PFOS和PFOA單體的限值[7]。

我國(guó)關(guān)于PFCs的分析研究落后于國(guó)際發(fā)展水平,相關(guān)出口產(chǎn)品難免遭遇“綠色壁壘”,相關(guān)分析技術(shù)的發(fā)展非常迫切。PFCs樣品基體復(fù)雜多樣,環(huán)境污染、食品安全監(jiān)控以及毒性研究通常需要大量樣本和痕量甚至超痕量水平的分析,已經(jīng)成為分析化學(xué)研究的難點(diǎn)[8]。近年P(guān)FOS和PFOA的前處理及分析技術(shù)具有較大發(fā)展。本文簡(jiǎn)介了PFOS和PFOA的特性,綜述了PFOS和PFOA的前處理及分析方法,并對(duì)存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望,以期為PFOS和PFOA的監(jiān)測(cè)、分析研究及標(biāo)準(zhǔn)制定提供參考。

圖 1 (a) PFOS和(b) PFOA的結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Chemical structures of (a) perfluorooctanesulfo-nate (PFOS) and (b) perfluorooctanoic acid (PFOA)

1 PFOA與PFOS的特性

PFOS和PFOA的分子結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。由于PFOS和PFOA分子中烷烴鏈上的氫原子全部被氟原子取代,氟原子電負(fù)性很強(qiáng),吸電子能力強(qiáng)。碳氟鍵的極性很強(qiáng),因此PFOS和PFOA具有較高的穩(wěn)定性、難以被水解、光解及生物降解。有研究[9]報(bào)道,PFOS僅在高溫下焚化才能發(fā)生裂解,而PFOA在一般的化學(xué)、生物或光解條件下,僅分解為二氧化碳、氨氣和惰性氣體C7F15H。

由于難以脫氟降解,且疏水疏油,PFOA和PFOS在生物體內(nèi)的蓄積模式與有機(jī)氯農(nóng)藥和二噁英等POPs不同。這些PFCs進(jìn)入生物體后,優(yōu)先與蛋白質(zhì)結(jié)合,如在血漿中與血漿白蛋白結(jié)合,在肝臟中與脂肪酸結(jié)合蛋白結(jié)合,其余的累積在脾臟、肌肉等組織中,其中在肝臟和血液中的含量最高[10]。

PFOS和PFOA具有表面活性,在水中具有一定的溶解度(PFOS為0.57 g/L, PFOA為4.7 g/L),目前在全球范圍的地表水、地下水和海水中均發(fā)現(xiàn)存在PFOS和PFOA的污染,這些PFCs在環(huán)境中遷移及在生物體中富集,使其毒性更強(qiáng)[11]。此外,雖然這些PFCs的存在量很小,但是在大氣中穩(wěn)定存在,不易降解,具有很強(qiáng)的紅外線吸收能力,能吸收大量的地表及低空熱輻射能,對(duì)全球變暖具有潛在的影響。

2 樣品前處理技術(shù)

2.1 液液萃取法

液液萃取(liquid-liquid extraction, LLE)法又稱溶劑萃取法或抽提法,是一種經(jīng)典的樣品前處理技術(shù)。其原理是利用不同組分在兩種不相溶溶劑中分配系數(shù)或溶解度的不同,將待測(cè)物質(zhì)與基質(zhì)分離。LLE法的優(yōu)點(diǎn)是常溫操作,條件簡(jiǎn)單,操作方便,缺點(diǎn)是需要較多人力,有機(jī)溶劑消耗量較大,易對(duì)環(huán)境造成二次污染?；撬峄臉O性大于羧基的極性,對(duì)于同一種萃取溶劑而言,PFOS比PFOA更容易被萃取。因此,目前LLE法多用于固體和半固體生物樣品(如動(dòng)物組織樣品),以及液體樣品(如水體、母乳、血清)中PFOS的萃取[12,13]。文獻(xiàn)報(bào)道中多使用甲基叔丁基醚(methyl tert-butyl ether, MTBE)作為生化樣品的萃取劑。如Zhang等[13]使用MTBE萃取生物油、生物油改良土壤和植物中的PFCs,但回收率不高。

LLE法設(shè)備簡(jiǎn)單,但操作繁瑣,有機(jī)溶劑消耗量大,萃取效率較低,易發(fā)生乳化,為了提高萃取效率,通常與超聲萃取、固相萃取等其他方法結(jié)合[14,15]或者采用液液微萃取的形式[16,17]。為了克服傳統(tǒng)LLE的缺點(diǎn),閆萌萌等[17]開(kāi)發(fā)了一種離子液體分散液液萃取法,僅用220 μL離子液體即可提取食品接觸材料遷移液中的PFOS和PFOA,結(jié)合使用渦旋和離心,整個(gè)萃取過(guò)程只花費(fèi)6 min,大幅度縮短了前處理時(shí)間,且減少了有機(jī)溶劑的用量。

2.2 SPE法

SPE是一種經(jīng)典的樣品前處理技術(shù)。其基本原理是利用待測(cè)組分在固相填料中的選擇性吸附和洗脫,以達(dá)到分離和富集的目的。SPE的優(yōu)點(diǎn)是萃取時(shí)間短,有機(jī)溶劑使用量少,集萃取和凈化為一體,缺點(diǎn)在于小柱造價(jià)高,分析成本高。常見(jiàn)的SPE柱包括商品化的弱陰離子交換柱(weak-anion exchange chromatography, WAX)[18-21],親水親油平衡柱(hydrophile-lipophile balance, HLB)[22,23]和C18柱[24],也有學(xué)者自制SPE柱,如羧基化碳納米粒子小柱[25]、聚酰胺萃取小柱[26]等。其中,WAX柱對(duì)大多數(shù)PFCs的萃取效果最好,而HLB柱更適合萃取長(zhǎng)鏈PFCs[27]。

傳統(tǒng)的SPE多采取離線操作的方式進(jìn)行,存在費(fèi)時(shí)、準(zhǔn)確性不高等缺點(diǎn)。因此,有研究者采用在線SPE技術(shù)[28,29]。例如,Munoz等[23]建立了在線SPE-LC-MS/MS聯(lián)用法,所需樣品量少(25 μL),檢出限低(ng/g級(jí)),該方法成功測(cè)定了南極洲海鳥(niǎo)血清中包括PFOS和PFOA在內(nèi)的26種PFCs。在線SPE不僅保留了傳統(tǒng)離線SPE的優(yōu)點(diǎn),而且實(shí)現(xiàn)了樣品提取分析一體化,減少了前處理手工操作,避免離線操作中間過(guò)程帶來(lái)的誤差,提取液全部用于分析,富集倍數(shù)高,因此是未來(lái)發(fā)展的方向。

2.3 固相微萃取法

固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)克服了傳統(tǒng)樣品前處理技術(shù)的缺陷,集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體,大大加快了分析檢測(cè)的速度[30-34]。例如,Deng等[32]自制C18陰離子交換吸附劑修飾的精細(xì)金屬探針作為SPME探針,將探針插入大型溞中50 μm,通過(guò)反相離子交換機(jī)理富集PFOS和PFOA,僅60 s即可完成采樣。為了提高SPME的萃取容量,簡(jiǎn)化操作流程,Huang等[33]提出了基于整體吸附材料的纖維束固相微萃取技術(shù)(MMF-SPME)。整體吸附材料通過(guò)氟-氟親和及陰離子交換反應(yīng)有效萃取全氟羧酸,與傳統(tǒng)的涂層纖維SPME相比,MMF-SPME中的纖維束含有較多的萃取介質(zhì),對(duì)全氟羧酸類物質(zhì)的萃取效率更高、消耗樣品及有機(jī)溶劑更少。

與SPE相比,SPME具有樣品、有毒有害試劑用量少等優(yōu)勢(shì),但SPME裝置的萃取頭成本較高,涂層易流失,重復(fù)性較差,使用壽命有限,多次使用可能存在交叉污染等問(wèn)題。

2.4 超聲萃取法

超聲萃取法是利用超聲波的空化作用、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)等多級(jí)效應(yīng)增大分子的運(yùn)動(dòng)頻率和速度,增加溶劑的穿透力,加速樣品基質(zhì)內(nèi)有效物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散和溶解,從而提高萃取效率的方法[35-38]。該方法簡(jiǎn)單,快速,能一次處理多個(gè)樣品,與LLE結(jié)合使用,可以減少溶劑消耗,簡(jiǎn)化傳統(tǒng)LLE的操作步驟。Xiang等[36]以谷物、胡蘿卜等可食用作物為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,比較了用3種溶劑(MTBE、乙腈/水、四氫呋喃/水)進(jìn)行超聲萃取,及用3種SPE小柱(WAX、弗羅里硅土柱、HLB)進(jìn)行凈化的效果,發(fā)現(xiàn)采用乙腈/水為溶劑進(jìn)行超聲萃取及WAX進(jìn)行凈化能獲得最佳回收率。超聲萃取法的缺點(diǎn)在于只適用于簡(jiǎn)單樣品的前處理,對(duì)于生物樣品等復(fù)雜樣品的適用性需進(jìn)一步研究。

2.5 QuEChERS法

母乳、動(dòng)物組織等復(fù)雜的生物樣品,基質(zhì)復(fù)雜,在樣品測(cè)定前需要凈化。QuEChERS是由美國(guó)農(nóng)業(yè)部Anastassiades教授[39]等于2003年開(kāi)發(fā),用于除雜凈化的快速樣品前處理技術(shù)。其原理與HPLC和SPE相似,是利用吸附劑填料與基質(zhì)中的雜質(zhì)相互作用,吸附雜質(zhì),從而達(dá)到凈化的目的。QuEChERS方法大致可以分為以下4個(gè)步驟:樣品粉碎、乙腈提取、硫酸鎂等鹽除水和乙二胺-N丙基硅烷等吸附劑除雜。該方法具有溶劑使用量少、污染小、操作簡(jiǎn)單、處理速度快、回收率高等優(yōu)點(diǎn)[40-44]。目前報(bào)道用于母乳中PFCs的前處理主要依賴于SPE提取和凈化。傳統(tǒng)的SPE雖然凈化效果好,但操作繁瑣,耗時(shí)長(zhǎng)。為了克服該問(wèn)題,李磊等[40]采用乙腈提取母乳中的PFCs,母乳中的脂肪和水分分別通過(guò)QuEChERS脂質(zhì)體凈化包和高鹽試劑包除去,得到的凈化液經(jīng)氮吹定容后能直接用于LC-MS/MS分析,該方法具有操作簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、回收率高等優(yōu)點(diǎn),為復(fù)雜樣品中PFCs的分析前處理提供了新的思路。蜂蜜的成分非常復(fù)雜,含有約70%的果糖和葡萄糖、約20%的水分,非常適合QuEChERS處理。李帥等[41]采用改進(jìn)的QuEChERS方法對(duì)蜂蜜進(jìn)行前處理,用含1.5%(體積分?jǐn)?shù))甲酸的乙腈溶液振蕩提取PFCs,用氯化鈉/硫酸鎂除去水分,C18和N-丙基乙二胺吸附劑除去糖類物質(zhì),蜂蜜中20種PFCs的提取在16 min內(nèi)即可完成,簡(jiǎn)化了前處理流程,縮短了分析時(shí)間。QuEChERS方法所使用的儀器設(shè)備簡(jiǎn)單(主要為離心機(jī)和離心管)、溶劑使用量少(只使用乙腈,價(jià)格低),但是,對(duì)于含水量低或者脂肪含量高的樣品,凈化效果不理想,提取效率低、凈化過(guò)程損失較大。

表 1 不同分析方法檢測(cè)PFOS和PFOA的比較

RRS: resonance Rayleigh scattering; ELISA: enzyme-linked immunosorbent assay; VALLME: vortex-assisted liquid-liquid microextraction; μSPE: micro-solid-phase extraction; SPME: solid-phase microextraction; PFCs: perfluorochemicals.

除了以上介紹的5種前處理方法外,逆固相分散萃取法和超臨界流體萃取法等其他樣品前處理技術(shù)也用于PFOS及PFOA的分析前處理。目前研究者關(guān)注較多的是針對(duì)樣品中PFOS和PFOA的富集和萃取,對(duì)樣品基質(zhì)的凈化研究較少。環(huán)境、食品、生物等復(fù)雜樣品的基質(zhì)凈化及其對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響還需進(jìn)一步研究。

3 分析方法

PFOS和PFOA的分析方法包括GC(或GC-MS)法[45-50]、LC(或LC-MS)法[51-58]、MS法[31,32,59-63]、光譜法[64-76]、酶聯(lián)免疫法[77-79]和電化學(xué)法[80-83]等。表1為這些方法部分應(yīng)用實(shí)例的樣品前處理方法、檢出限及優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 色譜-質(zhì)譜法

3.1.1GC和GC-MS法

GC法是一種以氣體為流動(dòng)相的色譜法,具有柱效高、分析速度快,儀器成本適中等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用。GC適合易于氣化的化合物的分析,而PFOA和PFCS沸點(diǎn)高,難以揮發(fā),因此在GC分析前通常需要進(jìn)行衍生化。GC法測(cè)定PFOA/PFOS的前處理過(guò)程繁瑣,衍生化后生成其他物質(zhì),因此還需進(jìn)行凈化,在PFOA/PFOS的檢測(cè)應(yīng)用受到一定的限制。但是,GC法與電子捕獲檢測(cè)器配合使用,對(duì)含氟有機(jī)物PFOA/PFOS具有較高靈敏度和檢測(cè)速度。衍生方法包括形成脂類衍生物的烷基化反應(yīng)、形成酰胺類衍生物的酰胺化反應(yīng)或硅烷化反應(yīng)。其中,烷基化試劑有碘甲烷、芐基溴、重氮甲烷、三氟化硼-甲醇、乙酰氯-甲醇、硫酸-異丙醇、氯甲酸異丁酯、離子對(duì)試劑四丁基氫氧化銨等;酰胺化試劑有2,4-二氟苯胺、3,4-二氯苯胺等;硅烷化試劑有三甲基氯硅烷等。夏靜芬等[45]使用2,4氟苯胺為衍生劑,N,N′-二環(huán)己基碳二亞胺為脫水劑,9種全氟羧酸均可發(fā)生衍生反應(yīng)生成酰胺衍生物,據(jù)此建立了柱前衍生-GC-電子捕獲法同時(shí)測(cè)定水中9種全氟羧酸,檢出限為0.62～1.38 μg/L。由于磺酸基團(tuán)的強(qiáng)離子性(pKa<1), PFOS的衍生化條件比較苛刻[46]。Lü等[47]選用N,O-雙(三甲基硅基)三氟乙酰胺(BSTFA)為硅烷化試劑進(jìn)行PFOS衍生,反應(yīng)需要在加熱、無(wú)水的條件下進(jìn)行。

GC-MS集成了GC的分離技術(shù)和MS的檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。特別是負(fù)化學(xué)電離源(NCI)模式具有較高的選擇性,可以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性[48-50]。Naile等[48]以重氮甲烷為衍生化試劑,將PFOA衍生為全氟辛酸甲酯,通過(guò)氣相色譜-負(fù)化學(xué)電離質(zhì)譜(GC-NCI-MS)法可以檢測(cè)到8種同分異構(gòu)體。Ye等[49]對(duì)樣品進(jìn)行磁性SPE萃取和微波輔助衍生后,結(jié)合GC-MS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PFOA的分析,方法的線性范圍為0.055～0.086 μg/L。PFOS和PFOA的極性大,不易揮發(fā),因此在GC-MS分析前通常需要進(jìn)行衍生化,前處理過(guò)程繁瑣。總體來(lái)說(shuō),GC-MS儀器相對(duì)普及,使該方法具有一定的實(shí)用性。

3.1.2HPLC和HPLC-MS(/MS)法

PFOA/PFOS本身沒(méi)有紫外吸收基團(tuán)和熒光基團(tuán),因此,除了LC-電導(dǎo)檢測(cè)法外,使用HPLC對(duì)PFOA/PFOS分析必須先對(duì)樣品進(jìn)行衍生化前處理,接上一些紫外吸收或熒光的基團(tuán),再結(jié)合紫外檢測(cè)器或熒光檢測(cè)器進(jìn)行分析[51,52]。例如,單國(guó)強(qiáng)等[52]選用3,4-二氯苯胺為衍生化試劑,通過(guò)碳二亞胺合成法,將PFOA轉(zhuǎn)化為酰胺化衍生物,該物質(zhì)在255 nm處具有紫外吸收,因此可以用LC-UV方法進(jìn)行定性和定量分析。

HPLC-MS分析方法不需要進(jìn)行衍生化,具有較高的靈敏度,而且能根據(jù)不同的測(cè)試情況選擇不同的離子源,如電噴霧電離(electrospray ionization, ESI)、大氣壓化學(xué)電離(atmospheric pressure chemical ionization, APCI)、大氣壓光電離(atmospheric-pressure photoionization, APPI)等,應(yīng)用較為廣泛。HPLC-MS方法的選擇性比MS/MS差,且復(fù)雜樣品的分析容易出現(xiàn)基質(zhì)干擾,因此在利用HPLC-MS進(jìn)行分析前,應(yīng)凈化基質(zhì),有效去除干擾[53,54]。Concha-Graa等[54]將渦旋輔助液液微萃取(vortex-assisted liquid-liquid microextraction, VALLME)與LC-靜電場(chǎng)軌道阱高分辨率質(zhì)譜(LTQ-Orbitrap HRMS)聯(lián)用檢測(cè)海水中的PFOS和PFOA,檢出限為0.7～6 ng/L。HPLC-MS檢測(cè)水中的PFCs準(zhǔn)確度高,但對(duì)于生物組織等復(fù)雜基質(zhì),則出現(xiàn)較差的精密度和回收率,因此該方法的適用范圍需進(jìn)一步探索。

HPLC-MS/MS法是文獻(xiàn)報(bào)道最多的一種檢測(cè)PFOS/PFOA的方法,其突出的優(yōu)點(diǎn)是:能提供比單級(jí)MS更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息,定性更加準(zhǔn)確;選擇性和靈敏度高,對(duì)PFOS/PFOA的檢出限為μg/L級(jí)別[55-58]。如果配合凈化富集濃縮等合適的前處理技術(shù)(離線SPE、SPME及在線SPE等),能檢測(cè)到ng/L的樣品含量。例如,Lashgari等[55]將表面活性劑為模板的介孔材料MCM-41作為微固相萃取(μSPE)吸附劑,該吸附劑裝入多孔聚丙烯膜袋后,可以阻止基質(zhì)內(nèi)的大體積化合物進(jìn)入膜袋中,從而達(dá)到凈化樣品的目的。與LC-三重四極MS法結(jié)合,對(duì)環(huán)境水樣中的PFOA進(jìn)行分析,檢出限低至0.02～0.08 ng/L。Liang等[56]以十六烷基二甲胺修飾的磁性納米粒子作為磁性SPE材料,用HPLC-ESI/MS/MS測(cè)定環(huán)境水中6種PFCs。由于疏水作用和靜電作用,該磁性材料對(duì)PFCs具有很高的富集作用。該方法的檢出限低至0.03～0.05 ng/L。Zabaleta等[57]將超聲、SPE和LLE結(jié)合,發(fā)展了一種超聲固液萃取的前處理方法,與LC-MS/MS聯(lián)用,同時(shí)分析了魚(yú)肝、魚(yú)肉組織和貽貝中14種PFCs和10種潛在前體物,檢出限分別為0.1～2.7 ng/g、0.1～3.8 ng/g和0.2～3.1 ng/g。

為了克服離線SPE操作繁瑣、可能帶來(lái)樣品損失的問(wèn)題,Barreca等[58]利用Oasis WAX在線SPE柱對(duì)樣品進(jìn)行萃取和洗脫后,直接進(jìn)入HPLC-MS/MS中分析,減少了人為操作,避免了離線SPE可能帶來(lái)的誤差。雖然在線SPE的自動(dòng)化程度高,但是商品化的在線SPE裝置選擇范圍有限,檢出限不如離線SPE。HPLC-MS/MS技術(shù)成熟,靈敏準(zhǔn)確,缺點(diǎn)是有時(shí)候會(huì)過(guò)度檢出,且儀器較為昂貴,需要專業(yè)人員進(jìn)行儀器操作和維護(hù)。

3.1.3直接MS分析法

色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析方法中色譜分離過(guò)程需要耗費(fèi)一定時(shí)間,一些研究者為了縮短時(shí)間,對(duì)樣品進(jìn)行前處理后,直接進(jìn)MS儀進(jìn)行分析。MS用于PFOS和PFOA的分析中,發(fā)展較前沿的前處理技術(shù),包括SPME和基質(zhì)分散SPE等[31,32,59-62]。例如,Deng等[32]對(duì)精細(xì)金屬探針進(jìn)行C18陰離子交換吸附劑修飾,制成SPME探針,與ESI電噴霧MS聯(lián)用,應(yīng)用于小生物大型溞中PFOS和PFOA的分析,檢出限分別為0.02和0.03 μg/L。由于低相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)化合物的基質(zhì)干擾問(wèn)題,基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)在小分子物質(zhì)的分析中存在一定難度。Wang等[59]將金屬-有機(jī)骨架作為吸附劑及基質(zhì),與MALDI-TOF-MS聯(lián)用,建立了快速分析PFOS的MS法。該方法較好地利用了MALDI-TOF-MS的高靈敏度,同時(shí)金屬-有機(jī)骨架作為SPE材料解決了基體干擾問(wèn)題,并對(duì)目標(biāo)物具有富集作用,因此獲得了較低的檢出限。Rao等[60]將N-摻雜的石墨烯量子點(diǎn)為基質(zhì),通過(guò)MALDI-TOF-MS分析了水和魚(yú)血中的PFOS。與傳統(tǒng)的基質(zhì)相比,N-摻雜的石墨烯量子點(diǎn)中具有多種形態(tài)的N及π共軛結(jié)構(gòu),能提高解析/離子化效率。直接MS分析省去了色譜分離過(guò)程,節(jié)省了時(shí)間及流動(dòng)相的消耗,避免了流動(dòng)相與流動(dòng)相管線中可能存在的待測(cè)物干擾[63]。但是高分辨率MS儀價(jià)格昂貴,維護(hù)成本高,難以用于常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的日常檢測(cè),其推廣具有較大的難度。

3.2 光譜法

3.2.1比色法

比色法是通過(guò)比較或測(cè)量有色物質(zhì)溶液顏色深度來(lái)確定待測(cè)組分含量的方法,不需要任何儀器設(shè)備,通過(guò)肉眼觀察溶液顏色變化即可對(duì)待測(cè)組分進(jìn)行檢測(cè)。比色法具有簡(jiǎn)單、快速等特點(diǎn),因此在分析中具有重要的應(yīng)用[64-66]。為了提高金納米粒子(Au NPs)比色法的選擇性,Niu等[65]發(fā)展了一種以巰基修飾的聚乙二醇和巰基修飾的全氟烷烴金納米粒子(Au@PEG-F NPs)為探針的比色法檢測(cè)PFCs。Au@PEG-FAu NPs能較好地分散在聚乙二醇中,向體系中加入PFCs后,由于F-F親和作用,PFCs吸附在Au@PEG-F NPs表面,進(jìn)而因全氟碳層的超疏水作用,探針發(fā)生團(tuán)聚,引起顏色和吸收光譜的改變,據(jù)此實(shí)現(xiàn)了PFCs的高選擇性檢測(cè)。該方法的檢出限為10 μg/L,可直接應(yīng)用于實(shí)際水樣中PFCs的分析。

基于Au NPs的比色法,可以通過(guò)肉眼觀察溶液顏色的變化估測(cè)PFCs的濃度,但是判定結(jié)果可能受個(gè)體差異及光線等周圍環(huán)境的影響。Fang等[67]建立了一種基于智能手機(jī)APP檢測(cè)PFOA和PFOS的方法。先對(duì)樣品進(jìn)行液液萃取處理,疏水離子對(duì)(乙基紫-PFOS或乙基紫-PFOA)被萃取到乙酸乙酯中,有機(jī)相顯現(xiàn)顏色變化,再通過(guò)手機(jī)相機(jī)和APP直接讀取樣品中PFOS或PFOA的濃度。在分析之前進(jìn)行約30 min的SPE或者5 min的雙液相萃取(dual-LPE)前處理,可以消除水樣中無(wú)機(jī)離子的干擾。該方法用于自來(lái)水和地表水中PFOA和PFOS的檢測(cè),檢出限為10 μg/L;采用SPE濃縮凈化,檢出限低至0.5 μg/L。

比色法減少了傳統(tǒng)方法中對(duì)儀器的依賴,簡(jiǎn)便快捷,靈敏度高,成本低廉。但是比色法不適合復(fù)雜基質(zhì)樣品的分析,真正應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)中,還需要解決方法靈敏度和分析體系抗干擾能力等問(wèn)題。

3.2.2熒光法

熒光光譜法具有靈敏度高、特性參數(shù)多和動(dòng)態(tài)范圍寬的特點(diǎn)。PFOA和PFOS不具有熒光發(fā)射性質(zhì),熒光法用于PFOA或PFOS分析主要基于PFOA或PFOS與熒光染料或熒光量子點(diǎn)相互作用,出現(xiàn)熒光猝滅或增強(qiáng)的現(xiàn)象[68-71]。除PFCs外,其他物質(zhì)也可能對(duì)熒光物質(zhì)起猝滅作用,使結(jié)果出現(xiàn)假陽(yáng)性。為了降低假陽(yáng)性,Cheng等[70]采用熒光先猝滅后恢復(fù)(off-on)的策略對(duì)PFOA和PFOS進(jìn)行檢測(cè)。如在pH 6.09的Britton-Robinson緩沖溶液中,鹽酸小檗堿使碳點(diǎn)發(fā)生熒光猝滅,加入PFOS后,由于PFOS與鹽酸小檗堿的相互作用強(qiáng)于鹽酸小檗堿與碳點(diǎn),因此熒光恢復(fù),恢復(fù)程度與PFOS濃度存在線性關(guān)系,該方法對(duì)PFOS的檢出限為21.7 nmol/L。為了提高分析選擇性,Jiao等[71]制備了一種集樣品富集和檢測(cè)為一體的PFCS分子印跡熒光量子點(diǎn)探針。該熒光探針捕獲PFOS后,通過(guò)檢測(cè)其熒光強(qiáng)度即可得知PFOS的含量,該方法具有簡(jiǎn)便、快速、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng),對(duì)血清和人尿樣品中PFOS的檢出限分別為66和85 pg/L。與LC-MS/MS法相比,該方法更為方便,適合于現(xiàn)場(chǎng)使用。

熒光法的儀器簡(jiǎn)單,檢測(cè)限低,但容易受環(huán)境干擾,需解決干擾問(wèn)題。PFOS和PFOA自身不具有熒光性質(zhì),需開(kāi)發(fā)間接的熒光分析方法。

3.2.3共振瑞利散射法

共振瑞利散射(RRS)法是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種分析技術(shù),具有操作簡(jiǎn)便,靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。目前RRS在分析化學(xué)中的應(yīng)用主要是利用染料生色團(tuán)在生物大分子上的聚集作用,或具有相反電荷的兩種離子通過(guò)靜電引力、疏水作用力和電荷轉(zhuǎn)移作用等作用形成離子締合物,引起共振瑞利散射增強(qiáng)或改變。譚克俊課題組發(fā)現(xiàn),維多利亞藍(lán)[72]、尼羅藍(lán)[73]、健那綠[74]、結(jié)晶紫[75,76]等陽(yáng)離子染料,能與PFOA或PFOS發(fā)生靜電結(jié)合,體系RRS信號(hào)的增強(qiáng)值與PFOA/PFOS的濃度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,以此建立簡(jiǎn)便快速的測(cè)定PFOA/PFOS的分析方法。

由于水樣中的陰離子表面活性劑和重金屬干擾測(cè)定,因此在檢測(cè)之前需加入Ba2+和過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂消除干擾。目前,共振瑞利散射多用于水樣的檢測(cè),在復(fù)雜樣品中的分析應(yīng)用還需進(jìn)一步探索。

3.3 酶聯(lián)免疫法

采用酶聯(lián)免疫法(ELISA)分析PFOS和PFOA主要是基于抗原抗體特異性結(jié)合的原理,檢測(cè)技術(shù)有紫外、熒光及表面等離子體共振。Zhang等[77]發(fā)現(xiàn),過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-殖(PPARα)能與視黃醇X受體(RXRs)形成異源二聚體PPARα-RXRα,也能與PFOS結(jié)合?；赑FOS與PPARα-RXRα的反應(yīng)及量子點(diǎn)納米粒子的標(biāo)記作用,建立了間接測(cè)定PFOS的ELISA方法,方法的檢出限為2.5 ng/L。該方法用于環(huán)境水中PFOS的檢測(cè),結(jié)果與HPLC-MS一致,但是操作更簡(jiǎn)單、速度更快。Cennamo等[78]通過(guò)ELISA方法獲得抗體,并將其固定在傳感器的金表面,建立了檢測(cè)PFOA和PFOS的等離子共振分析方法,具有較高的選擇性和靈敏度,對(duì)海水的檢出限為0.21 μg/L。ELISA選擇性高、速度快,隨著抗體制備技術(shù)的發(fā)展[79],有望進(jìn)一步開(kāi)發(fā)商用試劑盒,簡(jiǎn)化檢測(cè)步驟,用于應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

3.4 電化學(xué)法

總體來(lái)說(shuō),各種分析方法各有優(yōu)缺點(diǎn);從發(fā)表的文獻(xiàn)來(lái)看,SPE前處理與LC-MS/MS分析方法占較大比例,主要原因是前處理和儀器檢測(cè)方法發(fā)展成熟、靈敏度高、適用性強(qiáng)。前處理方法逐漸由離線SPE向在線SPE、SPME等自動(dòng)化程度高的方向發(fā)展,檢測(cè)儀器由GC-MS向LC-MS/MS、直接MS等高分辨率儀器發(fā)展。光譜法、ELISA法和電化學(xué)法具有檢測(cè)速度快、成本低等優(yōu)勢(shì),發(fā)展迅速,如果能與SPE等前處理技術(shù)結(jié)合,有望應(yīng)用于應(yīng)急監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

4 總結(jié)和展望

PFOS和PFOA是典型的全氟有機(jī)酸化合物,曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用,因?qū)Νh(huán)境和人類的健康構(gòu)成威脅而成為研究熱點(diǎn)。本文介紹了PFOS和PFOA的特性,總結(jié)、評(píng)述了各種前處理技術(shù)和分析方法。SPE前處理結(jié)合LC-MS/MS技術(shù)成熟,研究和應(yīng)用廣泛,逐步向在線、自動(dòng)化方向發(fā)展;光譜、ELISA和電化學(xué)方法檢測(cè)速度快,成本低,有望用于現(xiàn)場(chǎng)快篩。我國(guó)對(duì)于PFOS、PFOA等PFCs的研究起步較晚,與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定差距,特別是目前缺乏健康濃度標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),而阻礙檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的最大因素是標(biāo)準(zhǔn)品。因此,在PFOS、PFOA的環(huán)境污染問(wèn)題日益突出的今天,建立PFOS、PFOA等PFCs的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法是我國(guó)分析工作者面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。