应用 | 自来水中 10 种全氟化合物（PFCs）的全自动固相萃取应用

摘要

全氟化合物（PFCs）是一类由不同长度的氟碳链组成，并附有如羧酸或磺酸等功能基团的分子家族。自 2009 年以来，全氟辛烷磺酸盐(PFOs)已被列为持久性有机污染物(POPs)，全氟辛酸（PFOA）也被国际癌症研究机构（IARC）列为 2B 类可能致癌物。全氟化合物（PFCs）可能存在于检测工作流的多个步骤中，这为其检测增加了难度。

本应用使用 Gilson GX-274 ASPEC®大体积全自动固相萃取系统和 AFFINISEP 公司的固相萃取柱 AttractSPE™ WAX-PFC，从自来水中分离十种全氟化合物(PFCs)，并随后进行了 LC-MS/MS 分析。分析结果表明，该方法具有良好的重现性，没有任何来自萃取系统的污染。

概述

全氟化合物（PFCs）是一类由不同长度的氟碳链组成，并附有如羧酸或磺酸等功能基团的分子家族。为了达到欧盟水框架指令（EU Water Framework  Directive）和美国环保局（EPA）针对水中全氟化合物检测的浓度极限，强烈建议在质谱分析前使用固相萃取方法（SPE）富集样品。

本应用使用了一种特定的固相萃取柱AttractSPE ™  WAX-PFC，这种固相萃取柱可以特异性地分离全氟化合物（PFCs）。在 Gilson GX- 274 ASPEC® 大体积全自动固相萃取系统（图 1） 上使用该固相萃取柱，对样品进行纯化和浓缩，以便后续的 LC-MS/MS 分析。

全氟化合物（PFCs）的检测极具挑战性。它们是分析系统中常见的材料成分，存在于 HPLC系统，溶剂，样品瓶，泵，阀和管路等配件中。它们会导致样品污染和高本底背景，掩盖痕量的全氟化合物（PFCs）不被检出，或者导致假阳性结果。

最 终结果表明，使用 Gilson GX-274 ASPEC® 大体积全自动固相萃取系统没有潜在的 PFCs 污染，并且具有高回收率和重现性。

全氟化合物（PFCs）分析的注意事项和方法的可靠性

样品处理和制备的注意事项

EPA 537-1[1]方法描述了样品的收集、保存、储存、分析和玻璃器皿处理等方面的诸多注意事项。它还禁止使用可能导致意外污染的材料，以确保最 终得到更加清晰可靠的分析结果。

在本应用中，使用 Gilson HDPE 样品瓶和Gilson PIPETMAN® DIAMOND 吸嘴进行样品处理和标准品制备。Gilson GX-274 ASPEC® 大体积全自动固相萃取系统搭配使用 PEEK 管路，以避免使用任何含氟聚合物（如PTFE 或FEP），降低样品制备过程中的污染风险。

固相萃取柱柱体以及其中所含的滤芯和填料也可能是污染源。因此，AFFINISEP 公司开发了一种特别的 AttractSPE™ WAX-PFC 固相萃取柱， 专用于全氟化合物的分离。AttractSPE™ WAX-PFC 固相萃取柱不会产生任何 PFCs 污染。

最 佳实践表明：为了降低污染风险，所有取样容器在使用后丢弃；优先选择丁 腈手套而非其他手套材料，并定期更换；避免使用一切玻璃或含氟聚物容器，以防PFCs 的表面吸附或因容器材质导致的污染。

提高HPLC检测可靠性的注意事项

高效液相色谱仪(HPLC)通常包含PTFE(聚四氟乙烯, 特氟龙)部件和管路。加之溶剂中可能存在的微量 PFCs(全氟化合物)或其他含氟物质，可能会阻碍低浓度目标化合物检测。从 HPLC 系统释放的含氟物质通常会在色谱柱的前端聚积，从而产生干扰。为了最 大 程 度的减少这种干扰，所有PTFE及任何其他含氟或全氟聚合物都必须用不含氟材料代替。此外，尽管存在一定困难并增加了成本，所有使用的溶剂必须是经过验证的无PFCs 溶剂。

本应用所使用的另外一种方法，是在液相色谱泵和进样器之间安装延迟柱。下图（图2）显示了延迟柱在 HPLC 流路中的合适位置。来自溶剂和液相色谱泵的干扰物质在延迟柱的前端聚集， 造成保留时间的偏移。这种保留时间的偏移可有 效地将干扰物与待分析的 PFCs 分离。这是一种简单且经济有效的解决方案。

在分析 PFCs（全氟化合物）时，PFOA（全氟辛酸）是一种最常见的干扰物。我们使用两种溶液分别进行检测（图 3），一种是只含甲醇的空白溶液，另外一种是含有 0.5μg/L 的 PFOA 的甲醇溶液，以证明使用延迟柱（Silact™ C18 LC-P50 x 2.1 cm, 3 μm）方法的有效性。

进样 0.5μg/L PFOA 溶液（图 3）显示两个峰。第 一个峰出现在 16.69 分钟处，对应样品中 0.5μg/L 的 PFOA，而第二个峰出现在 17.59 分钟处，对应来自 HPLC 系统和溶剂中延迟的 PFOA干扰。进样空白甲醇溶液在预期的保留时间没有显示出干扰。延迟柱可以消除浓度大约在 0.05-0.1μg/L之间的 PFOA 干扰。

分析 500 毫升自来水中的 10 种全氟化合物（PFCs）

使用 Gilson GX-274 ASPEC® 大体积全自动固相萃取系统和 6 mL AttractSPE™ WAX-PFC 固相萃取柱，对自来水进行固相萃取。固相萃取柱所含的聚合物填料 WAX 已经过特殊处理，确保其完全不含PFCs，并且对 PFCs 具有高特异性高吸附性。

PFCs 检测的样品前处理自动化是通过 Gilson GX-274 ASPEC® 大体积全自动固相萃取系统实的。该系统配有独立的废液管路和 VALVEMATE® II 样品切换阀。系统使用 PEEK 管以降低 PFCs 吸附及导致污染的风险。溶剂和 500mL 自来水样品装在 Gilson HDPE 瓶中。

样品预处理

自来水的硬度非常高（ Ca2+~300mg/L ，NO3-~20 mg/L、 Cl2~0.3 mg/L）。对于每个样品，先将 475 mL 自来水与 25ml 甲醇混合，再用 100μL 甲酸将 pH 值调节至 4 左右，然后再加入浓度为 24 ng/L 的 10 种 PFCs 的混合物。本实验处理并检测了一个空白对照样品和四个添加了 PFCs 混合物的样品。空白样品用于验证检测结果无污染。

同时，使用 Gilson 手动固相萃取仪 PPM 对样品进行固相萃取作为对照，以确证没有由 Gilson GX-274 ASPEC® 大体积全自动固相萃取系统引入的污染。

该方法的自动化在 TRILUTION® LH 软件里十分容易实现。

将洗脱液收集在 PP 管里，均质化处理后，直接使用 LC-MS/MS 系统进行分析检测。

为了确定基质效应，空白水样的洗脱液加入2 μg/L 标准待测物进行分析。

HPLC-MS/MS 检测方法检测条件如下表所示：

结果

本实验方法通过校准曲线（PFCs 浓度 0.5, 1,2, 4, 6 μg/L） 检测了线性结果。10 种 PFCs 分子的 R2 值大于 0.998，表明该方法在该浓度范围内具有良好的线性关系。

如表 3 所示，在 GX-274 ASPEC® 大体积固相萃取系统上使用 AttractSPE™ WAX-PFC 固相萃取柱处理的样品没有检测到污染。

空白样品洗脱液加入 2 μg/L 标准待测物后进行检测，无明显基质效应。与校准曲线相比，PFBA 具有最 大信号增幅，为16%。固相萃取后，无需额外的浓缩步骤，也可达到定量限 (LOQ 6ng/L)和检测限 (LOD 2 ng/L)标准。

此外， AttractSPE™ WAX-PFC 固相萃取柱具有优秀的回收率（83%~102%）， GX-274 ASPEC® 大体积固相萃取系统具有卓 越的重现性（RSD 1%~4%） 。

结论

通过自动化固相萃取系统从自来水中分离 10 种 PFCs 并进行 LC-MS/MS 分析，目标化合物回收率 83%~102%， 且无任何来自萃取系统的污染，说明该系统十分适用于大体积水样中 PFCs 分析的前处理步骤。

AttractSPE™ WAX-PFC 固相萃取柱具有增强的选择性，可使样品浓缩超过 80 倍，无需进行任何蒸发步骤，即可直接进行 10 种 PFCs 的下游分析（定量限 6 ng/L）。使用 GX-274 ASPEC® 大体积固相萃取系统搭配 AttractSPE™ WAX-PFC 固相萃取柱对样品进行前处理，具有良好重现性(RSD 1%-4%)， 并有助于消除环境变量， 减少样品污染。

此外，自动化大大降低了劳动力成本，减少了对有害溶剂的潜在接触，并提高了高通量实验室的整体效率。

参考文献：

1.Method 537.1: Determination of Selected Per- and Polyfluorinated Alkyl Substances in Drinking Water

by Solid Phase Extraction and Liquid Chromatography/Tandem Mass Spectrometry(LC/MS/MS).

https://cfpub.epa.gov/si/si_public_record_Report.cfm?dirEntryId=343042&Lab=NERL