超灵敏PFAS分析：为更绿色的未来装备实验室

——探讨在新EPA指南下塑造PFAS测试未来的实验室技术进展和策略

新EPA指南下的PFAS检测

2024年4月，美国环境保护署（EPA）发布了一项具有里程碑意义的裁决，要求美国各地的市政供水系统将六种常见的全氟和多氟烷基物质（PFAS）在饮用水中的含量降至接近不可检测的水平。公共供水系统现在有五年的时间来满足EPA对这些被称为“永远的化学物质”的有毒化合物的新限值，因为它们在环境和人体中具有持久性。

检测标准和挑战

最终的饮用水标准对两种最常见的PFAS形式——全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）设定了四万亿分之一（ppt）的严格限值，相较于之前的70 ppt显著降低。其他类型的PFAS限值为10 ppt。

在与Separation Science的讨论中，SCIEX全球技术营销高级经理Craig Butt强调，尽管实验室具备遵守新的EPA PFAS法规的专业知识，但仍存在重大问题。这些问题包括如何在PFAS测量过程中最小化污染风险，识别EPA未监管的多种PFAS化合物，以及消除有关这些化学品的广泛误解。

一万亿分之一检测的现实

美国的未监管污染物监测规则（UCMR）计划是安全饮用水法的一部分，2013年在UCMR3下开始纳入PFAS。这开启了为期十年的分析测试方法开发，反映了全国实验室对这一技术的成熟理解和能力。此外，EPA方法从537到537.1，再到533的演变，显著推动了测试协议的标准化。

“尽管这些方法存在挑战，但它们代表了针对PFAS测试的良好开发和监管方法。合同实验室、政府实验室甚至较小的市政设施一直在使用这些标准化方法，”Butt指出。“重要的是要认识到，我们并不是从零开始这些法规。”

对于标准的饮用水PFAS检测，Butt推荐使用中档质谱仪，如SCIEX 5500+系统。“如果你遵循EPA的饮用水方法，不需要高端系统，因为它们已经包括严格的样品制备步骤。中档三重四极杆足以达到低ppt级别的灵敏度。”

然而，Butt警告说，实现ppt级别的检测需要对污染风险保持警惕。常规实验室卫生、灰尘和常见消耗品可能引入背景PFAS信号，使测试结果复杂化。他强调了一个简单的规则——样品处理越多，污染风险越大。因此，标准样品制备步骤，如氮气吹干浓缩样品，可能需要重新评估。

PFAS检测的替代方法

为应对这些挑战，Butt在SCIEX的一项技术研究中发挥了关键作用，研究了使用LC-MS/MS检测水中PFAS的替代量化方法。第一种方法符合EPA方法537，使用弱阴离子交换固相萃取（SPE）来浓缩样品以进行HPLC分离。相比之下，第二种方法将样品稀释在甲醇中，并在宽直径柱上进行950 μL的大体积直接进样。

两种技术都在17种化合物中实现了1-10 ng/L的PFAS量化。尽管SPE方法通过增强样品浓缩来兼容严格的EPA要求，但直接进样方法简化了过程并最小化了污染风险，使其适用于常规测试。

“EPA方法规定了非常具体的程序，”Butt解释道。“相比之下，欧洲标准是基于性能的，只要结果保持高数据质量，就提供了灵活性。使用大体积进样利用了仪器的灵敏度，简化了过程，减少了潜在的麻烦。”

对于考虑直接进样过程的实验室，SCIEX 7500系统提供了优势。最近的比较表明，SCIEX 7500系统通过精确检测低水平化合物和异构体增强了PFAS分析。其卓越的灵敏度提供了更高的信噪比，使得痕量水平的量化成为可能。该系统还简化了样品制备，减少了样品使用，并且直观的SCIEX OS软件简化了数据采集和处理。

此外，SCIEX 7500系统能够对低体积样品进行灵敏分析，使用仅100 μL的样品体积实现ng/L检测限。这一能力使实验室能够快速适应不同的样品尺寸和浓度水平。

推进非目标PFAS分析

虽然熟练分析人员可以管理常规EPA饮用水方法，但识别未列出的未知PFAS化合物则需要不同的方法。Butt强调需要创新的硬件和复杂的算法来处理大量的质谱数据，以检测估计约1万种PFAS变体。

对于非目标分析，首选的是SCIEX QTOF，它结合了三重四极杆技术与高分辨率和精确质量的飞行时间质谱分析仪。这些系统采用SCIEX的SWATH数据独立采集技术，能够在复杂基质中进行全面的高分辨率MS/MS数据收集。

如X500 QTOF系统和ZenoTOF 7600系统等仪器特别适合这项工作。后者通过其Zeno trap技术增强了碎片离子光谱的灵敏度，使其成为识别未知PFAS化合物的理想选择。

追踪PFAS来源

非目标分析可能与新EPA关于PFAS的法规相交的一个关键领域是充当化学侦探，通过独特的特征来识别污染源。例如，Butt提到一个案例，EPA使用这种方法定位了新泽西一家化学制造商，确定他们是PFAS污染的源头，通过独特的MS/MS碎片模式识别出来。

“当饮用水供应不符合标准时，必然会寻找根本原因——无论是垃圾填埋场渗漏、废水处理厂还是当地机场的灭火泡沫，”Butt说。“从责任的角度来看，总要有人为此买单。”

拥有跨学科研究背景，专注于PFAS化合物如何进入野生动物并传输到加拿大北极的Butt在向科学家和非专业人士传达PFAS问题方面处于前沿。

“杀虫剂对大多数人来说很容易理解：它们被喷洒在水果和蔬菜上，你就会暴露其中。然而，PFAS的行为方式不同，”Butt解释道。“我们血液和北极野生动物中检测到的PFAS并不是商业产品中使用的同类。相反，它们是PFAS分解时形成的降解产物，使其更难追踪。它们污染水源和家庭灰尘，并能从物体如沙发中挥发，经过大气变化并在全球传播。”

“在公众心中建立这种连接，即从工厂到消费者的旅程，是一个重大挑战，”他补充道。

Adam Dickie是Separation Science的科学作家。可以通过adickie@sepscience.com与他联系