超靈敏PFAS分析：為更綠色的未來裝備實驗室

——探討在新EPA指南下塑造PFAS測試未來的實驗室技術進展和策略

新EPA指南下的PFAS檢測

2024年4月，美國環境保護署（EPA）發布了一項具有里程碑意義的裁決，要求美國各地的市政供水系統將六種常見的全氟和多氟烷基物質（PFAS）在飲用水中的含量降至接近不可檢測的水平。公共供水系統現在有五年的時間來滿足EPA對這些被稱為“永遠的化學物質”的有毒化合物的新限值，因為它們在環境和人體中具有持久性。

檢測標準和挑戰

最終的飲用水標準對兩種最常見的PFAS形式——全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）設定了四萬億分之一（ppt）的嚴格限值，相較于之前的70 ppt顯著降低。其他類型的PFAS限值為10 ppt。

在與Separation Science的討論中，SCIEX全球技術營銷高級經理Craig Butt強調，盡管實驗室具備遵守新的EPA PFAS法規的專業知識，但仍存在重大問題。這些問題包括如何在PFAS測量過程中最小化污染風險，識別EPA未監管的多種PFAS化合物，以及消除有關這些化學品的廣泛誤解。

一萬億分之一檢測的現實

美國的未監管污染物監測規則（UCMR）計劃是安全飲用水法的一部分，2013年在UCMR3下開始納入PFAS。這開啟了為期十年的分析測試方法開發，反映了全國實驗室對這一技術的成熟理解和能力。此外，EPA方法從537到537.1，再到533的演變，顯著推動了測試協議的標準化。

“盡管這些方法存在挑戰，但它們代表了針對PFAS測試的良好開發和監管方法。合同實驗室、政府實驗室甚至較小的市政設施一直在使用這些標準化方法，”Butt指出。“重要的是要認識到，我們并不是從零開始這些法規。”

對于標準的飲用水PFAS檢測，Butt推薦使用中檔質譜儀，如SCIEX 5500+系統。“如果你遵循EPA的飲用水方法，不需要高端系統，因為它們已經包括嚴格的樣品制備步驟。中檔三重四極桿足以達到低ppt級別的靈敏度。”

然而，Butt警告說，實現ppt級別的檢測需要對污染風險保持警惕。常規實驗室衛生、灰塵和常見消耗品可能引入背景PFAS信號，使測試結果復雜化。他強調了一個簡單的規則——樣品處理越多，污染風險越大。因此，標準樣品制備步驟，如氮氣吹干濃縮樣品，可能需要重新評估。

PFAS檢測的替代方法

為應對這些挑戰，Butt在SCIEX的一項技術研究中發揮了關鍵作用，研究了使用LC-MS/MS檢測水中PFAS的替代量化方法。第一種方法符合EPA方法537，使用弱陰離子交換固相萃取（SPE）來濃縮樣品以進行HPLC分離。相比之下，第二種方法將樣品稀釋在甲醇中，并在寬直徑柱上進行950 μL的大體積直接進樣。

兩種技術都在17種化合物中實現了1-10 ng/L的PFAS量化。盡管SPE方法通過增強樣品濃縮來兼容嚴格的EPA要求，但直接進樣方法簡化了過程并最小化了污染風險，使其適用于常規測試。

“EPA方法規定了非常具體的程序，”Butt解釋道。“相比之下，歐洲標準是基于性能的，只要結果保持高數據質量，就提供了靈活性。使用大體積進樣利用了儀器的靈敏度，簡化了過程，減少了潛在的麻煩。”

對于考慮直接進樣過程的實驗室，SCIEX 7500系統提供了優勢。最近的比較表明，SCIEX 7500系統通過精確檢測低水平化合物和異構體增強了PFAS分析。其卓越的靈敏度提供了更高的信噪比，使得痕量水平的量化成為可能。該系統還簡化了樣品制備，減少了樣品使用，并且直觀的SCIEX OS軟件簡化了數據采集和處理。

此外，SCIEX 7500系統能夠對低體積樣品進行靈敏分析，使用僅100 μL的樣品體積實現ng/L檢測限。這一能力使實驗室能夠快速適應不同的樣品尺寸和濃度水平。

推進非目標PFAS分析

雖然熟練分析人員可以管理常規EPA飲用水方法，但識別未列出的未知PFAS化合物則需要不同的方法。Butt強調需要創新的硬件和復雜的算法來處理大量的質譜數據，以檢測估計約1萬種PFAS變體。

對于非目標分析，首選的是SCIEX QTOF，它結合了三重四極桿技術與高分辨率和精確質量的飛行時間質譜分析儀。這些系統采用SCIEX的SWATH數據獨立采集技術，能夠在復雜基質中進行全面的高分辨率MS/MS數據收集。

如X500 QTOF系統和ZenoTOF 7600系統等儀器特別適合這項工作。后者通過其Zeno trap技術增強了碎片離子光譜的靈敏度，使其成為識別未知PFAS化合物的理想選擇。

追蹤PFAS來源

非目標分析可能與新EPA關于PFAS的法規相交的一個關鍵領域是充當化學偵探，通過獨特的特征來識別污染源。例如，Butt提到一個案例，EPA使用這種方法定位了新澤西一家化學制造商，確定他們是PFAS污染的源頭，通過獨特的MS/MS碎片模式識別出來。

“當飲用水供應不符合標準時，必然會尋找根本原因——無論是垃圾填埋場滲漏、廢水處理廠還是當地機場的滅火泡沫，”Butt說。“從責任的角度來看，總要有人為此買單。”

擁有跨學科研究背景，專注于PFAS化合物如何進入野生動物并傳輸到加拿大北極的Butt在向科學家和非專業人士傳達PFAS問題方面處于前沿。

“殺蟲劑對大多數人來說很容易理解：它們被噴灑在水果和蔬菜上，你就會暴露其中。然而，PFAS的行為方式不同，”Butt解釋道。“我們血液和北極野生動物中檢測到的PFAS并不是商業產品中使用的同類。相反，它們是PFAS分解時形成的降解產物，使其更難追蹤。它們污染水源和家庭灰塵，并能從物體如沙發中揮發，經過大氣變化并在全球傳播。”

“在公眾心中建立這種連接，即從工廠到消費者的旅程，是一個重大挑戰，”他補充道。

Adam Dickie是Separation Science的科學作家。可以通過adickie@sepscience.com與他聯系