饮用水中全氟和多氟烷基化合物（PFAS）检测方案(液质联用仪)

Applicationn No.C184News ApplicationNews LC-MS 使用三重四极杆LC/MS/MS分析全氟和多氟烷基化合物 (PFAS) Brahm Prakash*， Gerard Byrne*， Tairo Ogura， Cindy Lee*’No.C184 * 1： Shimadzu Scientific Instruments (美国)、*2：营销创新中八(新加坡) 关键字：全氟烷基和多氟烷基化合物、PFAS、全氟化合物、PFC、饮用水、PFOA、PFOS、持久性有机污染物、POPs 摘要 本研形中，使用岛津超快速质谱仪(UFMSTM) 对 EPA 方法537 中规定的20种物质及7种扩展物质共27种物质利用一个方法进行同时分析，包括 EPA方法内的14种全氟烷基磺酸类 (Per- and polyfluoroalkyl substances、以下简称： PFAS)、6种内标和替代内标及7种EPA方法外的物质。从饮用水萃取、浓缩及分离 PFAS 化合物，使用LCMSTM-8045 和 LCMSTM-8050三重四及杆质谱进行检测。回收率86~106%(LCMS-8050)以及77~104%(LCMS-8045) 均满足EPA537 要求。此外，通过 LCMS-8050分析得到的方法检测限 (Method Detection Limit， MDL) 为0.7~1.7 ng/L， LCMS-8045的方法检测限为0.7~3.3 ng/L， 均满足EPA对饮用水中PFAS分析的要求。 前言 全氟烷基和多氟烷基化合物(PFAS)是一类人为化学物质，由于其具有耐热性、拒油、拒水性能而被广泛用作阻燃剂、食品包装材料和不粘涂层。这些特性同时也使得它们很难被降解，从而积累在环境中。此外， PFAS 具有远距离移动性，并可能潜在地影响人类的健康((例如对生殖和发育的影响)。 近年来，饮用水中的 PFAS 污染问题引起了全世界的关注。为了保护公众健康并最大程度地减少人类对这些化学物质的接触，美国、欧盟和澳大利亚已经公布了饮用水中全氟辛酸(PFOA) 和全氟辛烷磺酸(PFOS)的健康建议指南(例如：美国设定 PFOS 和 PFOA 的限值总计不十过 70 ng/L)。 此外，在美国的一些州(例如加利福尼亚州、明尼苏达州、科罗拉多州、密歇根州和新泽西州)设定了更为严格的限制，对于 PFOS 和 PFOA 分别设定为 13 ng/L和14 ng/L。 美国环境保护局 (US EPA)针对饮用水中的 PFAS制定了方法537。对于饮用水中的14种全氟烷基酸的测定，使用固相萃取(SPE)和液相色谱三重质谱分析法。除了这些PFAS(PFOA及PFOS)外，还包括了其它因使用增加而在环境中持久性出现的物质。本研究中，除了列入 EPA 方法537的化合物以外，还扩大了PFAS 的范围，追加包含氟调聚醇 (PFOA 的前驱体)等7种化合物。 本应用描述了岛津UFMSTM在分析饮用水中21种 PFAS(包括 EPA 方法537规定的全部14种)的性能表现。本次实验使用的是岛津三重四极杆质谱仪LCMS-8045 和LCMS-8050。拥有555 MRM/s 的超高速采集速度和5 ms 超快速极性切换时间，岛津UFMSTM 系列产品可以对饮用水中 PFAS 进行快速、可靠、灵敏的定量分析。 实验 PFAS 标准溶液制备 本研究中使用的27种PFAS (21种目标化合物、3种内标(IS)、以及3种替代内标)如表1所示。所有 PFAS标准都购自惠灵顿实验室(安大略省圭尔夫)。用 96： 4 (vol/vol)的甲醇：水溶液逐级稀释配制浓度为1.25、2.50、5.00、10.0、15.0、20.0、25.0、37.5、50.0以及 100 ug/L的标准溶液，以此绘制标准曲线。考虑到预处理过程会将样品中目标物富集，标准溶液的浓度范围设定为目标物实际范围的250倍。即， 1.25 ug/L的标准溶液相当于 5 ng/L 的饮用水实际样品浓度。 表1PFAS的一览表(目标化合物、内标及替代内标) PFAS Compounds Abbreviation CAS MolecularWeight MolecularFormula IS， Surrogates andits Abbreviation PFAS Listed in EPA Method 537 PERFLUOROALKYLCARBOXYLIC ACIDS Perfluorohexanoic acid PFHxA 307-24-4 314.06 CF0H M2PFHxA (Surr.) (C，CFO，H) √ Perfluoroheptanoic acid PFHpA 375-85-9 364.06 C9H √ Perfluorooctanoic acid PFOA 335-67-1 414.07 C19H M2PFOA (IS)℃CF，0，H) Perfluorononanoic acid PFNA 375-95-1 464.08 C0H √ Perfluorodecanoic acid PFDA 335-76-2 514.09 C10F190H M2PFDA (Surr.)(℃0H) √ Perfluoroundecanoic acid PFUnA 2058-94-8 564.09 C0H - √ Perfluorododecanoic acid PFDoA 307-55-1 614.10 C2239H √ Perfluorotridecanoic acid PFTriA 72629-94-8 664.11 3259H - √ Perfluorotetradecanoic acid PFTreA 376-06-7 714.12 C450，H √ PERFLUOROALKYLSULFONATES Perfluorobutyl sulfonate PFBS 375-73-5 300.10 CF，SO，H Perfluoropentane sulfonate PFPeS 2706-91-4 350.11 C，F SO，H Additional Perfluorohexyl sulfonate PFHxS 355-46-4 400.11 CFSO，H √ Perfluoroheptane sulfonate PFHpS 375-92-8 450.12 C，F，SO，H - Additional Perfluorooctane sulfonate PFOS 1763-23-1 500.13 CFSO.H M4PFOS (IS) (CCFSO，Na) √ Perfluorononane sulfonate PFNS 68259-12-1 550.14 C，FSO，H Additional Perfluorodecane sulfonate PFDS 335-77-3 600.14 CF，SO，H Additional FLUORINATED TELOMER SULFONATES 1H， 1H， 2H，2H-perfluorohexane sulfonic acid 4：2 FTS 757124-72-4 328.15 CH，F，SO， Additional 1H，1H，2H， 2H-perfluorooctane sulfonic acid 6：2 FTS 27619-97-2 428.17 CHFSO， - Additional 1H，1H， 2H， 2H-perfluorodecane sulfonic acid 8：2 FTS 39108-34-4 528.18 CoH，F，SO， Additional PERFLUOROOCTANESULFONAMIDE AND PERFLUOROOCTANESULFONAMIDOACETIC ACIDS 2-(N-Methylperfluorooctanesulfonamido) acetic acid N-MeFOSAA 2355-31-9 571.21 CHFNSO， d3-NMeFOSAA (IS)(C HHFNSO) 2-(N-Ethylperfluorooctanesulfonamido) acetic acid N-EtFOSAA 2991-50-6 585.24 CHFNSO d5-NEtFOSAA (Surr.)(CHHF，NSO) 样品的制备 根据EPA方法537，进行了样品的制备和固相萃取(SPE)。为了减少潜在的 PFAS污染，我们使用了安装有 PEEK 管的大体积采样套件的真空歧管。萃取使用 Biotage-ISOLUTE101 苯乙烯二乙烯基苯 (SDVB)试剂盒(500 mg/6mL、部件号101-0050-C) 进行。各 SPE试剂盒最开始通入甲醇液，然后通入LCMS 等级的超纯水用于活化。用8mL甲醇从 SPE 柱中洗脱待分析化合物，并用氮吹将甲醇溶液蒸发至近干。加入内标后，将固相萃取的样品重新溶解在甲醇：水的比例为96：4的溶液中至最终体积为1mL。建议在 LC/MS/MS 分析之前将 LC 样品瓶涡旋搅拌，以确保所有溶液均质化并获得一致的结果。 表 2 LC系统和参数 LC System ： Nexera-X2 UHPLC System Analytical Column ： Shim-pack Velox SP-C18， 150 mm × 2.1 mm × 2.7um， Solvent Delay Column Part No. 227-32003-04 ： Shim-packM XR-ODSII，75mm × 2mm × 2.2 um， Part No. 228-41605-93 Column Temp. ： 40℃ Injection Volume ： 1pL* Mobile Phase ： A： 20 mM Ammonium Acetate B： Methanol Flow Rate ：0.25mL/min Run Time ： 35 minutes *使用了比 EPA Method 537 的注入量(10uL)少很多的注入量(1ul)。 表 3 LC/MS 参数 MS Instrument ： LCMS-8045 and LCMS-8050 Interface ： Electrospray lonization (ESI) Interface Temp. ： 300℃ Desolvation Line Temp. ：100℃ Heat Block Temp. ：200℃ Heating Gas Flow ： 15 L/min Drying Gas Flow ： 5 L/min Nebulizing Gas Flow ： 3L/min Total MRMs ： 48 LC/MS/MS 分析以及设备条件 将在表2和表3所示的条件下萃取的溶液1ul注入到LCMS-8045 和 LCMS-8050中， 进行 PFAS分析。使用 Shim-packVeloxTM SP-C18 色谱柱分离包括 PFHxS 和 PFOS 的分支和直链异构体的 PFAS 化合物。 表4保持时间(RT)以及 MRM 跃迁 由于 PFAS 广泛存在于诸如管路和 HPLC 系统等实验室装置中，因此即使使用 LCMS 等级的试剂溶剂，也不可能从LC流动相中完全去除 PFAS。因此，应使用溶剂延迟柱进行高灵敏度分析。 在自动进样器之前安装比分析柱保留能力更强的C18小柱，以捕集流动相中的 PFAS。在色谱洗脱过程中，来自样品的PFAS峰首先流出，并与第二个峰分离，第二个峰是由延迟色谱柱捕获的流动相中的 PFAS 引起的。 结果与讨论 通过色谱法进行分离 对各目标 PFAS 选择了2个MRM通道(定量离子对和定性离子对) (表4)。为了显示典型的色谱图，图1重复显示了使用 LCMS-8050获得的混合标准溶液(20 pg/L) 中所有 PFAS的 MRM 和总离子流(TIC)的色谱图。 PFHxS(图2)以及PFOS(图3以及图4)的分支以及直链异构体使用 Shim-pack Velox SP-C18色谱主分离。 Ｑ398.90>80.10(-) 图 2 PFHxS 异构体的分离(20ug/L) 标准曲线的线性和定期校正检查 所有目标PFAS都配制成混标一次进样分析，并以此建立10点标准曲线。全部标准曲线(表5)的R²均高于0.99，使用这些标准曲线进行了 PFAS的定量。此外，按照低浓度(20 ug/L)、中浓度(50 ug/L)、高浓度(100ug/L)在2周的分析中反复注入4次，实施了定期校正检查(CCC)。3个浓度水平下的所有 PFAS 化合物的回收率都在 EPA的 CCC标准(真值的70~130%)范围内。数据显示LCMS-8045 和 LCMS-8050都能可靠地满足 EPA方法537要求的浓度范围，且信噪比表现优异(图3、图4)。 表 5 使用 LCMS-8045 测定的标准曲线的线性(1.25~100 ug/L以及 CCC 的% RSD (n=4)) Compound Linearity (R) Low Concentration(20 ug/L) Mid Concentration(50 ug/L) High Concentration(100ug/L) Conc. %RSD Conc. %RSD Conc. %RSD PFBS 0.9977 21 2 46 3 103 2 4：2FTS* 0.9928 22 2 45 7 94 1 PFHxA 0.9968 21 4 48 6 102 3 PFPeS* 0.9985 21 2 46 2 100 1 PFHpA 0.9974 21 5 46 5 101 2 PFHxS 0.9968 21 3 46 5 104 3 6：2 FTS* 0.9968 21 4 44 4 95 2 PFOA 0.9967 21 5 47 7 103 3 PFHpS* 0.9982 21 4 45 8 104 6 PFOS 0.9986 20 6 44 7 103 12 PFNA 0.9975 21 10 47 2 100 3 8：2 FTS* 0.9940 23 14 46 13 94 13 PFNS* 0.9978 21 2 46 6 100 5 PFDA 0.9969 21 3 47 3 98 2 N-MeFOSAA 0.9979 21 3 47 1 100 3 N-EtFOSAA 0.9980 22 4 48 2 102 5 PFDS* 0.9970 21 4 45 11 103 5 PFUnA 0.9973 21 4 48 4 100 6 PFDoA 0.9975 21 4 48 3 103 6 PFTriA 0.9967 20 5 45 5 101 5 PFTreA 0.9966 21 5 47 4 103 3 图3使用 LCMS-8045 测定的 PFOA 以及 PFOS 的 MRM 色谱图 (1.25 ug/L的情况下)以及标准曲线 图4使用LCMS-8050 测定的 PFOA 以及 PFOS 的 MRM色谱图(1.25 pg/L的情况下)以及标准曲线 方法检出限(MDL) 通过在250mL的水实际样品中添加各PFAS 至浓度 5 ng/L实施了MDL试验。然后将这些样品进行预处理，并用96：4的甲醇：水浓缩至最终体积为1mL。 3天内依此法分析了9个样品。使用 LCMS-8045 以及LCMS-8050 的试验结果如表6中汇总所示，分别达到了 0.7 ~3.3 ng/L以及0.7~1.6 ng/L 的 MDL。 表6使用 LCMS-8045 和 LCMS-8050 测定的 MDL 的讨论结果 Compound SpikedConc.(ng/L) LCMS-8045 LCMS-8050 Calculated MDLConc. (ng/L)， %Recovery % RSDn=9(ng/L) Calculated MDLConc.(ng/L)， % Recovery%RSDn=9(ng/L) PFBS 5 4.2 83 12 1.5 5.1 102 8 1.2 4：2FTS* 5 5.2 104 14 2.1 4.9 98 9 1.3 PFHxA 5 4.1 81 10 1.2 4.7 94 7 1.0 PFPeS* 5 4.1 81 13 1.5 4.8 96 9 1.4 PFHpA 5 4.2 84 8 1.1 4.7 94 7 1.0 PFHxS 5 4.3 85 6 0.7 4.8 96 8 1.2 6：2FTS* 5 4.6 92 17 2.3 4.8 96 7 1.1 PFOA 5 4.6 92 12 1.6 4.7 94 7 1.0 PFHpS* 5 4.0 80 9 1.0 4.7 95 11 1.6 PFOS 5 4.0 81 15 1.7 4.6 92 6 0.8 PFNA 5 4.0 80 7 0.8 4.8 97 5 0.7 8：2 FTS* 5 5.0 100 22 3.3 5.3 106 11 1.7 PFNS* 5 4.0 81 9 2.1 4.4 91 8 1.1 PFDA 5 4.1 83 8 1.0 4.8 95 10 1.4 N-MeFOSAA 5 3.9 78 15 1.7 4.6 91 9 1.2 N-EtFOSAA 5 3.8 77 11 1.2 4.4 88 10 1.3 PFDS* 5 4.1 82 18 2.2 4.6 92 10 1.4 PFUnA 5 4.1 82 12 1.5 4.4 88 11 1.4 PFDoA 5 4.0 79 14 1.6 4.3 86 9 1.2 PFTriA 5 3.9 78 13 1.4 4.4 87 10 1.3 PFTreA 5 4.0 79 15 1.8 4.3 86 11 1.3 准确度和精密度 在7个LCMS级超纯水空白样中添加 60 ng/L (ppt) 的 PFAS进行回收率和精密度的验证。 表7显示了7次平均测定浓度，并以回收率和相对标准偏差(RSD)考察了测定的准确度和精密度。使用LCMS-8045 和LCMS-8050得到的回收率全部在真值的±20%以内，满足EPA标准。 表7 使用 LCMS-8045 以及 LCMS-8050 的 60 ng/L 时的对象 PFAS 的准确度(%回收率)以及精密度(%RSD) Compound LCMS-8045 LCMS-8050 Average Conc.(ng/L)，n=7 % Recovery% RSD Average Conc.% Recovery %RSD(ng/L)，n=7 PFBS 52 87 13 54 90 6 4：2FTS* 54 90 13 56 94 8 PFHxA 52 87 12 52 9 PFPeS* 54 90 14 54 90 9 PFHpA 53 16 52 10 PFHxS 54 13 54 8 6：2 FTS* 55 15 55 9 PFOA 52 14 53 11 PFHpS* 54 13 53 9 PFOS 53 89 17 51 85 12 16 21 PFNA 51 86 9 8：2FTS* 51 86 19 56 PFNS* 54 89 15 55 92 11 PFDA 52 87 13 52 87 10 N-MeFOSAA 53 88 15 53 88 9 N-EtFOSAA 54 90 15 56 93 10 PFDS* 52 86 17 53 89 9 PFUnA 51 85 11 53 88 10 PFDoA 51 86 14 51 85 9 PFTriA 49 82 14 51 85 9 PFTreA 49 82 14 49 81 8 表 8使用 LCMS-8045 以及 LCMS-8050 测定的加标样品中替代物的平均浓度(n=7)、%回收率和%RSD Compound Fortified Conc.(ng/L) LCMS-8045 LCMS-8050 Average Conc(ng/L)，n=7 % Recovery %RSD %Recovery % RSD Average Conc(ng/L)，n=7 M2PFHxA 40 43 107 14 10 M2PFDA 40 44 109 12 42 13 M-N-EtFOSAA 160 175 109 14 160 100 12 总结和结论 本应用考察了岛了UFMSTM分析 EPA方法537 中 PFAS的性能，并在EPA标准中追加了7种 PFAS一并做了考察。在不同型号的仪器上用相同的 SPE 前处理方法处理了所有的的样品和空白空。LCMS-8050 和 LCMS-8045 的方法检出限分别为0.7~1.7 ng/L、0.7~3.3 ng/L， 均满足EPA饮用水中PFAS检测要求。且本方法的进样量仅为1uL， 远小于EPA原方法中的10uL。较小的进样量减轻了仪器负担，使得方法更稳健，并降低了长期运行成本。此外，通过在一个系统上运行多个EPA方法，岛津超快速和高灵敏度的 UFMSTM 系列仪器可以进一步提高生产效率，在这种情况下，我们特别推荐LCMS-8050。 ( 参考文献 ) ( · U.S. EPA， "EPA M ethod 537： Determination of Selected P e rfluorinated Alkyl Acids i n Drinking Water by SPE and LC/MS/MS，" Washington D.C.， 2009. ) ( · ASTM International， "ASTM D7979-17： Standard Test Method forDetermination o f Perfluorinated Compounds in Water， Sludge， Influent， Effluent and Wastewater b y LC/MS/MS，" C o nshohocken PA， 2017. ) 岛津应用云 ( 免责声明： ) ( *本资料未经许可不得擅自修改、转载、销售； ) LCMS、Nexera、Shim-pack、以及 Shim-pack Velox 是岛津制作所株式会社在日本及其他国家的商标。 ISOLUTE 是 Biotage AB 的商标。 此外，本文中出现的公司名称和产品名称是各公司的商标及注册商标。 本文中可能对“TM”和“Q”进行了省略。 岛津企业管理(中国)有限公司岛津(香港)有限公司 * EPA Method中未记载的追加的 PFAS 化合物 * EPA Method 中未记载的追加的 PFAS 化合物 本应用考察了岛津UFMSTM分析EPA方法537中PFAS的性能，并在EPA标准中追加了7种PFAS一并做了考察。在不同型号的仪器上用相同的SPE前处理方法处理了所有的的样品和空白样。LCMS-8050和LCMS-8045的方法检出限分别为0.7～1.7ng/L、0.7～3.3 ng/L，均满足EPA饮用水中PFAS检测要求。且本方法的进样量仅为1 μL，远小于EPA原方法中的10 μL。较小的进样量减轻了仪器负担，使得方法更稳健，并降低了长期运行成本。此外，通过在一个系统上运行多个EPA方法，岛津超快速和高灵敏度的UFMSTM系列仪器可以进一步提高生产效率，在这种情况下，我们特别推荐LCMS-8050。