水中全氟和多氟烷基化合物检测方案(液质联用仪)

Application No.SSI-LCMS-106News 岛津SHIMADZU用户服务热线电话： 800-810-0439第一版发行行：2019年11月400-650-0439 ApplicationNews 液相色谱-三重四极杆质谱法 利用 LCMS-8050三重四极杆质谱仪分析 EPA M8327 中规定的全氟和多氟烷基化合物(PFAS) No.LCMS-106 Brahm Prakash， Gerard Byrne ll， Ruth Marfil-Vega， Yuka Fujito， ChristopherGilles，岛津科学仪器公司，马里兰州哥伦比亚，美国 摘要 美国环境保护署(EPA)最近公布了 SW-846 8327方法草案，用于分析地下水、地表水和废水中的 PFAS。目前尚无其其可用于分析复杂基质中 PFAS的EPA方法；因此，该方法的最终版本将提供一种用于监测非饮用水中限定 PFAS 的工具。本应用报告表明 LCMS-8050符合并超过了本方法中规定的“质量保证和质量控制”标准。所有分析物的定量限为 5 ppt 及以下。最终，这项工作为解决非饮用水中少量 PFAS 的定量问题提供了一个快速、耐受性好的解决方案。 背景 全氟和多氟烷基化合物(PFAS) 是一组广泛用于消费品(如食品包装材料和非粘性涂料)和工业应用(泡沫灭火剂、聚合物或塑料生产)的人工化学品。它们具有独特的性质，如高度稳定性和抗降解性，加上它们的广泛使用，导致了 PFAS 在环境中积累。 PFAS 系列物质包含4000多种化学物质，它们的共同之处在于都有一个全氟或多氟化的碳骨架化合物。由于它们对人类和生态系统潜在的有害影响，美国已不再生产 PFOA和 PFOS，这就催生了替代化学品的引进。为了准确定量进入环境的低水平(低至ng/L) 残留和替代PFAS，同时考虑们们对人类和生态系统的影响以及它们的油、水不相溶性，需要耐用和快速的分析方法。 目前正在针对 PFAS 对人体健康的不良影响2-6进行研究。许多研究已经将 PFOA 和 PFOS 与生殖损伤、肝和肾损伤以及免疫系统减弱联系起来。 PFAS 暴露也与胆固醇水平升高有关。 本应用报告提供了一种基于岛津LCMS-8050 的快速、耐受性好的解决方案，适用于EPA 8327 方法中列出的所有分析物。结果表明：该仪器的性能超过了 EPA方法草案中概述的要求。最重要的是，结果证明目前实验室以 ASTM D7979方法来分析样品，7-8使用超高速LC-MS/MS (UFMSTM)分析环境样品中的PFAS， 可以轻松更新其工作流程以实现 EPA 8327 方法。 关键词：全氟和多氟化烷基化合物， PFAS，全氟化合物， PFCs， PFOA， PFOS，持久性有机污染物，POPs，三重四极杆，废水，地下水，地表水， EPA 8327方法， ASTM D7979。 化合物列表 EPA 8327方法可对溶剂、地下水、地表水和废水中的24种目标 PFAS 化合物和19种替代物进行分析。表1列出了目标化合物及其各自的首字母缩略词、替代化合物及其化学分类。有关本应用报告的其余部分，请参阅表1中的首字母缩略词。 表1本方法包括目标分析物、替代物、首字母缩略词和 CAS号 分析物 首字母缩略词 CAS 号 替代物 磺酸 全氟丁基磺酸 PFBS 29420-49-3 13C3-PFBS 全氟己基磺酸 PFHxS 3871-99-6 13C3-PFxS 全氟辛基磺酸 PFOS 1763-23-1 13C8-PFOS 1H， 1H， 2H， 2H-全氟己烷磺酸 4：2 FTS 757124-72-4 13C2-4：2 FTS 1H， 1H， 2H， 2H-全氟辛烷磺酸 6：2 FTS 27619-97-2 13C2-6：2 FTS 1H， 1H， 2H， 2H-全氟癸烷磺酸 8：2 FTS 39108-34-4 13C2-8：2 FTS 全氟-1-戊烷磺酸 L-PFPeS 706-91-4 一 全氟-1-庚烷磺酸 L-PFHpS 375-92-8 全氟-1-壬烷磺酸 L-PFNS 68259-12-1 全氟-1-癸烷磺酸 L-PFDS 2806-15-7 羧酸 全氟丁酸 PFBA 375-22-4 13C4-PFBA 全氟戊酸 PFPeA 2706-90-3 13C5-PFPeA 全氟己酸 PFHxA 307-24-4 13C5-PFHxA 全氟庚酸 PFHpA 375-85-9 13C4-PFHpA 全氟辛酸 PFOA 335-67-1 13C8-PFOA 全氟壬酸 PFNA 375-95-1 13C9-PFNA 全氟癸酸 PFDA 335-76-2 13C6-PFDA 全氟十一酸 PFUnA 2058-94-8 13C7-PFUnA 全氟十二酸 PFDoA 307-55-1 13C2-PFDoA 全氟十三酸 PFTriA 72629-94-8 一 全氟十四酸 PFTreA 376-06-7 13C2-PFTreA 磺胺类和磺胺乙酸 N-乙基全氟-1-辛基磺酰胺乙酸 N-EtFOSAA 2991-50-6 D3-N-EtFOSAA N-甲基全氟-1-辛基磺酰胺乙酸 N-MeFOSAA 2355-31-9 D3-N-MeFOSAA 全氟-1-辛基磺酰安 FOSA 754-91-6 13C8-PFOSA 方法 本应用报告描述并展示了岛津LCMS-8050 用于 EPAM8327草案(截至2019年9月)所述的溶剂、地下水、地表水和和水基质中的43种 PFAS、24种目标物和19种替代物进行分析的性能。EPA提供了一系列的耗材，包括：15mL的聚丙烯(PP)管、分析柱、延迟柱、PFAS 精密度和回收率标准品 (Wellington)、标记PFAS 的提取标准品 (Wellington)、2 mL的认证琥珀玻璃瓶、2mL瓶的PP无隔片盖子、GXF/GHP 0.2 um注射器滤膜和10 mL的金属鲁尔锁紧头全玻璃注射器。 使用与岛津 Shim-pack GIST Phenyl-Hexyl (2.1×100mm， 粒径3.0pm)类似的分析柱，以及用作延迟柱的岛津 Shim-pack XR-ODS (50 mm x 3.0 mm x 2.2 pm，岛津件号：228-41606-92)，对所有的 PFAS化合物(岛津件号：227-30713-03)进行分析。使用流动注射(FIA)法，对所有化合物进行了多反应监测条件(MRM) 的优化。 流动相A由20mM的醋酸铵与 95：5 的 H，O：ACN溶液组成。流动相B由10mM的醋酸铵与95：5的ACN：H，O 溶液组成。各浓度水平标准品的进样量都是30pL。所用流速为 0.3 mL/min。调整色谱条件，在尽可能短的时间内获得最大的峰分离度，并且共流出的同分异构体最少。每次进样的总运行时间为21分钟，包括重新平衡延迟柱和分析柱。总运行时间为21分钟，包括最后一次用高浓度的乙腈清洗色谱柱，清除残留污染物，并在开始下一次运行前恢复色谱柱的性能。如果需要定量浓度，可以很轻松地改动该方法，采用同位素稀释或内部校准法。 采用岛津Nexera UHPLC 系统和 LCMS-8050 三重四极杆质谱仪进行LC/MS/MS 分析。本研究的进样量为30pL。表2详细介绍了LC/MS/MS 参数。 表2色谱和质谱仪条件 参数 值 LCMS 岛津LCMS-8050 分析柱 Shim-pack GIST Phenyl-Hexyl (2.1 mm I.D.×100 mm， 3 pm) 件号227-30713-03 溶剂延迟柱 Shim-pack XR-ODS (3 mm 1.D.×50 mm， 2.2 pm)件号228-41606-92 柱温箱温度 40° 进样量 30 pL 流动相 A： 20 mmol E的醋酸铵与 5%(v/v)的乙腈 B： 10 mmol的醋酸铵与95%(v/v) 的乙腈 流速梯度 0.3 mL/Min 梯度 时间(分钟) %B 0 0 1 20 6 50 14 100 17 100 18 0 21 0 运行时间 21分钟 雾化气流量 5L/min 加热气流量 15 L/Min 接口温度 300℃ 去溶剂化线温度 100°℃ 加热模块温度 200℃ 干燥气流量 5 L/min 采集周期时间 21 min 总MRM 66 全氟调聚酸(作为[M-H]-和[M-HF-H]-观察)可以得到 m/z与不饱和全氟调聚酸相同的离子。即使在优化色谱条件下，这些化合物的保留时间也几乎相同。ESI加热器温度降低，减少了HF丢失，并最大限度地减少了全氟调聚酸的误判。根据所应用的类型，温度条件可能会有所不同。 所有化合物参数，包括前体离子、产物离子和碰撞能量都使用 FIA进行优化，使用 LabSolutions 软件自动优化。对于表3中列出的大多数化合物，至少有两个MRM通道。 表3 MRM通道、保留时间和碰撞能量 M8PHOS 7.484 507>80 55 PFUdA 7.697 563>519563>269 1216 M7PFUdA 7.695 570>525 12 PFNS 8.009 549>80 549>99 5444 PFDoA 8.181 613>569 613>169 1221 MPFDoA 8.179 615>570 11 FOSA 8.498 498>78 43 M8FOSA 8.498 506>78 48 PFDS 8.523 599>80599 >99 55 50 PFTriA 8.662 663>619 663>169 1227 PFTeDA 9.155 713>669713>169 1327 M2PFTeDA 9.130 715>670 15 校准标准品 研究使用 Wellington Laboratories提供的标准品(产品编扁：PFAC-24PAR 和 MPFAC-24ES)。以95：5的乙睛：水作为稀释剂，将标准品稀释成EPA 8327方法第7.4节规定的标准工作液。使用标准工作液建立线性范围 5-200 ppt 的标准曲线工作液样品由50：50的水：甲醇溶液含0.1%乙酸组成，以保持与实际样品一致(参见样品制备)标准曲线样品进样前不过滤。 结果和讨论 众所周知， PFAS 可以存在于溶剂、玻璃器皿、移液管、导管、脱气机和 LC-MS/MS 仪器的其它部件中。通过在溶剂和样品阀之间放置一个延迟柱，将样品中的PFAS与 LC 系统中的 PFAS分离，从而消除来自LC系统的 PFAS 污染。所有用于研究的用品都无 PFAS污染。为了监测不受污染的情况，每批次开始时进样两份空白样品：系统不进样(空气进样，如图1所示)和试剂空白(超纯水：甲醇 (50：50)中0.1%的乙酸，如图2所示)。图1和图2中的数据表明用于分析的仪器和材料中不含PFAS。 样品制备 将溶剂水、地表水、地下水和废水用EPA 8327 方法进行检测。报告结果及讨论部分展示了代表性色谱图及每个被测基质结果。样品用甲醇和0.1%乙酸(50：50)稀释，加入同位素标记的替代物，涡旋处理2分钟。然后通过0.2 um 的注射器滤膜过滤样品，进行LC/MS/MS分析。 使用九点标准曲线对所有 PFAS 目标物进行校准，线性范围在5 ng/L-200 ng/L 之间。曲线的线性使用 1/x加权系数，不强制过原点。所有的化合物或通道都具有很好的线性，其相关系数(r)大于0.99。各标准品的校准误差均在±30%以内。图3显示了5 ng/L标准品的总离子流图和 MRM色谱图；该图展示了标准曲线中最低浓度下目标物的分离和峰形。图4显示了EPA8327方法草案中所有 PFAS目标物和替代化合物在80ng/L下的中间浓度水平标准品的色谱图，并证实了峰形在高浓度下保持不变。 图1不进样空白的 TIC 色谱图 Application No.SSI-LCMS-106 图2试剂空白在 50：50 的甲醇：H2O和0.1%乙酸中的 TIC 色谱图 图3EPA 8327 方法中所有 PFAS 在最低校准曲线浓度(5 ppt) 下的 TIC(黑色)色谱图和MRM通道(其它颜色) 图4 EPA 8327 方法中所有 PFAS 在中间校准曲线浓度(80 ppt) 下的TIC(黑色)色谱图和 MRM 通道(其它颜色) 图 5显示了 5 ng/L 典型色谱峰的提取离子流色谱图以及 PFHxS、PFOS 和 PFTreA的标准曲线。表4列出了EPA 8327 方法中所有目标物在代表性低、中、高浓度下的计算浓度和回收率。所有回收率均在EPA 8327 方法草案规定的可接受限值范围内(最低校准点为50%-150%，其余校准点为70%-130%)。表4还包括每个目标化合物在5 ng/L时的信噪比。除 PFHxS外，其余化合物的信噪比均大于3，这些结果表明，大多数化合物的可以实现更高的灵敏度。 图6显示了在各种基质中加入60 ppt 的 24种PFAS化合物的色谱图，包括试剂水、地下水、地表水和废水。结果表明尽管样品成分有差异并且存在潜在干扰，但在所分析的所有样品类型中分离和峰形都保持不变。 面积 -399.0000>80.0000(-) PFTreA， 5.0 ng/L 图5EPA 8327方法中所列化合物的代表性色谱图和标准曲线 二 0- AA B.地下水 C.地表水 A D.废水 图6在以下基质中加入60 ng/L 24 种 PFAS 化合物的色谱图 (TIC和MRM))：A)试剂水；B)地下水；C)地表水；和D) 废水 表 4 EPA 8327 方法中所有目标物在低、中、高标准品水平下的计算浓度 (*)INF：当一种化合物的背景噪声为零时的信噪比值。 表5展示了试剂水中加入80 ng/L目标物和替代物的准确度(加标回收率)和精密度(%RSD)。所有化合物的平均回收率均在70-130%以内，精密度RSD(%RSD)≤20%， 完全符合 EPA 8327 方法草案规定的质量保证标准。 表6-9列出了在试剂水、地下水、地表水和废水样品中加入160 ng/L的替代物回收率和精密度(%RSD)。按照该方法法收标准的要求，所有待测 PFAS 的替代物回收率均在70-130%之间，并且精密度(%RSD)≤20%。 表5试剂水中加入80 ng/L 的 24种 PFAS 和19种质量标记替代物的准确度(加标回收率)和精密度：(%RSD) 表6地下水-替代物的加标回收率：160ng/L的准确度 ((回收率%)和精密度：(%RSD) 样品ID 160 ng/L #1 160 ng/L #2 160 ng/L #3 160 ng/L #4 平均回收率(ng/L) %RSD d3-NMeFOSAA 182.7 170.8 219.4 173.5 116.7 12.0 d5-NEtFOSAA 165.1 188.6 174.0 169.9 109.0 5.8 M2-4-2 FTS 144.6 163.7 153.0 146.9 95.0 5.6 M2-6-2 FTS 164.9 157.6 168.4 141.3 98.8 7.6 M2-8-2 FTS 152.7 194.6 177.2 172.0 108.9 9.9 M2PFDoA 185.9 197.6 215.0 187.3 122.8 6.8 M2PFTreA 219.0 223.5 232.1 208.4 138.0 4.5 M3PFBS 174.0 175.5 180.2 175.6 110.2 1.5 M3PFHxS 184.5 202.9 196.5 176.1 118.8 6.3 M4PFBA 181.0 195.4 189.1 186.9 117.6 3.2 M4PFHpA 180.3 188.0 190.1 180.2 115.4 2.8 M5PFHxA 186.2 199.9 193.6 168.7 117.0 7.2 M5PFPeA 182.4 192.4 193.8 182.1 117.3 3.4 M6PFDA 182.5 179.5 194.2 176.7 114.6 4.2 M7PFUnA 185.4 191.9 204.3 196.0 121.5 4.1 M8FOSA 193.4 194.6 215.3 184.7 123.1 6.6 M8PFOA 182.2 187.9 188.9 179.7 115.5 2.4 M8PFOS 184.2 188.9 198.3 185.5 118.3 3.4 M9PFNA 173.9 186.0 195.7 182.8 115.4 4.9 表7试剂水-替代物的加标回收率：160 ng/L的准确度(回收率%)和精密度(%RSD) 样品ID 160 ng/L #1 160 ng/L #2 160 ng/L #3 160 ng/L #4 平均回收率(ng/L) %RSD d3-NMeFOSAA 152.5 158.2 152.3 155.7 96.7 1.8 d5-NEtFOSAA 145.8 144.1 139.2 153.2 91.0 4.0 M2-4-2 FTS 129.5 146.5 136.2 130.7 84.8 5.7 M2-6-2 FTS 139.5 145.2 136.5 131.2 86.3 4.2 M2-8-2 FTS 124.3 139.7 156.5 145.1 88.4 9.5 M2PFDoA 149.2 152.6 152.2 148.4 94.2 1.4 M2PFTreA 143.2 140.9 148.6 136.8 89.0 3.5 M3PFBS 133.1 152.9 138.7 141.2 88.4 5.9 M3PFHxS 137.6 146.1 149.4 142.9 90.0 3.5 M4PFBA 140.2 126.2 140.7 138.7 85.3 5.0 M4PFHpA 147.8 154.2 152.1 153.3 94.9 1.9 M5PFHxA 151.3 152.2 154.5 146.5 94.5 2.2 M5PFPeA 145.6 152.1 147.4 148.7 92.8 1.8 M6PFDA 150.2 151.3 148.8 154.1 94.5 1.5 M7PFUnA 146.0 149.6 150.3 144.7 92.3 1.8 M8FOSA 143.3 171.0 149.2 134.3 93.4 10.4 M8PFOA 145.7 157.8 153.7 145.5 94.2 4.0 M8PFOS 139.2 141.6 140.6 140.9 87.9 0.7 M9PFNA 153.3 149.2 156.6 157.5 96.4 2.4 表8地表水-替代物的加标回收率：：160ng/L的准确度(回收率%)和精密度 (%RSD) 样品 ID 160 ng/L #1 160 ng/L #2 160 ng/L #3 160 ng/L#4 平均回收率(ng/L) %RSD d3-NMeFOSAA 159.9 134.1 139.7 132.6 88.5 8.9 d5-NEtFOSAA 133.1 144.2 140.6 111.3 82.7 11.1 M2-4-2 FTS 149.9 134.2 122.9 132.3 84.3 8.3 M2-6-2 FTS 141.3 124.5 134.4 132.6 83.3 5.2 M2-8-2 FTS 143.2 131.1 128.0 116.8 81.1 8.4 M2PFDoA 157.3 146.4 146.2 137.8 91.8 5.4 M2PFTreA 155.9 138.4 135.4 137.4 88.6 6.7 M3PFBS 153.7 136.2 143.5 132.2 88.4 6.7 M3PFHxS 153.5 128.0 143.6 131.4 87.0 8.4 M4PFBA 155.8 140.6 141.6 132.9 89.2 6.7 M4PFHpA 155.9 139.4 140.2 130.7 88.5 7.4 M5PFHxA 162.8 144.8 142.2 129.2 90.5 9.6 M5PFPeA 158.2 144.1 140.1 136.8 90.5 6.5 M6PFDA 148.1 137.5 138.5 138.1 87.9 3.6 M7PFUnA 151.2 145.2 143.9 143.2 91.2 2.5 M8FOSA 155.3 149.2 131.9 135.2 89.3 7.8 M8PFOA 156.7 138.5 146.7 136.6 90.4 6.3 M8PFOS 141.2 139.1 136.7 120.8 84.1 6.9 M9PFNA 157.2 136.0 144.3 132.3 89.1 7.7 表9废水-替代物回收率：160 ng/L的准确度(回收率%)和精密度(%RSD) 样品ID 160 ng/L #1 160 ng/L#2 160 ng/L#3 160 ng/L #4 平均回收率(ng/L) %RSD d3-NMeFOSAA 158.1 145.7 150.1 138.8 92.6 5.4 d5-NEtFOSAA 161.7 153.8 147.5 141.7 94.5 5.7 M2-4-2 FTS 170.6 147.6 161.9 159.5 100.0 5.9 M2-6-2 FTS 146.9 157.1 146.2 143.0 92.7 4.1 M2-8-2 FTS 151.2 151.7 166.9 146.3 96.3 5.8 M2PFDoA 160.1 160.5 168.6 143.3 98.9 6.7 M2PFTreA 153.4 150.3 157.4 136.7 93.4 6.0 M3PFBS 179.4 165.4 163.8 151.9 103.2 6.8 M3PFHxS 169.9 151.6 160.2 144.6 97.9 7.0 M4PFBA 173.8 172.4 155.5 149.5 101.8 7.5 M4PFHpA 169.1 164.5 156.1 148.4 99.7 5.7 M5PFHxA 174.3 171.4 164.2 148.5 102.9 7.0 M5PFPeA 174.6 168.7 158.5 149.5 101.8 6.8 M6PFDA 154.4 154.1 155.1 134.8 93.5 6.6 M7PFUnA 156.5 156.9 167.9 139.5 97.0 7.6 M8FOSA 156.2 169.7 159.3 146.6 98.8 6.0 M8PFOA 166.2 156.4 162.5 150.2 99.3 4.4 M8PFOS 147.4 146.3 150.7 136.2 90.7 4.3 M9PFNA 159.8 157.6 164.5 142.3 97.6 6.2 所有 PFAS 化合物的线性、准确度和精密度均达到了 EPA 8327 方法草案的要求。因此，岛津LCMS-8050可以在非饮用水中获得快速、可靠和高灵敏度的定量结果，从而实现高通量分析。 使用岛津UFMSTM LCMS-8050，依照 EPA SW-8468327方法，直接进样分析非饮用水(即地下水、地表水和废水)中的24 种 PFAS 和 19种量量标记的替代物。结果表明： LCMS-8050 可以完美应对极具挑战性的环境基质样品中的 PFAS分析，并且样品消耗量极低。 ( 参考文献 ) ( 1. 环境科学与技术。 “多氟化合物：过去、现在和将来” ) http：//www.greensciencepolicy.org/wp-content/uploads/2014/10/Lindstrom-Strynar-and-Libelo-2011.pdf 2.美国有毒物质与疾病登记署， “全氟和多氟烷基化合物(PFAS) 与您的健康”，2018年10月31日。[在线]。访问网址： https：//www.atsdr.cdc.gov/pfas/. [2018年12月11日访问] 3.美国环境保护署((EPA)全氟和多氟烷基化合物 (PFAS) https：//www.epa.gov/pfas [2018年11月27日访问] 4.美国国家环境健康科学研究院全氟化学物质(PFC) https：//www.niehs.nih.gov/health/matrials/perflorinated chemicals 508.pdf [2018年11月27日访问] 5.US EPA. 全氟和多氟烷基化合物(PFAS)的基本信息。 https：//www.epa.gov/pfas/basic-information-about-and-polyfluoroalkyl-substances-pfass 6.US EPA.PFOA 和 PFOS 的饮用水健康咨询。 https：//www.epa.gov/ground-water-and- drinking-water/drinking-water-health-advisories-pfoa-and-pfos 7.ASTM International， “ASTM D7979-17：利用液相色谱串联质谱法 (LC/MS/MS)测定水、污泥、进水、污水和废水中全氟化合物的标准试验方法”， West Conshohocken， 2017。 8. ASTM D7979-17，利用液相色谱串联质谱法 (LC/MS/MS)测定水、污泥、进水、污水和废水中全氟和多氟烷基化合物的标准试验方法， ASTM International， West Conshohocken， 2017， www.astm.org (2018年 11月27日访问) 9. 利用 LCMS-8045 对EPA M537.1中规定的全氟和多氟烷基化合物(PFAS) 进行分析。Brahm Prakash， GerardByrne ll， Ruth Marfil-Vega， Yuka Fujito，岛津科学仪器公司，马里兰州哥伦比亚，邮编：21046 岛津应用云 ( 岛津企业管理(中国)有限公司岛津(香港)有限公司 ) ( 免责声明： ) ( *本资料未经许可不得擅自修改、转载、销售； ) ( *本资料中的所有信息仅供参考，不予任何保证。如有变动，恕不另行通知。 ) 使用岛津UFMS™ LCMS-8050，依照EPA SW-846 8327方法，直接进样分析非饮用水（即地下水、地表水和废水）中的24种PFAS和19种质量标记的替代物。结果表明：LCMS-8050可以完美应对极具挑战性的环境基质样品中的PFAS分析，并且样品消耗量极低。所有PFAS化合物的线性、准确度和精密度均达到了EPA 8327方法草案的要求。因此，岛津LCMS-8050可以在非饮用水中获得快速、可靠和高灵敏度的定量结果，从而实现高通量分析。