食用農(nóng)產(chǎn)品中全氟化合物檢測技術(shù)的研究進展

孫小航，朱麗，*，寧凡盛，苑金鵬

（1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東濟南250101；2.山東藍城分析測試有限公司，山東濟南 250000；3.山東省分析測試中心，山東濟南250014）

全氟化合物（perfluorinated compounds，PFCs）是一類有機碳鏈中氫原子全部被氟原子取代人工合成的有機化合物。主要包括全氟羧酸（perfluorocarboxylic acid，PFCAs）和全氟磺酸（perfluorosulfonicacid，PFSAs）。由于氟具有最大的電負性，使得碳-氟鍵具有強極性，并且是自然界中鍵能最大的共價鍵之一[1]，這使得全氟化合物具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和生物惰性，經(jīng)常被用于各類產(chǎn)品中，例如地毯和家具的保護膜、紙張和衣物涂料、聚四氟乙烯產(chǎn)品和泡沫滅火劑[2]，其中全氟辛基羧酸（perfluorooctanoic acid，PFOA）和全氟辛基磺酸（perfluorooctane sulfonat，PFOS）的應(yīng)用最為廣泛[3-4]。易于在環(huán)境和生物體中積累，并對其腎臟、免疫系統(tǒng)等造成破壞，危害生物體及人體健康。有研究表明[5]，PFCs具有生物毒性，與人類多種疾病有關(guān)，如甲狀腺疾病、哮喘、肝腫瘤、行為障礙和免疫障礙等。2009年5月，在斯德哥爾摩公約締約方第四屆大會上，PFOS及其同系物被正式列入持久性有機污染物名單。之后C11-C14PFCAs、PFOA 和全氟辛酸銨（ammonium perfluorooctanoate，APFO）被列入 2012年～2013 年歐洲化學(xué)品管制高度關(guān)注物質(zhì)候選名單中。

許多研究報道發(fā)現(xiàn)PFCs不僅存在于自然環(huán)境介質(zhì)中[6]，在人體的體液與組織等[7]中也檢測出有PFCs的存在。作為一種新型持久性有機污染物（persistent organic pollutants，POPs），關(guān)于 PFCs的食品安全風(fēng)險評估、人類暴露等研究相對較少。Domingo等[8]綜述了人類暴露PFCs的方式。Wang等[9]分析了中國PFCs的來源、分布和健康風(fēng)險，結(jié)果表明人體中暴露的絕大多數(shù)的PFOA來自于陸地肉類食品，占到了93.2%，而78.9%的PFOS則來自于海產(chǎn)品的攝入。目前，對于PFCs的分布、歸趨、風(fēng)險評估、暴露評價等研究較少，主要原因是各國均沒有統(tǒng)一的檢測標準方法[10]。食用農(nóng)產(chǎn)品作為食物直接或間接來源，是居民膳食的主體約占總膳食的97%[11]，為保證食用農(nóng)產(chǎn)品的安全及保障人們的身體健康，對食用農(nóng)產(chǎn)品中PFCs的風(fēng)險評價、暴露評估等分析研究具有突出重要的意義。

該文綜述近年來的國內(nèi)外食用農(nóng)產(chǎn)品（包括蔬菜、蛋類、水產(chǎn)品、肉類等）中PFCs（主要是PFOA和PFOS）的預(yù)處理及儀器檢測技術(shù)，以期為食品中PFCs的準確測定方法的研發(fā)、食品安全風(fēng)險評價與暴露評估等研究提供參考。

1 食用農(nóng)產(chǎn)品中PFCs檢測方法

1.1 蔬菜及其制品

蔬菜是人們膳食中不可或缺的農(nóng)產(chǎn)品，是食物鏈傳遞的重要一環(huán)，在其生長過程中，會受到諸多環(huán)境因素（如地表水、地下水和土壤等）的影響[12]。歐盟食品安全局2008年公布了人體每日能忍受PFOA和PFOS的攝入量，其中 PFOA 為 1.5 μg/kg，PFOS 為 0.15 μg/kg[13]。Haug等[14]參照Charles R.Powely等[15]的方法并進行改進，利用堿消化及甲醇萃取加WAX柱子的方法，檢測挪威16種新鮮蔬菜中的12種PFCs，其結(jié)果中生菜的檢出限（limit of detection，LOD）為 0.06 pg/g～0.6 pg/g。趙立杰等[16]研究PFOA與PFOS在天津大黃堡濕地地區(qū)大白菜和蘿卜不同組織中的分布，取樣品加入甲基叔丁基醚（methyl tert-butyl ether，MTBE）萃取兩次后，加入凈化材料30 mg石墨化碳去除雜質(zhì)，定容后過0.2 μm膜經(jīng)液相色譜-質(zhì)譜測定。結(jié)果表明蔬菜樣品中PFOA與PFOS的LOD為0.051 μg/kg，定量限（limit of quantity，LOQ）為 0.17 μg/kg。在 0.1、1 ng 時，蘿卜根中PFOA與PFOS的回收率分別為94%、118%與85%、95%。趙玉樂等[12]建立蔬菜中15種PFCs的超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（ultra performance liquid chromatography-mass spectrometry，UPLC-MS/MS） 分析方法。采用離子對液液萃取的前處理方法，樣品加入Na2CO3/NaHCO3緩沖液和四丁基硫酸氫銨（tetrabutylammonium hydrogen sulfate，TBAHs）溶液，經(jīng)過 MTBE溶液提取，反向RP-18色譜柱分離，多離子檢測模式檢測，內(nèi)標法定量。此方法在12 min內(nèi)能夠完成15種PFCs的分離分析。且 15 種 PFCs在 0.5 μg/L～100 μg/L濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系系數(shù)大于0.9955，LOD為0.001μg/kg～0.029 μg/kg，LOQ 為 0.003 μg/kg～0.096 μg/kg。在1.0、5.0、10.0 μg/kg 3 個不同的加標濃度下，15 種 PFCs的回收率為71.65%～122.57%，相對偏差小于19.7%。該方法樣品處理簡單，選擇性好，且結(jié)果較為準確靈敏，可用于蔬菜中PFCs的檢測。

1.2 蛋類

蛋類是百姓日常膳食中最主要的動物源性蛋白之一，其食用安全也得到人們的廣泛關(guān)注。Zhang等[17]對中國17個城市中雞蛋進行研究，采用離子對液液萃取-高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，在加標濃度5 ng時得到的回收率PFOA為123%，PFOS為78%，樣品等級10 ng時PFOA為116%，PFOS為75%，10種PFCs的LOQ在0.13 ng/g～1.11ng/g之間。齊彥杰等[18]對北京市市售雞蛋和鴨蛋中PFCs污染水平進行研究。用MTBE萃取后，通過固相萃取柱凈化，用甲醇和氨水甲醇溶液洗脫，用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測。17種PFCs的儀器檢出限為0.018 ng/kg～0.176 ng/kg，除兩種化合物偏差較大之外：全氟辛烷磺酸（perfluorotridecanoate acid,PFTrA）為69%、七氟四丁酸（heptacosafluorotetradecanoic acid,PFTA）為 33%，其他 15種 PFCs的加標回收率在94%～105%之間。李靜等[19]用分散固相萃取結(jié)合HPLC-MS/MS法檢測雞蛋中16種PFCs，樣品經(jīng)過乙腈40℃下超聲萃取、氮吹濃縮和石墨化炭黑分散萃取凈化后，離心取上清液進行高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測。其 LOD 為 0.001 μg/kg～0.093 μg/kg，LOQ 為 0.03 μg/kg～0.310 μg/kg。在 0.5、1.0、2.0 μg/kg 3個不同的加標濃度下，16種PFCs的回收率為79%～125%。該前處理方法明顯提高了雞蛋樣品中PFCs的萃取率，且耗時少、經(jīng)濟實惠、準確可靠。此方法為處理大量蛋類樣品的PFCs殘留水平提供了一定理論基礎(chǔ)。

1.3 水產(chǎn)品

幾種重要的PFCs，特別是PFOS在魚體中富集能力極高，人體攝入的PFOS其中78.9%來自于海產(chǎn)品。研究海產(chǎn)品中PFCs的濃度和含量，對其風(fēng)險進行評估，是控制食品安全、提高居民健康程度的重要途徑?？椎卵蟮萚20]采用堿液消解作為樣品前處理法，超高效液相色譜-電噴霧離子化串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用（ultra performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry，UPLC-ESI-MS/MS），建立檢測1種貝類和2種魚類的肌肉組織中11種PFCs的分析檢測方法。選Carbon/NH2雙層固相萃?。╯olid-phase extraction，SPE）小柱作為凈化小柱，并以C18色譜柱為分析柱，外標法定量。所選定的11種全氟化合物在6 min內(nèi)可以達到分離?；厥章试?2.1%～93.6%之間，相對標準偏差為0.6%～9.5%，LOD在3.4 pg/g～26.7 pg/g。張新等[21]通過離子對液液萃取的前處理方法，向樣品中加入TBAHS和Na2CO3溶液之后，加入MTBE渦旋混合萃取樣品3次，過Presep-C Agri柱凈化，甲醇定容后進行HPLC-MS-MS分析。用此種方法檢測大連常見的海產(chǎn)品（魚、蟹、烏賊和海膽）的肌肉及內(nèi)臟中PFOS和PFOA的暴露水平。兩種目標物的加標回收率分別為92.0%和107.0%，LOQ分別為7pg/g和46pg/g。柳思帆等[22]采用SPE前處理與HPLC-MS/MS相結(jié)合的方法，分析測定了魚樣品中包括PFOS、PFOA等12種PFCs的含量。其在Higgins等[23]方法上進一步優(yōu)化，在樣品中加入醋酸銨與TBAHS，加入MTBE萃取3次。用超純水定容再用SPE法，甲醇和氨水甲醇溶液洗脫，氮氣濃縮后進液相色譜檢測。雖然其前處理方法較為繁瑣，但其得到了良好的回收率。郭萌萌等[24]利用液相色譜-四極桿-靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜，建立魚肉中18種PFCs的分析方法。樣品經(jīng)90%乙腈溶液提取，SPE柱凈化，C18色譜柱分離，液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）檢測定量。結(jié)果相關(guān)系數(shù)≥0.99，LOD為0.02 μg/kg～0.50 μg/kg。加標回收率為61.7%～122%，相對標準偏差為6.9%～18.8%。此方法前處理方法較為簡便，部分化合物的靈敏度相較其他方法有些提高。

1.4 肉類

陸生肉類膳食是人體暴露PFOA的主要途徑，有研究表明約93.2%的PFOA來自于陸生肉類食品。白潤葉等[25]對中國部分生產(chǎn)區(qū)雞肉和羊肉中PFCs進行檢測。采用了一種快速、簡便、安全、價格低廉（quick、easy、cheap、effective、rugged、safe，QuEChERS） 的前處理方法，先將樣品中加入乙腈和鹽酸溶液之后加入NaCl，離心管中富集、凈化、離心，氮氣濃縮，最終使用HPLC-MS/MS檢測。結(jié)果表明19種PFCs在0.02 μg/L～5.0μg/L范圍內(nèi)線性良好，雞肉的LOD為0.000965μg/kg～0.017 0 μg/kg，LOQ 為 0.003 22 μg/kg～0.056 7 μg/kg。在0.5、1.0、2.0μg/kg加標濃度下，回收率為 88%～111%；羊肉的 LOD 為 0.001 79 μg/kg ～0.014 2 μg/kg，LOQ 為0.005 97 μg/kg～0.047 3 μg/kg。在 0.5、1.0、2.0 μg/kg 3個加標濃度下，回收率范圍為95%～107%。溫泉等[26]采用堿消解-固相萃取相結(jié)合的樣品前處理方法，分析檢測豬肉肌肉組織中的PFOS和PFOA。以C18柱為液相分離柱，乙腈-乙酸銨溶液梯度洗脫溶液，PFOS和PFOA在10 min內(nèi)即能達到良好分離，且樣品回收率在70%～100%之間。

2 討論

目前對于PFCs檢測的前處理技術(shù)主要是離子對液液萃取、液液萃取、液固萃取、堿消解法及固相萃取等方法。這幾種方法對于不同樣品中PFCs的提取各有優(yōu)缺點：離子對液液萃取法和液液萃取法相似，應(yīng)用于液體食品中（主要是乳制品、蛋類），對樣品的處理效果好，加標回收率高，相對于其他萃取劑，MTBE效果較好。但此方法操作較為繁瑣，不適于大批量樣品的檢測。液固萃取法主要用于固體食品的前處理提取，常用的提取液是甲醇或乙腈，同時配合超聲或離心震蕩等輔助萃取技術(shù)，以提高提取效率，減少提取時間。堿消解法是通過向食品中加NaOH，對樣品進行消解，但因其與酶解的過程相似，消耗時間較長（17 h）[20]，亦不是理想方法。固相萃取是一種簡便高效的前處理方法，其消耗溶劑較少，操作方式簡單，用于對多類型樣品中PFCs的濃縮及凈化。樣品過濾后，可直接經(jīng)SPE柱凈化，目前常用的萃取柱有HLB和WAX柱，而對于一些比較復(fù)雜的樣品，該技術(shù)一般要同其他樣品前處理技術(shù)聯(lián)合使用。

目前對PFCs各種基質(zhì)的檢測方法中，可以應(yīng)用氣相色譜（gas chromatography，GC）或者氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（gas chromatography-mass spectrometry，GCMS）或是LC-MS的方法測定。而對于GC法測定的報道較少。其原因是由于PFCs不具揮發(fā)性，檢測時要對其做衍生化處理，這對于檢測的靈敏度和儀器的保護都有多少程度的影響。Sheryl A.Tittlemier等[27]采用氣相色譜-化學(xué)電離串聯(lián)質(zhì)譜法（gas chromatographychemical ionization-mass spectrograph，GC-CI-MS）測定了魚類中3種PFCs的含量，回收率在74%以上。而研究者們普遍傾向于用HPLC-MS/MS的方法，其相對于LC-MS進一步提高了準確性和選擇性，降低了檢出限。近年來，學(xué)者們對于各種基質(zhì)食品樣品的檢測，大多采用HPLC-MS/MS的方法。本文收集了國內(nèi)外食品農(nóng)產(chǎn)品中PFCs分析研究技術(shù)的相關(guān)文獻，整理了不同研究人員應(yīng)用其前處理和檢測方法所得到的結(jié)果和優(yōu)缺點具體見表1。

表1 食品農(nóng)產(chǎn)品中全氟化合物檢測技術(shù)的比較Table 1 Comparison of PFCs detection techniques in food and agricultural products

3 展望

本文通過近年來學(xué)者們對檢測多種類型的食品中PFCs應(yīng)用的提取技術(shù)及定性定量檢測技術(shù)進行綜述，通過分類對比分析，闡述不同基質(zhì)食品中現(xiàn)今較為普遍的前處理方法，對今后的研究者提供了理論基礎(chǔ)和試驗借鑒。

開發(fā)建立不同食品基質(zhì)中PFCs的前處理技術(shù)及檢測方法是今后研究的一大熱點。其前處理技術(shù)發(fā)展方向不僅能快速簡便且選擇較好的處理樣品，避免溶劑的浪費和對環(huán)境的二次污染；同時降低技術(shù)成本和提取時間，能滿足大批樣品的檢測需求。近年來，固相微萃取技術(shù)（solid-phase microextraction，SPME）作為一種無溶劑樣品制備技術(shù)，具有簡單、快速、高效、少溶劑的特點，已廣泛應(yīng)用于多種有機物的分析提取[28-29]。相較于液液萃取和固相萃取，其能夠更簡單的對目標化合物進行富集，避免大量溶劑的使用[10]。目前SPME技術(shù)對于食品中提取PFCs的應(yīng)用非常少，但SPME在有機物提取上的優(yōu)勢，使其在液質(zhì)食品中提取PFCs的前景非常廣闊?；|(zhì)固相分散（matrix solid phase dispersion，MSPD）作為一種快速樣品前處理技術(shù)，濃縮了傳統(tǒng)的樣品前處理中的樣品勻化、組織細胞裂解、提取、凈化等過程，不需要進行組織勻漿、沉淀、離心、pH值調(diào)節(jié)和樣品轉(zhuǎn)移等操作步驟，避免了樣品的損失，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于食品分析行業(yè)[30]。QuEChERS是近年來國際上發(fā)展起來的一種新的樣品前處理方法，多用于食品及農(nóng)產(chǎn)品中化合物的檢測。其精度、準確度和回收率高，分析速度快，溶劑用量小，污染低，操作簡便，能滿足對PFCs前處理技術(shù)的要求。我國是人口、貿(mào)易大國，食品的產(chǎn)生和消耗量都非常高。建立PFCs快速、低成本、無二次污染的檢測技術(shù)對于我國居民身體健康和國家的進出口貿(mào)易都有著積極深遠的影響。