水產(chǎn)品中全氟化合物的分析方法和分布特征的研究進展

李佩佩，龍 舉，方 益，嚴忠雍，張小軍

(浙江省海洋水產(chǎn)研究所，浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點實驗室，舟山 316021)

全氟化合物(PFCs)是一類人工合成的化合物，其分子結(jié)構(gòu)由疏水骨架([F(CF2)x]和親水端基官能團(羧基、磺酸基、膦酸基、季銨基等)構(gòu)成，按照官能團可分為全氟烷基羧酸類(PFCAs)、全氟烷基磺酸類(PFSAs)、全氟烷基磺酰胺類(PFOSAs)、全氟調(diào)聚醇類(FTOHs)、全氟磷酸及其酯等。自1947年3M 公司首次合成全氟辛酸(PFOA)以來，PFCs已有70年多年的發(fā)展歷史，包含3 000多種化合物。PFCs具有表面活性高、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好等特點，在紡織、造紙、皮革處理、消防泡沫、地板拋光劑、洗發(fā)劑、涂料、炊具等消費品制造業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛[1-2]。由于PFCs的分子結(jié)構(gòu)式中含有大量完全氟化的碳鏈，而C－F 鍵是已知最強的高能共價化學鍵，使其具有強穩(wěn)定性、難降解性、持久性和生物富集性等特點，在水體[3-4]、大氣[5-6]、沉積物[7-8]、生物體[9-10]、人體[11-12]甚至鮮有人類活動的大洋、南北兩極和青藏高原等偏遠地區(qū)的哺乳動物和水體中[13-14]均有分布，已成為一類廣受關(guān)注的新型有機污染物。除PFCs外，PFCs的前體物質(zhì)也是環(huán)境中PFCs污染的重要來源，其主要包括氟調(diào)聚丙烯酸酯(FTACs)和氟調(diào)聚酸(FTCAs)。氟辛烷磺酸(PFOS)和PFOA 是環(huán)境中最典型的兩種PFCs，也是其它PFCs及前體物質(zhì)在環(huán)境中的最終轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。

PFCs及其前體物質(zhì)的遷移和分布、生物轉(zhuǎn)化、毒理效應(yīng)及健康風險評估等的研究已受到非常多的關(guān)注。環(huán)境流行病學研究揭示人體全氟烷基酸含量與癌癥、哮喘等多種不良健康效應(yīng)之間存在正相關(guān)性[15-17]，毒理學研究表明PFCs具有肝臟毒性、免疫毒性、生殖和發(fā)育毒性、內(nèi)分泌干擾性以及潛在致癌性。因此，許多國際組織和國家對PFCs進行了限制。2009 年P(guān)FOS 及其鹽和全氟辛基磺酰氟(POSF)作為新的持久性有機污染物被列入《斯德哥爾摩公約》；2011 年歐盟發(fā)布的調(diào)查報告顯示PFCs在水產(chǎn)動物源食品中的殘留水平明顯高于陸源食品的，提出要對水產(chǎn)動物源性食品進行PFCs常態(tài)化監(jiān)控；2017 年歐盟法規(guī)(EU)2017/1000 將PFOA 列為限制物質(zhì)，PFOA 及其鹽類含量應(yīng)小于25μg·kg－1，PFOA 相關(guān)物質(zhì)單項或者多項總含量應(yīng)小于1 000μg·kg－1。

建立可靠靈敏的樣品前處理和測定方法是分析方法開發(fā)的首要基礎(chǔ)。目前國內(nèi)外的相關(guān)研究較多，而涉及環(huán)境水體和沉積物中PFCs的分析方法的研究較多，水產(chǎn)品的相對較少。在綜述類文獻方面，關(guān)于環(huán)境樣品中PFCs分析方法的綜述已有報道，但水產(chǎn)品的較少。

食物特別是海鮮類食物是人體PFCs的主要暴露源[18]，但是水產(chǎn)品中PFCs的分析非常具有挑戰(zhàn)性，面臨許多問題:①PFCs種類多，異構(gòu)體多，不同基團的極性相差大；②PFCs在環(huán)境和生物體中的含量低，處于痕量水平，魚類樣品中的PFCs的質(zhì)量分數(shù)低至亞ng·g－1，甚至ng·g－1水平；③試驗器材，如質(zhì)譜檢測儀器管路，廣泛采用PFCs材料，會帶來嚴重的背景污染；④水產(chǎn)品組成相比于水體和沉積物的更為復雜。針對以上問題，根據(jù)所測PFCs的種類和樣品基質(zhì)的類型選擇合適的前處理方法和測定方法是很有必要的。因此，本工作對近年來水產(chǎn)品中PFCs的前處理方法、測定方法和分布特征進行歸納總結(jié)，以期為水產(chǎn)品中PFCs的研究提供參考。

1 前處理方法

1.1 提取

水產(chǎn)品中PFCs的提取方法主要包括有機溶劑-水提取[19-20]、堿性消化提取[21-23]、離子對液液提取(IPE)[24-25]、加壓液體萃取[26]以及超聲萃取[27-28]等。

堿性消化法可以破壞水產(chǎn)品中的脂肪和蛋白質(zhì)，堿性消化法常用的堿為Na OH 或KOH，介質(zhì)為甲醇或水。一般情況下，堿-甲醇溶液的消解效果好于堿-水溶液的。此種方法的消化過程與酶解法的類似，存在消化時間長(10～16 h)，操作步驟繁瑣等問題。

離子對提取的原理和一般操作步驟為:在堿性條件下(pH 10)，樣品中的PFCs與四丁基硫酸氫銨(TBA)結(jié)合成中性分子，再用叔甲基丁基醚(MTBE)進行提取。生物基質(zhì)中應(yīng)用離子對萃取一般需要先將樣品進行堿消化。其優(yōu)點是操作簡便，缺點是共提取物多，基質(zhì)干擾大，特別是在處理含脂肪多的樣品基質(zhì)時會出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，影響定量的準確性。

有機溶劑-水提取法中有機溶劑一般采用乙腈、甲醇以及其酸化液、四氫呋喃等，此方法具有凈化效果好，操作時間短，基質(zhì)干擾小，操作簡便等特點，更適合水產(chǎn)品中PFCs的提取。

1.2 凈化

凈化方法主要包括:離子液液提取后，用硫酸洗滌和二氧化硅柱層析或者直接采用二氧化硅柱清洗[29-30]。有機溶劑-水提取法的提取液可采用分散石墨化碳(Envi-carb)和/或弱陰離子交換(WAX)固相萃取、混合模式(C8＋氨基丙基)固相萃取(SPE)[27，31-32]、QuECh ERS 或分散固相萃取(d-SPE)[33-35]、反向液液萃取[36]、凝膠滲透色譜[37]、低溫冷凍去脂[19，38]等方法凈化。

目前，固相萃取和基質(zhì)分散固相萃取是水產(chǎn)品中PFCs分析最常用的凈化方法，而常用的固相萃取柱主要為HLB，WAX 和Envi-carb固相萃取柱。其中，WAX 固相萃取柱基于離子交換作用機制，對強酸性化合物(lg pKa＜5)有較強的保留作用而應(yīng)用最多，采用WAX 凈化提取液時，短鏈PFCs(C4－C6)的回收率高于長鏈PFCs(nC＞7)的；當采用Envi-carb柱凈化時則得到相反的結(jié)果；這是由于長鏈PFCs比短鏈PFCs具有更強的疏水性和更弱的酸性，致使其在WAX 柱中保留較弱[19]，而Envi-carb柱則正好相反。Qu ECh ERS法或分散固相萃取法具有樣品量低、提取率和檢測效率高的優(yōu)點，其常用的吸附劑有C18、石墨化碳黑(GCB)等。

低溫冷凍去脂相較之其他幾種方法更簡便，水產(chǎn)品有機提取液中90%(體積分數(shù))以上的脂肪可以在低于－20 ℃的溫度下被分離和去除。GAO等[20]考察了在－30 ℃下冷凍0.5，2，6 h時對水產(chǎn)品提取液的去脂效果，發(fā)現(xiàn)在－30 ℃下冷凍2 h的去脂效果較好。

近年來，隨著社會環(huán)保意識的不斷提高，研究者開始關(guān)注綠色的化學分析方法，如聚焦超聲固液提取(FUSLE)和湍流色譜(TFC)[39-40]。

在對水產(chǎn)品進行前處理時，還要特別注意背景污染的控制。在樣品采集、儲存和分析過程中應(yīng)避免接觸含PFCs的器材。分析中使用的容器需要先用水和甲醇清洗。由于長鏈PFCs會不可逆的吸附到玻璃表面，分析此類化合物時，最好使用聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)材質(zhì)的容器。

2 測定方法

目前，水產(chǎn)品中PFCs的含量的測定方法主要包括液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)和氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)。

2.1 液相色譜-質(zhì)譜法

LC-MS是最為廣泛的測定PFCs含量的方法，其優(yōu)點是選擇性和靈敏度高、檢出限低、測定范圍寬，可根據(jù)目標物的性質(zhì)選擇離子源，缺點是選擇性差、樣品基質(zhì)效應(yīng)影響大、不適合FTOHs等揮發(fā)性PFCs的測定。

在用LC-MS 測定PFCs時，色譜分析多選用C18色譜柱為固定相進行分離，以固定或變化比例的極性溶劑(甲醇、乙腈或者兩者的混合物)-水體系為流動相進行梯度洗脫(可適當加入乙酸銨或甲酸銨以改善峰形和提高靈敏度)；在質(zhì)譜分析中，多采用電噴霧離子源正離子模式(ESI＋)和多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式。LC-MS的檢出限一般為1～10 ng·kg－1。在測定過程中，通常加入同位素內(nèi)標以增加結(jié)果的準確性。

LC-MS的選擇性較差，容易出現(xiàn)假陽性和假陰性結(jié)果，可通過采用高分辨質(zhì)譜(HRMS)來解決這一問題。軌道阱-質(zhì)譜法(Orbitrap-MS)具有分辨率高、掃描速度快、選擇性高和低至1 mg·L－1的準確度等優(yōu)點，適用于分析復雜基質(zhì)中多種痕量化合物，是目前應(yīng)用較多的方法。郭萌萌等[41]采用通過式固相萃取技術(shù)去除樣品基質(zhì)中脂肪和磷脂等雜質(zhì)干擾，利用液相色譜-四極桿/靜電場軌道阱-高分辨質(zhì)譜(LC-Q/Exactuve Orbutrap-HRMS)的同時定性定量功能，建立了魚肉中18種PFCs及其21種前體物質(zhì)的同時分析方法。通過在液相色譜系統(tǒng)混合器和進樣器之間串聯(lián)一根延遲色譜柱來去除液相色譜系統(tǒng)的背景干擾，采用含5 mmol·L－1乙酸銨的5%(體積分數(shù))甲醇溶液和95%(體積分數(shù))甲醇溶液為流動相梯度洗脫以確?；衔镫x子化過程穩(wěn)定。39種目標物的精確質(zhì)量數(shù)偏差小于3×10－6，檢出限為0.02～0.50 ng·g－1，基質(zhì)加標回收率為61.7%～122%。ZACS等[42]采用液相色譜的C18色譜柱和Orbitrap-MS負離子加熱電離源模式測定了水產(chǎn)品中的PFOAs 和PFOS，兩者的回收率為107%～108%。

在對PFCs的同分異構(gòu)體進行定性和結(jié)構(gòu)解析時，應(yīng)選用HRMS，如離子阱質(zhì)譜。

2.2 GC-MS

GC-MS是分析傳統(tǒng)持久性有機污染物的經(jīng)典方法，適用于分子量低、揮發(fā)性強的物質(zhì)的分析。分析中性化合物時，該方法具有較高的靈敏度和較好的線性范圍。對于揮發(fā)性的PFCs(如PFOSAs和FTOHs等)，GC-MS 中質(zhì)譜通常采用正化學電離(PCI)或大氣化學電離(APCI)離子源。對于沸點高、飽和蒸氣壓低、較難揮發(fā)的PFCAs和PFSAs，需先將其衍生化生成酯類化合物才能采用GC-MS進行測定。常用衍生化方法包括烷基化、酰胺化或硅烷化等；常用衍生劑包括重氮甲烷，甲基碘-乙腈、三氟化硼-甲醇、氯甲酸丙酯-吡啶和丙醇等。由于衍生化步驟繁瑣、額外干擾較多，且衍生化試劑一般具有毒性、腐蝕性、易燃易爆等特點，GC-MS多用于水質(zhì)和沉積物的分析，而在非揮發(fā)性PFCs和水產(chǎn)品中的應(yīng)用較少。SZOSTEK 等[43]采用GC-MS(質(zhì)譜采用電子轟擊(EI)離子源)測定了大鼠血漿、肝臟、腎臟和脂肪組織中的8∶2 FTOHs。TITTLEMIER 等[29]采用GC-MS(質(zhì)譜采用PCI離子源)測定了快餐、魚類及北極海洋哺乳動物肝臟樣品中3種疏水性全氟辛烷磺酰胺類化合物、全氟磺酰胺、N-乙基全氟磺酰胺、N，N-二乙基全氟磺酰胺的回收率分別為83%±6%，84%±9%和89%±19%，檢出限分別為100，120，250 pg·g－1。

表1列出了近年來有關(guān)水產(chǎn)品中PFCs的前處理和測定方法。

表1 分析不同水產(chǎn)品中PFCs所用的前處理和測定方法Tab.1 Pretreatment and determination methods for analyzing PFCs in different aquatic products

表1 (續(xù))

3 生物基質(zhì)中PFCs的分布特征

3.1 新鮮的海產(chǎn)品

PFCs在全球環(huán)境中廣泛分布，由于其易溶于水的理化性質(zhì)，在水生環(huán)境中分布最為廣泛，最近的調(diào)查研究顯示世界各地包括北極和南極地區(qū)的魚類、貝類和海洋哺乳動物中均有PFCs的蹤跡[52-54]。飲食是人體PFAS 暴露的重要攝入途徑[55]。2008年歐洲食品安全局(EFSA)制定的PFOS 和PFOA 的每日耐受量分別為150，1 500 ng·kg－1d－1。水生生物研究比較多的種類為魚類和貝類。包括波蘭、德國、挪威、瑞典、英國、中國和加拿大在內(nèi)的許多國家研究表明，魚類是PFASs暴露的重要來源[56-57]。有研究顯示人血清中PFASs的含量與魚類和貝類的消費之間具有一定的潛在相關(guān)性[58-60]。

魚類不同組織中PFASs的分布特征為肝臟組織含量遠大于肌肉組織。PAN 等[61]研究發(fā)現(xiàn)珠三角淡水魚肝臟組織PFASs含量遠遠高于肌肉組織的含量，類似的結(jié)果在虹鱒、草魚、鯉魚、黑魚及羅非魚中也有發(fā)現(xiàn)[62-64]。

胡哲[65]分析比較了武漢湯遜湖中草食性的草魚和濾食性的白鰱以及其不同組織中17種PFASs(C4－C18等13種PFCAs，3種PFSAs和全氟辛基磺酞胺(FOSA))的分布富集情況，發(fā)現(xiàn)PFASs的污染水平與魚的食性有關(guān)，在草魚中PFASs的測定值為51.82～2 070.02(μg·L－1，ng·g－1)，白鰱中的為36.23～1 268.79(μg·L－1，ng·g－1)，白鰱膽汁中總PFASs濃度水平高于草魚的，但肝臟、腎臟、血液和肌肉組織中均為低于草魚的，2種魚中肌肉的PFASs污染水平最低，腎臟和肝臟的污染水平相當。PFOS/FOSA 值存在著食性差異和組織差異，草魚各個組織的PFOS或FOSA含量均大于白鰱對應(yīng)組織的；對于各個組織中PFOS和FOSA 含量按照從大到小依次為膽汁、肝臟、肌肉、腎臟、血液。試驗發(fā)現(xiàn)，魚肉對PFASs的富集作用隨著PFCAs碳鏈長度的增加而增加。

GUO 等[33]研究了中國渤海沿岸海洋貝類23種PFASs的分布特征。從渤海周圍的重要水產(chǎn)養(yǎng)殖點共5種230份海洋貝類樣品。23種物質(zhì)的檢出率由大到小為全氟辛酸PFOA、全氟壬酸、全氟癸酸、PFOS。PFOA 不僅在貝類樣品中檢出率最高(98.3%)，且其含量為總PFASs 總含量的87.2%，表明PFOA 是貝類產(chǎn)品安全性的主要威脅。不同貝類品種中總PFASs含量的分布由大到小依次為蛤、貽貝、扇貝、海螺、牡蠣。

國佼等[66]分析了黃海青島和大連海域的45個雙殼貝類樣品中13種PFCAs及9種前體物質(zhì)的污染情況。結(jié)果表明PFOA 檢出率(90%)和質(zhì)量分數(shù)均最高(5.34 ng·g－1)。多種前體物質(zhì)均有檢出，其中7∶3 FTCA 的質(zhì)量分數(shù)最高(2.33 ng·g－1)。13種PFCAs及9種前體物質(zhì)在貝類組織中的含量按從大到小依次為肝臟、性腺、鰓、外套膜、肌肉。

3.2 加工過的海產(chǎn)品

文獻[67-69]對水產(chǎn)加工品中的PFCs的含量和分布規(guī)律進行了研究[67-69]，研究表明由于PFCs的蒸氣壓低，氣相分配能力小，其在烹飪過程中不會從樣品中消除，且PFCs易于和血清蛋白結(jié)合并對脂蛋白具有親和力，更加強了其在加工后在樣品中的保留能力。

文獻[70-71]顯示加工后的海鮮中PFCs的含量高于未加工過的。VASSILIADOU 等[72]對新鮮或加工過的愛琴海和地中海最常見的鳳尾魚、鱈魚、棒鱸、沙丁魚等7種有鰭魚和地中海貽貝、蝦和魷魚3種甲殼類海鮮進行了PFCs水平調(diào)查，加工方式包括油炸、燒烤等。結(jié)果顯示，除沙丁魚、貽貝和魷魚外，其他海產(chǎn)品中的PFCs含量均高于檢出限。PFOS是最主要的PFCs，其最高檢出質(zhì)量分數(shù)為20.4 ng·g－1。油炸或燒烤過的樣品中PFCs含量普遍升高。

JEONG 等[73]研究了魚加工品、干海產(chǎn)品、罐裝海鮮、腌漬海鮮、調(diào)味紫菜等5大類水產(chǎn)加工品共計302個樣品中19種PFCs的含量。結(jié)果顯示，干海產(chǎn)品、罐裝和鹽漬海鮮、加工魚食和調(diào)味紫菜中中最高含量的PFCs分別為PFOA、PFTr DA、PFOS和全氟戊酸(PFPe A)。該文獻還根據(jù)命名法，生物分類法和海鮮來源棲息地3種標準分類方法對PFOA和PFOS的水平進行了比較。

3.3 食物鏈

水生生物還會通過捕食作用和被動擴散吸收PFCs并隨食物鏈或食物網(wǎng)中的傳遞通過生物富集形成營養(yǎng)級放大現(xiàn)象。

MUNOZ等[74]對溫帶大潮差海灣-紀龍德灣中采集到的18 種共147 個生物樣品中的19 種PFASs進行了檢測，檢測結(jié)果顯示PFASs的質(zhì)量分數(shù)為0.66～45 ng·g－1。其中，PFOS、PFOSAs以及氟化碳原子數(shù)8 到14 的PFCAs的檢出率最高。底棲生物中PFASs的濃度相對較高，并表現(xiàn)出獨特的PFASs組成結(jié)構(gòu)。

韓同竹等[75]對膠州灣海洋生物樣品包括浮游植物(硅藻和甲藻)、貝類(菲律賓簾蛤、貽蟶)、烏賊、凡納濱對蝦、草食性魚類、雜食性魚類和肉食性魚類(鱸魚、小黃魚和黃鮟鱇)中的14種PFCs含量進行了測定，結(jié)果分析顯示PFOS是膠州灣水生生物中最主要的PFASs，質(zhì)量分數(shù)為0.87～16.15 ng·g－1，占PFASs總含量的23.26%～68.39%。PFOS和PFASs總含量的比值按從大到小依次為魚類、軟體動物、蝦、底棲生物、浮游植物，具有隨營養(yǎng)級逐漸放大的趨勢。氟化碳原子數(shù)8～11的PFCAs，其生物富集潛力隨其碳鏈的增長而增加，而氟化碳原子為12的PFCAs由于分子較大的原因，其生物富集作用受到限制。

FAIR 等[9]研究了從南卡羅來納州查爾斯頓采集的6種魚的全魚和肌肉11種PFASs的含量。全魚的總PFASs含量高于肌肉2～3倍。6種魚中檢出率最高的化合物是PFOS，占總PFASs總含量的25.5%～69.6%。不同種類魚中PFASs的濃度水平有差異。

WU 等[67]采用UPLC-MS/MS 測定了從中國6個沿海省份(遼寧、山東、江蘇、浙江、福建和廣東)采集的47 個脂肪魚和45 個貝類樣品中的13 種PFCs。結(jié)果顯示PFOS是脂肪魚中的主要PFCs，占總PFCs總含量的38%，而PFOA 是貝類中的主要PFCs。

目前大多數(shù)關(guān)于PFCs分布特征的報道均基于其含量及分布評估膳食暴露的風險評估，以歐盟的規(guī)定限量為標準，得出的結(jié)論很一致，即PFCs均低于允許攝入量，膳食暴露風險低。

4 結(jié)論和展望

針對目前測定水產(chǎn)品中的PFCs的前處理和測定方法面臨的困難和挑戰(zhàn)，對未來的工作進行了展望:①應(yīng)開發(fā)前處理簡便環(huán)保、儀器分析靈敏可靠、測試種類多且覆蓋范圍廣的方法；②PFCs同分異構(gòu)體不僅包括常見的PFSAs(C4，C6，C8)和PFCAs(C6－C13)的支鏈和對映異構(gòu)體，還包括一些新鑒定的因碳鏈長度改變、不同官能團的添加和電化學氟化和調(diào)聚制造工藝的影響而產(chǎn)生的一系列PFASs異構(gòu)體，如不飽和PFESAs和氫取代PFSAs的異構(gòu)體[76]，全新的PFCs的分離和鑒定是未來研究工作研究的熱點；③在質(zhì)量平衡分析中，二氧化硅建模和HRMS數(shù)據(jù)挖掘等方法已經(jīng)應(yīng)用于追蹤未識別的有機氟組分和識別新的PFASs污染物，但由于多級質(zhì)譜(MSn)的信息不足，許多新型PFAS化合物的特定化學結(jié)構(gòu)尚未完全確定，因此，HRMS數(shù)據(jù)挖掘和化學識別技術(shù)研究、新型氟化結(jié)構(gòu)碎裂模式的研究、MS數(shù)據(jù)庫中氟化學品數(shù)據(jù)的擴展等也是未來工作的方向；④鑒于長鏈全氟化合物(nC＞7)的毒性和危害性，短鏈(nC＝4－7)和超短鏈(nC＝2－3)全氟化合物開始作為代替品使用，但短鏈PFASs在水中的高溶解度，對土壤和沉積物的低/中等吸附以及對生物和化學降解的抗性導致其廣泛存在在各種水生環(huán)境中，因此對于短鏈物質(zhì)的檢測分析、毒性作用、環(huán)境遷移和分布以及危害評估也是今后研究的目標。