食品中全氟化合物檢測前處理技術研究進展

王飛，李曉明，李建勇

（濟南出入境檢驗檢疫局，山東濟南250014）

食品中全氟化合物檢測前處理技術研究進展

王飛，李曉明，李建勇

（濟南出入境檢驗檢疫局，山東濟南250014）

全氟化合物（PFCs）是一類在生活生產中應用廣泛的含氟烴類化合物，因為其潛在的環境污染持久性、生物毒性和累積性，受到了越來越多的關注。由于其分布廣泛，目前已經危害到了人類的食品安全方面。本文論述不同食品基質中PFCs的前處理方法，目前主要利用液液萃取和液固萃取的前處理方法，同時利用固相萃取消除復雜基質對PFCs檢測準確性的影響。由于PFCs在食品基質中處于痕量水平，所以進一步提高前處理技術的簡便性和準確性尤為重要。

全氟化合物；前處理技術；食品分析

全氟化合物（Perfluorinated compounds，PFCs）及其相關化學品是一類具有熱穩定性和化學惰性的化合物，主要包括：全氟酸、全氟磺酸以及全氟磺酸鹽等等。由于C-F鍵特殊的結構和性能，被廣泛用于紡織、皮革、涂料、農藥等工業生產中[1-4]。近年來，隨著研究越來越深入，人們發現PFCs在環境中以及生物體中的最終轉化產物為全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）。由于氟具有最大的電負性，使得碳-氟鍵具有強極性，這使得PFCs能夠經受強的紫外光照、加熱、化學作用以及微生物和高等動物的代謝作用而很難被降解。許多研究報道已發現PFCs廣泛存在于大氣、水體[5]和生物體的血液（血漿、血清等）[6]。因而從2001年起，世界各國就紛紛對其應用進行預警評估以及不同程度的限制和規定。2006年10月25日，歐盟通過決議限制在成品和半成品中PFOS以及相關氟化學品的使用及銷售，此外，美國、加拿大等國家和地區也已經頒布了相關的法規禁止該物質在某些領域的使用。由于PFCs對環境生態和人類健康安全有著巨大的危害，進入生物體后會對其造成激素分泌、免疫以及胎兒生長發育等不同方面的毒理作用，所以對PFCs檢測技術的開發受到越來越多的重視。但是由于PFCs的分布廣泛，含有PFCs的基質過于復雜，目前各國都沒有制定出相應的檢測標準。

隨著PFCs在食品包裝材料以及不粘鍋等接觸食品的材料中廣泛使用，PFCs已嚴重危害到人類的食品安全。在對食品樣品中的PFCs的檢測技術中，樣品的前處理是檢測分析技術的關鍵性第一步，只有在樣品前處理過程中高效準確的提取出待測目標物，才能為下一步定性定量分析提供堅實可靠的基礎。由于全氟類化合物在各種基質中的濃度都處于痕量，所以對前處理的提取技術要求很高。目前全氟類化合物的提取主要采用液液萃取（liquid-liquid extraction，LLE）、液固萃取（liquid-solidexraction，LSE）、固相萃取（solid phase extraction，SPE）和衍生反應等。這些方法在不同的基質中對PFCs的提取各有各的優缺點，所以針對不同的基質要選用相應的處理方法。下面就從這幾個方面介紹一下食品中PFCs檢測的前處理技術。

1 液液萃取（Liquid-Liquid Extraction，LLE）

液液萃取是利用系統中的組分在兩種互不相溶的溶劑中不同的溶解度來達到分離效果的操作。這種操作需要反復萃取，分離和純化，耗時耗力耗溶劑；但優點是操作簡單，對試驗條件的要求比較低。

Hansen等利用甲基叔丁基醚（MTBE）對動物源性食品中的PFCs進行離子對液液萃取[7]。首先將血清樣品和肝臟樣品進行勻漿，然后加入四甲基硫酸銨溶液（TBA），在堿性環境下利用MTBE進行萃取，萃取液經過高效液相色譜-串聯質譜（HPLC-MS/MS）檢測分析，PFCs的加標回收率在56%～100%。王杰明等進行了液液萃取法提取奶粉和酸奶中的PFCs的研究[8]。研究結果表明，0.5 mmol/L～12.5 mmol/L氯化鈉溶液對萃取效果影響都不大，且在中性和微酸性條件下回收率最好。通過優化比較，選用等體積的甲醇和含0.01 mmol/L鹽酸的甲醇溶液對奶粉中的PFCs進行萃取，對于酸奶則使用甲醇直接萃取。萃取液使用HPLC-MS/MS進行檢測分析。對奶粉和酸奶中11種PFCs的加標回收率為分別81%～111%和80%～118%，方法檢出限為2 ng/L～29 ng/L。該課題組進一步考察了液液萃取法對動物內臟和肌肉組織中的全氟化合物的萃取效果[9]。研究比較了離子對試劑法、堿消解法、酸消解法和甲醇直接提取法這幾種液液萃取方法的優劣點。通過比較和優化，對動物內臟采取了離子對液液萃取法；對動物肌肉組織則采取了堿消解法。最后分析檢測了市場上購得的豬肝、豬肉等多種實際樣品，試驗結果表明，8種PFCs的實際樣品加標回收率都在80%～120%之間，方法檢出限為0.002 ng/g～0.032 ng/g。趙成哲等應用離子對試劑四丁基硫酸氫銨（TBAHS）對7種全氟羧酸化合物進行離子對萃取，以及氣相色譜進樣口衍生，利用氣相色譜-質譜聯用（GC-MS/MS）進行測定[10]。上述使用離子對試劑對PFCs進行液液萃取雖然有比較好的提取效率，但是存在操作時間長和耗費溶劑的缺點，而且在處理含脂肪多的樣品基質時，會出現乳化的情況，導致凈化效率降低。

2 液固萃取（Liquid-Solid Extraction，LSE）

液固萃取法又稱浸取法，是利用適當的方法將目標萃取物從固體的生物樣品基質中分離出來的操作手段。一般所采用的溶劑有甲醇、乙腈等溶劑，同時萃取時一般會使用超聲等輔助手段。Ballesteros等利用四氫呋喃（THF）-水的混合液作為萃取劑，對動物源性食品中PFCs進行萃取研究[11]。經過試驗優化，確定四氫呋喃-水的體積比為75∶25時，對樣品中的PFCs的萃取效果最好，經過HPLC-MS/MS檢測分析的回收率為88%～110%，定量限為 2.5 pg/g～60 pg/g。王雨昕等研究了水或者甲醇對固體動物基質樣品中PFOA和PFOS的萃取效果[12]。相應動物基質中的PFCs用水或者甲醇超聲提取，使用超高效液相-串聯質譜（UPLC-MS/MS）內標法進行定量分析。結果表明這兩種PFCs在不同的動物基質中的加標回收率為94.6%～128.4%，相對標準偏差為 2.5%～14.9%，檢出限為 0.01 ng/g～0.42 ng/g，定量限為0.04 ng/g～1.5 ng/g。劉莉治等在肉類組織中的常見11種PFCs利用乙腈均質、提取后，用玻璃纖維真空抽濾，再用乙腈飽和的正己烷除脂凈化，使用UPLCMS/MS定量分析[13]。試驗結果顯示，11種PFCs的加標回收率在70.9%～107.1%之間，定量限為0.047 ng/g～0.199 ng/g。郭萌萌等使用酸化乙腈來提取水產品中23種PFCs，并用C18填料和石墨化碳黑（GCB）分散固相萃取凈化，超快速液相色譜-串聯質譜（UFLC-MS/MS）分析。試驗結果表明，此方法的檢出限為0.002 ng/g～0.02 ng/g，基質加標回收在75.6%～118.2%之間[14]。

目前也有研究報道使用加壓液固萃取來提取水產品中的PFCs[15]。加壓液固萃取（Pressurized Liquid Extraction，PLE）是采用常規溶劑，在較高溫度和壓力下對固體或者半固體樣品中的目標物進行萃取的一種樣品前處理技術。作者在研究中使用了PLE、離子對液液萃取以及堿消解3種不同的提取方式對水產品中8種常見的PFCs進行了提取分析，結果表明PLE相比較其他兩種提取方法的加標回收率要高，回收率都在85%以上。

3 固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）

固相萃取是近年來發展起來的一種樣品前處理技術，主要用于樣品中目標物的分離、富集和純化，與液相萃取相比較可以提高被分析物的回收率，更有效地將目標物和樣品基質分離，操作簡單，省時省力，被廣泛的應用于醫藥、食品、環境和化工領域。固相萃取主要是通過樣品中目標物與吸附劑之間的疏水作用、離子交換作用和物理吸附等相互作用力達到分離的效果。一般固相萃取的操作步驟為活化、上樣、淋洗和洗脫。一般常用的固相萃取填料有活性炭、二氧化硅、石墨、C18和樹脂等。洗脫劑常用甲醇，丙酮和二氯甲烷等。由于PFCs的特殊結構，在使用SPE技術對其萃取時應使用復合離子交換吸附劑。

固相萃取在處理液體樣品中的PFCs時，可以將液體樣品直接上樣。張倩等使用SPE-HPLC/MS聯用法測定了地表水中PFOA和PFOS的含量[16]。試驗比較了HLB固相萃取小柱、C18固相萃取小柱以及自制的活性炭柱對水中PFCs的萃取效果，洗脫液使用的是甲醇。結果表明HLB和C18柱的回收效率相對較高，達到83%以上，由于PFCs的極性比較大，所以自制活性炭柱的加標回收率結果不理想。研究中建立的方法，PFOA和PFOS的檢出限都為0.5 ng/L。馮沙等使用分散固相萃取和HPLC-MS/MS測定了白酒中的全氟化合物[17]。研究使用分散固相萃取對白酒中PFCs進行富集凈化，考察了C18、石墨化炭黑（PestiCarb）和N-丙基乙二胺（N-propylethylenediamine，PSA）3種吸附劑對PFCs的回收效果，并優化吸附時間、洗脫液及濃度等樣品前處理條件。經過優化，確定使用PSA吸附劑、50 mmol/L三乙胺-甲醇洗脫液和吸附時間5 min的最優前處理條件。試驗結果表明方法的檢出限為0.03 ng/mL～0.15ng/mL，定量限為 0.10ng/mL～0.45ng/mL，加標回收率為83.8%～119%。

在處理一些復雜基質生物樣品的時候，固相萃取技術通常與其他的樣品前處理技術一起使用，SPE多被用于提取液的凈化和富集。Yang等利用混合無機酸消解-固相萃取聯用的技術對貝類殼體中的3種全氟化合物進行了富集提取[18]。貝殼粉經過硝酸/鹽酸混合酸消解，用NaOH調節消解液pH＝6后，用Oasis Wax固相萃取柱富集凈化，0.1%醋酸銨的甲醇溶液進行洗脫，洗脫液用HPLC-MS/MS分析。結果表明樣品中的加標回收率達到94.88%～96.24%。Pan等使用堿消解魚和貝類樣品后，使用WAX作為固相萃取柱，使用甲醇和氨-甲醇溶液進行洗脫，HPLC-MS/MS分析洗脫液中的全氟化合物。試驗結果表明，在實際樣品中的加標回收率為97.6%～120.8%，取得了較為滿意的結果[19]。林欽建立了動物源性食品中PFOA和PFOS的聚酰胺固相萃取法[20]。樣品采用酸化乙腈提取，在酸性條件下使用聚酰胺固相萃取小柱對PFCs進行富集、凈化，5%氨水-甲醇溶液洗脫后，使用HPLC-MS/MS檢測。結果表明方法的檢測線均為0.2 ng/g，對豬肉、雞肉、牡蠣、魚罐頭、豬肉罐頭和奶粉6種樣品基質進行加標回收試驗，所得回收率在93.3%～102.8%之間，精密度在0.8%～6.2%之間。李靜等研究了分散固相萃取凈化結合HPLC-MS/MS測定雞蛋中16種PFCs的方法[21]。樣品經乙腈40℃下超聲萃取、氮吹濃縮和石墨化炭黑分散萃取凈化后，離心取上清液使用HPLCMS/MS檢測。數據表明這16種PFCs在雞蛋介質中的檢出限為0.001 ng/g～0.093 ng/g，定量下限為0.003 ng/g～0.310 ng/g，實際樣品加標回收率為79%～125%。

固相微萃取技術（solid-phase microextraction，SPME）作為一種非溶劑型選擇性萃取法，是20世紀90年代興起的一種樣品前處理和目標物富集技術。這種技術利用吸附-解吸附的工作原理，先由萃取頭吸附目標物，然后解吸附利用分析儀器對目標化合物進行分析。相比較于LLE和SPE，SPME能夠更簡單地對目標化合物進行富集，避免的大量溶劑的使用。固相微萃取與常壓離子化質譜（AMS）是目前比較高效的對富集目標化合物進行定量和定性分析的方法[22]。姚瑤等利用聚丙烯的中空纖維膜（HF）做為SPME的材料，與AMS聯用，分析了水中7種PFCs[23]。研究使用HF膜直接萃取水中的PFCs，將解析溶劑甲醇直接滴加在施有高壓的HF膜上，PFCs同時解吸和離子化，進入質譜進行檢測。實驗對萃取時間和萃取溶液的pH值進行了優化，最終確定最優方法：萃取時間為30 min，萃取溶液的pH＝4。在此條件下，該方法對水中7種PFCs的檢出限為0.8 ng/L～2.7 ng/L，定量限為2.7 ng/L～8.9 ng/L，對實際樣品的加標回收率在75.0%～116.7%。

4 衍生化技術

在利用色譜技術分析目標化合物的過程中，有些化合物不能或者難以直接分離進行檢測，需要通過引入特殊官能團生成衍生物，這種衍生物比較有利于色譜檢測。這種技術稱為衍生化技術。利用衍生化技術改善了原有目標化合物的色譜特性，提高了分析的靈敏度和準確度。由于PFCs結構中含有羧酸基團，可以利用衍生化的方法來對PFCs進行衍生后進行色譜分析。蔣海寧等通過對不粘鍋表面的PFOA的有效提取和甲酯化衍生，建立了一種氣相色譜分離、質譜檢測PFOA的方法[24]。方法選用的萃取方法為索氏提取。課題組比較了酰氯和二氯亞砜兩種衍生劑，研究發現使用二氯亞砜做衍生劑時，衍生時會發生嚴重的干擾全氟辛烷甲酯的不可知物質，最終課題組選用乙酰氯為衍生劑。檢測數據表明實際樣品中加標回收率為86%～110%。程小艷等利用柱前紫外衍生-高效液相色譜測定方法對水中的PFOA進行了測定[25]。樣品中的PFOA通過與四丁基氫氧化銨形成的離子締合物被MTBE萃取后，與ω-溴苯乙酮在乙腈中衍生成具有紫外吸收的物質，高效液相色譜-紫外可見光檢測。試驗證明，方法的檢出限為7.0 ng/mL，相對標準偏差＜10%，實際樣品的加標回收率在85.3%～116%之間。賈立明等建立了一種柱前衍生，GC-MS檢測水中PFCs的方法[26]。此方法在室溫25℃下進行，反應試劑用量為氯甲酸異丁酯 10 μL、異丙醇 10 μL 和吡啶 5 μL。結果表明，此衍生法在實際樣品中的檢出限為 1.3 μg/L～6.2 μg/L，實際加標回收率為74%～127%。

5 展望

全氟化合物作為一類在工業和民用上都廣泛被應用的化合物，由于其對環境的污染、生物體的毒性以及富集性和難以降解的特性，受到人們愈來愈多的關注。雖然各國制定法規政策來減少PFCs的使用，但是短時間內尚無法對其進行有效的治理。食品作為人類最基本的生存資料，受到PFCs的污染的風險也越來越大。而由于食品基質的復雜性，針對膳食中PFCs的檢測研究進展比較緩慢。開發不同食品基質中PFCs的前處理技術是能夠準確檢測食品中PFCs含量的基礎，而建立復雜食品基質中的前處理以及檢測方法是今后研究的一大熱點。本文從液液萃取、液固萃取、固相萃取以及衍生化技術等幾方面論述了近年來食品中PFCs的前處理檢測技術的發展。目前液液萃取、液固萃取由于其良好的提取效果以及操作的相對簡單性，被廣泛應用于各種食品基質的前處理，同時為了避免復雜樣品基質對檢測結果的影響，固相萃取被用于降低基質效應來提高檢測結果的準確度。而利用衍生化技術雖然能夠提高PFCs的檢測靈敏度，但是衍生化反應會帶如其他的干擾物且操作步驟繁瑣，所以對復雜食品基質中的PFCs前處理一般不用衍生化反應這種前處理方法。通過這些有效可靠的檢測方法，準確地把握食品中PFCs的污染程度，為評估PFCs對人體健康的風險研究提供有力的數據支持。

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Progress on Pretreatment Technology of Perfluorinated Compounds in Food

WANG Fei，LI Xiao-ming，LI Jian-yong
（Jinan Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Jinan 250014，Shandong，China）

Perfluorinated compounds （PFCs）are fluorinated aliphatic compounds that are widely used in in－dustry and life.PFCs are getting more and more attention because their potential persistence，bioaccumulation and toxicity.Due to their wide distribution，PFCs has been harmful to human food safety.This paper mainly introduces the latest development of the sample pretreatment methods for PFCs in different foodstuffs.The main pretreatment methods are liquid-liquid extraction and liquid-solid extraction，and solid phase extraction is used to reduce the influence of complex foodstuffs mechanism on the accuracy of the determination of PFCs.Since the concentration of PFCs in foodstuffs is in trace levels，improving the simplicity and accuracy of PFCs pretreatment in foodstuffs are very important.

perfluorinated compounds；pretreatment technology；foodstuffs analysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.047

山東出入境檢驗檢疫局科技項目（SK201418）

王飛（1981—），男（漢），工程師，博士研究生，研究方向：農藥及獸藥殘留檢測。

2016-04-14