改良TOP分析法揭示加纳不同土地利用类型中PFAS污染的严重低估现状

《Journal of Hazardous Materials Letters》：Substantially Underestimated PFAS Pollution in Diverse Ghana’s Land-Use Types Revealed by a Refined TOP Assay

本研究针对发展中国家PFAS污染源认知不足的问题，通过改良直接总氧化前体（dTOP）分析法，系统评估了加纳不同土地利用类型沉积物中的PFAS污染。研究发现传统靶向分析仅检测到总PFAS的不足1%，而改良dTOP法使PFAS浓度提升239-65,400%，证实采矿和农业活动是比电子废物更主要的本地PFAS来源。该研究为发展中国家PFAS风险评估提供了新方法学支撑。

　　

在全球化浪潮中，发展中国家正面临着一系列新兴污染物的挑战。全氟和多氟烷基物质（PFAS）作为一类具有持久性、生物累积性和毒性的"永久化学品"，其环境行为与健康风险日益受到关注。然而，现有研究多聚焦于发达国家，对发展中国家PFAS污染特征的认识存在显著空白。特别是在加纳这样的西非国家，快速工业化、采矿活动、农业集约化以及电子废物处理等多元土地利用方式，可能成为PFAS的重要排放源，但相关研究却严重缺乏。

传统环境监测主要依赖靶向分析技术，仅能检测有限种类的PFAS（约40种），而目前已知的PFAS类似物超过1400种。这种"冰山一角"的监测方式，可能导致对实际环境暴露水平的严重低估。特别是在监管政策相对宽松的发展中国家，非靶向PFAS前体化合物的转化与归趋更值得关注。为此，挪威科技大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials Letters》上发表了一项创新性研究，通过方法学改良与实地调查相结合的方式，深入揭示了加纳不同土地利用类型中PFAS污染的真实状况。

研究团队采用了两大关键技术手段：一是优化了直接总氧化前体（dTOP）分析方法，通过将氧化剂和碱的用量提升至标准用量的8倍，实现了对沉积物中PFAS前体化合物的近完全氧化；二是对加纳南部49个沉积物样本进行了系统采样，覆盖采矿、农业、市政与电子废物区等不同土地利用类型，并以凯塔潟湖作为背景参照点。通过对比氧化前后PFAS浓度的变化，研究人员成功量化了传统方法无法检测的"隐藏"PFAS负荷。

方法优化：提升PFAS前体氧化效率

研究人员首先对TOP分析法进行了系统优化。通过比较提取物氧化（eTOP）和直接沉积物氧化（dTOP）两种方式，发现8倍试剂用量的dTOP法可获得最高PFAS产率，比传统eTOP法提高20倍。值得注意的是，两种方法产生的PFAS产物谱存在显著差异：eTOP主要生成短链全氟烷基磺酸（PFSA，C4-C6），而dTOP则以短链全氟羧酸（PFCA，C5-C8）为主。这种差异可能与不同前体化合物在提取溶剂中的溶解性以及氧化过程中的副反应有关。研究团队最终选择8×dTOP作为后续所有样本的分析方法，为确保结果可靠性，还特别评估了同位素内标物在氧化过程中的稳定性，最终选择PFOS-¹³C₈作为定量内标。

不同土地利用类型的PFAS分布特征

在传统靶向分析中，各土地利用区的PFAS浓度相对较低：采矿区、市政与电子废物区、农业区的总全氟烷基酸（∑PFAA）中位浓度分别为1.10、1.27和1.26 ng/g。与背景点相比，虽然统计差异不显著，但∑PFCA在所有土地利用区均显著高于背景水平。特别值得注意的是，采矿区检测到多种氟调聚物磺酸盐（FTSs）和全氟辛烷磺酰胺乙醇（MeFOSE），这些化合物通常与消防泡沫和工业表面活性剂的使用相关；农业区则独特检出了全氟烷基膦酸二酯（diPAPs）和乙基全氟辛烷磺酰胺乙醇（EtFOSE）等农药相关成分。

dTOP氧化揭示"隐藏"的PFAS负荷

应用改良dTOP方法后，结果令人震惊：所有采样点的∑PFAA和∑PFCA浓度分别增加了1,740-2,720%和1,780-2,470%，浓度范围扩大至27.7-112 ng/g。超过99%的检测出的PFAS归因于此前未被靶向分析的前体化合物。经过总有机碳（TOC）归一化后，采矿区的∑PFAA、∑PFCA和∑PFSA浓度显著高于电子废物区，农业区的∑PFAA和∑PFCA中位浓度也达到电子废物区的2.0和2.4倍。这一发现颠覆了传统认知——通常认为电子废物是发展中国家PFAS主要来源，而实际上本地驱动的采矿和农业活动贡献更大。

环境启示与政策意义

本研究通过方法学创新揭示了发展中国家PFAS污染被严重低估的现状。尽管加纳等发展中国家可能受益于全球PFAS管控政策，使得传统靶向分析的PFAS浓度相对较低，但大量前体化合物的存在表明实际环境风险可能被低估。研究结果强调，需要建立包含前体化合物监测的更全面风险评估框架，特别是在土地利用快速变化的发展中地区。

改良dTOP方法的成功应用，为环境监测提供了有力工具，但研究也指出当前方法的局限性：对某些前体化合物的氧化转化效率仍不确定，且超短链PFCA等氧化产物未纳入分析范围。未来研究需进一步阐明PFAS前体的环境转化路径与机制，为精准风险评估提供基础。

这项研究不仅拓宽了对发展中国家PFAS污染特征的认识，也为差异化环境管理策略的制定提供了科学依据。随着各国向可持续土地管理和废物资源化方向转型，识别主要污染源并采取针对性管控措施，将成为减少PFAS环境排放的关键。研究团队建立的方法学框架有望在类似发展中国家推广应用，为全球PFAS管控提供重要技术支撑。