基于QuEChERS净化方法的响应面优化技术，利用高效液相色谱-串联质谱法测定牛奶中的51种全氟烷基磺酸酯（PFASs）

《Journal of Food Composition and Analysis》：Response surface methodology optimization for QuEChERS cleanup-based determination of 51 PFASs in milk by high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry

PFASs检测方法研究：开发并验证了一种基于QuEChERS吸附剂和LC-MS/MS联用的高效分析方法，可同时检测牛奶中51种传统及新兴PFASs，检出限低至0.005μg/kg，方法优化后显著提升多氟化合物检测灵敏度和通量，50份中国牛奶样本检测发现PFOA及新兴PFASs检出率达一定比例，提示需加强PFASs在乳制品中的污染监测与风险评估。

　　本研究开发并验证了一种新的分析方法，用于同时检测牛奶中的51种全氟和多氟烷基物质（PFASs），以应对食品安全方面潜在残留物带来的关注。该方法采用了一种简化且高效的提取和净化流程，提高了分析物的覆盖范围，同时提升了操作效率。通过响应面方法（RSM）对QuEChERS吸附剂配方进行了系统优化，揭示了PFASs在主要次级胺（PSA）上的关键吸附模式。此外，在仪器优化过程中，研究人员阐明了某些PFASs的特定离子加合模式以及源内碎片化行为，并提出了有效的解决方案以解决目标PFASs在系统中的低残留和吸附问题。

方法验证结果显示，所有51种PFASs在其各自的线性范围内均表现出良好的线性关系（r > 0.992），平均回收率在65.3%至105.4%之间，相对标准偏差（RSDs）在1.9%至13.0%之间。检测限（LODs）和定量限（LOQs）分别确定为0.005 μg/kg和0.01 μg/kg，这确认了该方法具有高检测灵敏度、准确性和重复性。将该方法应用于中国主要生产和消费地区的50份牛奶样品，发现某些样品中PFOA的检测频率较高，同时检测到几种新型PFASs的存在。这些发现表明牛奶中PFASs残留可能带来潜在风险，并突显了对PFASs进行更全面和持续监测的必要性。

全氟和多氟烷基物质（PFASs）是一类具有强氟化特性的化合物，其定义源于经济合作与发展组织（OECD）的描述。这类物质至少包含一个完全氟化的甲基（?CF?）或亚甲基（?CF??）碳原子，且该碳原子不携带氢、氯、溴或碘。C-F键具有极高的键能，使PFASs能够抵御强烈的光照、加热、化学反应以及微生物和动物的代谢过程。因此，PFASs能够在环境中长期存在，进行远距离迁移，并沿着食物链累积，成为国际社会关注的新一类持久性有机污染物（POPs）。由于PFASs具有优异的化学和热稳定性，以及表面活性，它们被广泛应用于皮革加工、纺织、造纸、农药和食品包装等行业，导致其持续大规模地释放到环境中。

目前，PFASs已在各种全球性介质中被普遍检测到，包括生态系统、生物体、人体和食品。毒理学研究表明，PFASs可能对人体免疫系统、生殖和发育系统，以及肝脏、肾脏和胰腺等重要器官产生不利影响。世界卫生组织下属的国际癌症研究机构（IARC）已将全氟辛酸（PFOA）归类为人类致癌物（第1类），而全氟辛烷磺酸（PFOS）则被归类为可能对人类致癌的物质（第2B类）。PFASs对人类健康的负面影响已经引起了国际社会的广泛关注。

牛奶作为一种全球性消费的食品，也面临较高的PFASs污染风险。这种污染主要来源于对奶牛的广泛饲料以及生产与包装过程中使用的食品接触材料。在过去几十年中，许多国家和国际组织已实施严格的监管限值和监测计划。根据《斯德哥尔摩公约》，PFOS及其盐类和全氟辛烷磺酰氟（PFOSF）于2009年被列入管控清单，随后PFOA及其盐类于2019年被列入，而全氟己烷磺酸（PFHxS）及其盐类于2022年被列入。在中国，生态环境部于2019年发布的公告禁止生产、流通、使用、进口和出口PFOS及其盐类和PFOSF。随着传统PFASs的限制日益严格，越来越多的替代PFASs不断出现，这些替代物质由于其与传统PFASs相似的化学结构，也可能带来潜在的健康风险。目前，针对牛奶中多种PFASs的标准化分析方法仍然缺乏，同时，相关法规如欧盟法规（EU）2022/2388中对牛奶中PFASs的最大残留限值也尚未明确。

截至目前，气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）和液相色谱-串联质谱联用技术（LC-MS/MS）是PFASs检测的主要分析手段。GC-MS适用于热稳定性良好且挥发性强的PFASs，但对热不稳定性或非挥发性强的PFASs，通常需要进行衍生化步骤，这使得分析过程变得复杂，限制了该方法的广泛应用。相比之下，LC-MS/MS具有更高的特异性、灵敏度和选择性，成为检测牛奶中PFASs的主导技术，特别是在处理低残留浓度以及复杂高脂肪和高蛋白基质方面具有优势。由于PFASs种类繁多、结构复杂，合适的样品预处理对于在牛奶中检测这些痕量分析物至关重要。采用Oasis WAX和ENVI-Carb等固相萃取（SPE）技术结合LC-MS/MS，已成功用于可靠检测全球牛奶样品中的某些PFASs。然而，SPE方法在多重PFASs分析中存在操作繁琐、经济性差的问题，限制了其应用。QuEChERS技术因其高效、经济、可靠和灵活的优势，已成为复杂牛奶样品预处理的首选方法之一。

此外，近年来的研究主要集中在传统中、长链PFASs（如PFOS和PFOA）上，未能满足对新型PFASs的检测需求，包括短链PFASs（C<8）、全氟聚醚和氯/氢取代的PFASs。因此，开发一种灵敏、高效且简单的分析方法，用于同时检测牛奶中的传统和新型PFASs，对于推动对牛奶食品安全的广泛监测具有重要意义。本研究旨在解决当前牛奶中PFASs分析方法的局限性，如覆盖范围不足、灵敏度不够和操作繁琐等问题。通过优化QuEChERS净化和LC-MS/MS分析方法，开发并验证了一种能够同时检测传统和新型PFASs的高效方法，从而扩大了分析物的覆盖范围，提高了检测能力，为PFASs在牛奶中的风险评估和监管控制提供了更有力的技术支持。

本研究中使用的材料和试剂包括51种目标PFASs的混合标准溶液和24种同位素内标溶液，分别购自Alta Scientific Co., Ltd.（天津，中国），浓度分别为100 μg/mL和5 μg/mL。详细化合物信息列于表1中。甲醇（MeOH）、乙腈（ACN）、甲酸和乙酸铵（均为LC-MS级）分别购自Merck KGaA（德国达姆施塔特）。Bondesil-C18（40 μm）、Bondesil-PSA（40 μm）、Bond Elut Carbon Bulk、Sampli Q氧化镁等材料用于样品的提取和净化过程。

在优化LC-MS/MS方法时，研究人员首先在流动注射分析条件下，使用两种含有目标51种PFASs（浓度为10 ng/mL）和24种同位素内标（浓度为10 ng/mL）的标准溶液进行全扫描模式分析，以评估离子化行为（正/负离子化模式）、加合物形成以及信号强度。大多数PFASs，由于其含有羧酸或磺酸基团，表现出强烈的[M?H]?信号（Argoul等，2025），而中性物种如N-EtFOSE、N-MeFOSE、10:1 FTOH和4:2 FTOH等则表现出不同的特征。通过优化实验条件，研究人员能够有效提高新型PFASs的回收率，同时进一步揭示了PSA在PFASs吸附中的重要作用。此外，仪器优化还揭示了某些PFASs的特定离子加合模式以及源内碎片化行为，为方法的进一步完善提供了重要依据。

本研究的结论表明，通过优化方法，能够实现对牛奶中PFASs更广泛的覆盖和更高的检测灵敏度。通过调整提取溶剂的酸度，成功提高了新型PFASs的回收效率。响应面优化确认了PSA在大多数PFASs上的显著吸附效果。仪器优化进一步揭示了某些PFASs的特定离子加合模式和源内碎片化行为。此外，本研究还强调了在实际应用中，需要针对不同类型的PFASs采取相应的优化策略，以确保检测的准确性和可靠性。同时，研究还指出，随着新型PFASs的不断出现，传统的检测方法可能无法满足实际需求，因此，开发更加全面和高效的分析方法对于保障食品安全具有重要意义。

本研究的资金支持来自中国国家重点研发计划（2022YFF0710405）和四川省科技计划（2024YFFK0428）。研究团队由多位研究人员共同参与，其中Juan Song负责可视化、验证、监督和软件工作；Wenlin Wu负责软件、方法学和概念设计；Chengjie Fu负责监督和软件工作；Hua Wu负责软件工作；Qin Dai负责可视化、监督、软件、资源和项目管理；Shaobo Li负责监督和软件工作；Quanwei Xiao负责软件、方法学和概念设计；Wendi Xu负责软件、方法学、正式分析和概念设计；Yanqiu Chen负责软件、方法学、正式分析和概念设计；Peiyu Shi负责撰写。研究团队声明，他们没有已知的可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。