土壤中挥发性PFAS动态顶空萃取与多维气相色谱-质谱联用分析方法的开发与优化

《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Development and optimization of PFAS extraction in soil’s headspace followed by multidimensional gas chromatography and mass spectrometry

本文针对土壤中半挥发性全氟和多氟烷基物质(PFAS)分析难题，研究团队开发了基于动态顶空萃取-热脱附-全二维气相色谱/飞行时间质谱(DHS-TD-GC×GC-TOFMS)的新型检测平台。通过优化Tenax TA吸附剂、1L萃取体积和1:1水-甲醇溶剂体系，方法对9种PFAS的检测限达7.02 pg g-1，并在实际土壤中非靶向筛查出106种环境污染物，为复杂基质中痕量有机污染物监测提供了高效解决方案。

　　

在当今工业化进程中，全氟和多氟烷基物质（PFAS）因其独特的疏水疏油特性被广泛应用于食品包装、防水织物和消防泡沫等领域。然而，这些"永久性化学品"中的碳-氟键具有极高稳定性，导致其在环境中持久存在、生物累积，并通过土壤-植物系统进入食物链，最终对人类健康构成潜在威胁。尽管液相色谱是PFAS分析的主流技术，但对挥发性PFAS同系物的检测需求日益凸显，而土壤基质的复杂性和分析过程中的背景污染问题严重制约了监测效率。

针对这一挑战，意大利费拉拉大学研究团队在《Analytical and Bioanalytical Chemistry》发表最新研究，开发了结合动态顶空萃取（DHS）与多维气相色谱-质谱联用技术的新型分析方法。该工作通过系统优化萃取参数，成功实现了土壤中9种目标PFAS的精准定量，并展示了其在非靶向筛查方面的巨大潜力，为环境污染物监测提供了更全面的技术支撑。

关键技术方法包括：采用Tenax TA吸附管的动态顶空萃取技术，优化1L萃取体积和1:1水-甲醇溶剂体系；通过热脱附与气相色谱-飞行时间质谱（GC-TOFMS）联用进行目标物定量；利用全二维气相色谱（GC×GC-TOFMS）提升分离效能，结合保留指数和质谱库匹配实现非靶向化合物鉴定。

优化和评估萃取参数

研究团队首先评估了溶剂添加对PFAS回收率的影响。通过比较无溶剂、纯水和1:1水-甲醇三种条件，发现水-甲醇混合物使总PFAS响应提升14倍，且相对标准偏差（RSD）降至1.6%，显著优于无溶剂条件的18.1% RSD。

在萃取体积优化中，1L体积在保证回收率的同时将RSD控制在1.6%，而5L体积使N-MeFOSE的RSD升至75.82%，表明较小体积更适合实现稳定定量。

靶向分析

方法验证显示，9种PFAS在10-50 ng g^-1范围内线性良好（R²>0.99），检测限（LOD）为7.02-469.19 pg g^-1，定量限（LOQ）为21.27-1421.80 pg g^-1。通过调整定量离子（如FTOHs类改用m/z 95）有效规避基质干扰，精密度（RSD%）

介于0.5%-5.8%之间，证实方法在复杂土壤基质中仍保持可靠性能。

非靶向分析

GC×GC-TOFMS技术的应用极大提升了化合物识别能力。通过设立"Validated ID"（验证鉴定）、"Putative IDⁱ"（推定鉴定一级，相似度>85%且保留指数匹配）和"Putative IDⁱⁱ"（推定鉴定二级，相似度>75%）三级鉴定标准，在实际土壤样本中除检出4种目标PFAS外，还识别出106种环境相关化合物。

二维色谱图中的结构化洗脱模式（如烷基苯同系物）为化合物分类提供重要依据，显著提升了鉴定可信度。

本研究成功建立了土壤中半挥发性PFAS的分析方法，通过DHS-TD-GC×GC-TOFMS联用技术实现了从目标定量到非靶向筛查的全流程覆盖。方法在灵敏度（pg g^-1级）、精密度（RSD<5.8%）和通量方面表现突出，特别是二维色谱的结构化分离能力为复杂环境样品中痕量污染物鉴定提供了新思路。该平台不仅适用于PFAS监测，还可扩展至农药、多环芳烃等污染物筛查，为环境风险评估和污染溯源提供了强有力的分析工具。未来研究可进一步拓展至更多PFAS同系物和不同环境基质，以验证方法的普适性。