用于污泥中全氟和多氟烷基化合物（PFAS）定量分析的改进全流程方法：一种高效的提取技术及最小化基质效应的方法

《Water Research》：Enhanced Full-Process Method for the Quantitative Analysis of PFAS in Sludge: Robust Extraction and Matrix Effect-Minimized method

准确量化全氟和多氟烷基物质（PFAS）在复杂基质如污泥中的含量仍具挑战。本研究开发了一种高效可靠的PFAS提取方法，通过优化液固比（30 mL/g）、甲醇-氨水混合溶剂（99.5:0.5, v/v）、振荡时间（60 min, 300 rpm）和pH（3）等参数，实现45/48种目标PFAS的回收率50%-125%且RSD≤16.84%，较现有方法总PFAS浓度提高17.3%-27.6%，并新增3种PFAS检出类型。实验表明，厌氧消化污泥（有机质71.8%）的基质效应显著低于普通污泥（46.3%），提示不稳定有机质是主要干扰因素。通过稀释样品、减少质谱进样体积及内标校正可有效缓解基质效应。该方法在10份不同处理工艺污泥样本中验证，为复杂基质PFAS分析提供了可靠方案。

　　PFAS，即全氟和多氟烷基物质，是一类广泛存在于环境中的合成化学品，因其独特的化学结构和极强的稳定性而被称为“永久化学品”。这些物质由于其持久性和生物累积性，对环境和人体健康构成了潜在威胁。PFAS具有多种用途，包括在消防泡沫、防水涂层、不粘锅涂层以及工业润滑剂中作为添加剂。然而，它们的广泛使用和长期排放也导致了环境中PFAS的持续积累，特别是在污水处理过程中产生的污泥中。污泥作为污水处理的副产品，已成为PFAS的重要储存库。因此，对污泥中PFAS的准确检测和定量分析对于评估其在环境中的行为和迁移具有重要意义。

目前，对复杂基质中PFAS的准确检测仍然是一个挑战。传统的方法在提取效率和基质效应方面存在局限，导致检测结果的不准确和偏差。基质效应是指样品中除目标分析物以外的其他成分对最终定量分析的干扰，这在使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术时尤为显著。由于污泥的复杂性，包括高有机物含量和多种无机盐，这些成分可能会与PFAS共同洗脱，或者通过非特异性相互作用影响离子化效率。因此，需要一种能够有效克服这些挑战的提取方法，以提高PFAS检测的准确性和可靠性。

本研究开发了一种经过严格验证、稳健且高效的PFAS提取方法，适用于污泥中48种不同PFAS的同步分析。该方法通过优化多个关键参数，包括液固比、提取溶剂、振荡时间和提取溶液的pH值，显著提高了提取效率和检测精度。在实验中，通过调整液固比为30 mL/g，使用甲醇-氨-水混合溶剂（99.5:0.5，体积比），振荡时间为60分钟（300转/分钟），以及提取溶液的pH值为3，实现了对大多数目标PFAS（45种）的可接受回收率（50%-125%），且相对标准偏差（RSD）较低（≤16.84%）。与目前广泛使用的提取方法相比，如美国材料与试验协会（ASTM）D2216、中国生态环境标准（HJ 1334-2023）和美国环境保护署（EPA）方法1633A，该方法在目标分析物的总PFAS浓度提取方面提高了17.3%-27.6%。此外，该方法还能识别出3种额外的PFAS类型，从而扩大了PFAS分析的范围和准确性。

在基质效应的研究中，尽管厌氧消化污泥的有机物含量（71.8%）高于活性污泥（46.3%），但前者的基质效应在PFAS提取和检测过程中显著较低。这一结果表明，污泥中不稳定的有机物可能是造成基质效应的主要因素。为了有效减少基质效应，研究建议在质谱分析过程中减少进样体积，对样品进行稀释后再进行检测，并使用内标物进行校正。这些措施可以显著降低基质对分析结果的干扰，提高检测的准确性。

在实际应用中，该方法被用于分析不同污泥样本（n=10），所有样本的内标物回收率均在50%-150%范围内，除了在某污泥样本中，长链PFAS（如PFOA和PFOS）的回收率略低。长链PFAS在污泥中仍然是主要的化合物，这表明它们在环境中的持久性和生物累积性。本研究的结果表明，该方法在复杂基质中的可靠性，以及其在环境监测中的应用潜力。

为了进一步提高PFAS检测的准确性和效率，研究还探讨了不同提取方法的优缺点。例如，使用乙腈作为提取溶剂的方法在短链PFAS（如PFBA）和长链PFAS（如PFDS）的回收率方面表现出不一致的结果。而基于甲醇的提取方法在不同研究中也出现了不同的结果，这表明提取方法的选择对检测结果有重要影响。此外，使用碱性甲醇溶剂可以增强PFAS从污泥基体中的洗脱，通过削弱疏水或静电相互作用，提高提取效率。同时，澄清过程对于复杂基质中的提取也至关重要，可以有效去除干扰物质，提高检测的准确性。

本研究的成果不仅为PFAS在污泥中的检测提供了新的方法，也为环境监测和污染治理提供了重要的技术支持。通过优化提取参数和减少基质效应，该方法能够更准确地检测污泥中的PFAS，从而为评估其环境行为和迁移路径提供可靠的数据。此外，该方法的广泛适用性使其能够适应不同类型的污泥样本，包括来自不同污水处理过程的样本，从而提高了检测的灵活性和实用性。

总的来说，本研究通过系统的方法优化和实验验证，开发了一种高效的PFAS提取和检测技术，为解决污泥中PFAS检测的难题提供了新的思路。该方法在提取效率和基质效应控制方面表现出色，能够为环境监测和污染治理提供准确的数据支持。未来，随着对PFAS污染问题的进一步认识，该方法的应用将有助于更全面地评估PFAS在环境中的分布和影响，为制定有效的污染防治措施提供科学依据。