《Journal of Hazardous Materials》：Unveiling the complex PFAS landscape in firefighting foams applied in the Yangtze River Delta of China: Comprehensive composition analysis and toxicity profiling
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摘要全氟和多氟烷基物质（PFAS）存在于消防泡沫中，由于其极高的环境稳定性和毒理学特性，代表了地下水污染的一个持久来源。本研究对中国长江三角洲地区收集的十一份在用消防泡沫中的 PFAS 进行了全面表征，整合了非目标筛查与总可氧化前体（TOP）分析。共鉴定出 185 种不同的
摘要
全氟和多氟烷基物质（PFAS）存在于消防泡沫中，由于其极高的环境稳定性和毒理学特性，代表了地下水污染的一个持久来源。本研究对中国长江三角洲地区收集的十一份在用消防泡沫中的 PFAS 进行了全面表征，整合了非目标筛查与总可氧化前体（TOP）分析。共鉴定出 185 种不同的 PFAS 化合物，包括 119 种阴离子、100 种阳离子和 34 种两性离子物种，代表了迄今为止报道的长江三角洲地区消防泡沫中最多样化的 PFAS 特征。平行分析检测出 139 种烃类表面活性剂，凸显了实际泡沫残留物的化学复杂性。QSAR-ToxPi 建模将鉴定出的 PFAS 分为三个层级，其中 95 种化合物（51.4%）落入高危类别。TOP 分析表明，表面上 PFAS 减少的配方含有前体储库，能够生成浓度高达 5198.4?mg/L 的终态 PFOA，比初始测量值高出近 30 倍。这些发现表明，扩大水质监测计划以包括 PFAS 前体，对于改善受 AFFF 影响的地下水和饮用水源的风险评估至关重要。
引言
传统的水成膜泡沫（AFFFs）已知含有大量全氟和多氟烷基物质（PFAS），包括全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）[1]，[2]，[3]，[4]，[5]。这些化合物表现出持久性、生物累积性和毒性（PBT），带来了长期的环境和健康风险 [6]，[7]，[8]，[9]。PFOA 和 PFOS 中的碳 - 氟（C-F）键是自然界中最强的化学键之一，使得这些物质能够在环境中存留数十年甚至数百年 [10]，[11]，[12]。针对这些担忧，PFOS 和 PFOA 分别于 2009 年和 2019 年被列入斯德哥尔摩公约 [13]，而欧盟最近根据 REACH 法规提议全面禁止所有 PFAS [14]。同样，美国环保署（EPA）的 PFAS 行动计划要求到 2024 年逐步淘汰含有 PFOA/PFOS 的泡沫 [15]，[16]。
这些监管措施加速了全球向短链（C≤6）PFAS 替代品和无氟泡沫（F3）的过渡 [17]，[18]，[19]。值得注意的是，PFOS 和 PFOA 已在许多地区逐步淘汰 [17]，[19]，[20]，[21]，[22]。目前，短链 PFAS（≤C6）在美国某些 AFFF 配方中作为临时替代品 [23]，而欧盟国家越来越多地采用 F3 替代品 [15]，[24]。澳大利亚已强制在军事和民用应用中采用 F3，而美国正在逐渐采用 [25]。相比之下，中国仍处于这一过渡的早期阶段。
关于 AFFFs 中 PFAS 的现有研究主要依赖制造商提供的配方，留下了关于消防训练基地实际暴露特征的关键知识空白，在这些基地中重复排放会造成长期污染热点 [17]，[26]。此外，现代 PFAS 配方主要由可生物降解为更危险终态产物的多氟化前体组成 [12]，然而环境监测计划通常只关注终态化合物。这种差异凸显了对现场部署泡沫及其转化途径进行全面表征的迫切需求。
定量构效关系（QSAR）模型已被广泛用于预测 PFAS 毒性 [27]，[28]，[29]，[30]，为评估消防泡沫中新鉴定的化合物提供了一种经济有效的手段。迄今为止，关于 AFFFs 中 PFAS 的研究强调了分析方法的发展，例如与非目标筛查结合总可氧化前体（TOP）分析，能够精确鉴定 PFAS 的组成和浓度 [17]，[26]，[31]，[32]，[33]。然而，PFAS 毒性与灭火性能之间缺乏相关性阻碍了消防泡沫配方的优化。将毒性数据与分析发现相结合，可以支持环境友好型替代品的发展。此外，消防泡沫中的烃类表面活性剂在很大程度上被忽视 [34]。尽管它们的环境危害远低于氟化表面活性剂，但新兴证据表明它们可能影响土壤中 PFAS 的迁移和转化 [35]，[36]，[37]，可能使 PFAS 风险管理策略复杂化。
在本研究中，我们通过在中国长江三角洲地区对运行中的消防泡沫进行系统采样，采用结合非目标筛查与 TOP 分析的整合分析方法来解决这些挑战。我们的调查不仅阐明了实际使用条件下复杂的 PFAS 组成，还量化了通过前体转化的大量潜在污染潜力。通过纳入 QSAR 建模来评估毒性特征，我们建立了一个基于科学的框架，用于优先安排 PFAS 淘汰和指导更安全替代品的发展。这些发现为将中国的消防泡沫法规与全球标准对齐，同时推进适用于国际 PFAS 监测工作的方法提供了关键见解。
章节片段
化学试剂与材料
PFAS 分析标准品（表 S1）购自 Al 高科学有限公司（中国天津）。氢氧化钠（分析纯）和过硫酸钾（分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司（中国上海）。乙酸铵（HPLC 级，≥99.0%）、氢氧化铵（HPLC 级，25%）、甲醇（农药残留级，≥99.9%）和冰醋酸（HPLC 级，≥99.7%）购自麦克林（中国上海）、阿拉丁（中国上海）和 RCI Lab scan
PFAS 表面活性剂的组成特征
我们的全面分析在中国长江三角洲地区的 11 个消防泡沫样品中鉴定出前所未有的 185 种 PFAS 化合物多样性，包括 119 种阴离子（图 1 和表 S5-S6）、100 种阳离子（图 2 和表 S7-S8）和 34 种两性离子表面活性剂（表 S9）。这种组成复杂性显著超过了先前关于中国消防泡沫的报道，后者仅记录了 54–84 种 PFAS 物种。Zheng 等人报道在
结论
本研究表征了从中国长江三角洲收集的十一份在用消防泡沫的 PFAS 组成和转化潜力。非目标筛查鉴定出 185 种不同的 PFAS 化合物，包括阳离子和两性离子物种，以及 139 种共存的烃类表面活性剂，代表了迄今为止报道的中国配方中最复杂的 PFAS 特征。总可氧化前体（TOP）分析揭示，表面上 PFAS 减少的泡沫含有
CRediT 作者贡献声明
Kun Yang: 指导，构思。Lifeng Cao: 写作 - 审阅与编辑，写作 - 初稿，可视化，验证，指导，软件，资源，项目管理，方法，调查，资金获取，形式分析，数据整理，构思。Xin Lyu: 软件，资源，方法，调查，形式分析，数据整理。Xiaole Weng: 指导，构思。Chong Tan: 写作 - 初稿，可视化，验证，
竞争利益声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文报告的工作。
致谢
这项工作得到了 国家重点研发计划（项目编号：2024YFC3713800）、国家自然科学基金（项目编号：42407494 和 42107058）以及 中国教育部基础学科与交叉学科突破计划（JYB2025XDXM909）的支持。
Chong Tan|Xin Lyu|Xiaole Weng|Kun Yang|Lifeng Cao
浙江大学杭州全球科创中心，浙江大学，中国杭州 311215
