食品中全氟化合物检测前处理技术研究进展

王飞，李晓明，李建勇

（济南出入境检验检疫局，山东济南250014）

食品中全氟化合物检测前处理技术研究进展

王飞，李晓明，李建勇

（济南出入境检验检疫局，山东济南250014）

全氟化合物（PFCs）是一类在生活生产中应用广泛的含氟烃类化合物，因为其潜在的环境污染持久性、生物毒性和累积性，受到了越来越多的关注。由于其分布广泛，目前已经危害到了人类的食品安全方面。本文论述不同食品基质中PFCs的前处理方法，目前主要利用液液萃取和液固萃取的前处理方法，同时利用固相萃取消除复杂基质对PFCs检测准确性的影响。由于PFCs在食品基质中处于痕量水平，所以进一步提高前处理技术的简便性和准确性尤为重要。

全氟化合物；前处理技术；食品分析

全氟化合物（Perfluorinated compounds，PFCs）及其相关化学品是一类具有热稳定性和化学惰性的化合物，主要包括：全氟酸、全氟磺酸以及全氟磺酸盐等等。由于C-F键特殊的结构和性能，被广泛用于纺织、皮革、涂料、农药等工业生产中[1-4]。近年来，随着研究越来越深入，人们发现PFCs在环境中以及生物体中的最终转化产物为全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）。由于氟具有最大的电负性，使得碳-氟键具有强极性，这使得PFCs能够经受强的紫外光照、加热、化学作用以及微生物和高等动物的代谢作用而很难被降解。许多研究报道已发现PFCs广泛存在于大气、水体[5]和生物体的血液（血浆、血清等）[6]。因而从2001年起，世界各国就纷纷对其应用进行预警评估以及不同程度的限制和规定。2006年10月25日，欧盟通过决议限制在成品和半成品中PFOS以及相关氟化学品的使用及销售，此外，美国、加拿大等国家和地区也已经颁布了相关的法规禁止该物质在某些领域的使用。由于PFCs对环境生态和人类健康安全有着巨大的危害，进入生物体后会对其造成激素分泌、免疫以及胎儿生长发育等不同方面的毒理作用，所以对PFCs检测技术的开发受到越来越多的重视。但是由于PFCs的分布广泛，含有PFCs的基质过于复杂，目前各国都没有制定出相应的检测标准。

随着PFCs在食品包装材料以及不粘锅等接触食品的材料中广泛使用，PFCs已严重危害到人类的食品安全。在对食品样品中的PFCs的检测技术中，样品的前处理是检测分析技术的关键性第一步，只有在样品前处理过程中高效准确的提取出待测目标物，才能为下一步定性定量分析提供坚实可靠的基础。由于全氟类化合物在各种基质中的浓度都处于痕量，所以对前处理的提取技术要求很高。目前全氟类化合物的提取主要采用液液萃取（liquid-liquid extraction，LLE）、液固萃取（liquid-solidexraction，LSE）、固相萃取（solid phase extraction，SPE）和衍生反应等。这些方法在不同的基质中对PFCs的提取各有各的优缺点，所以针对不同的基质要选用相应的处理方法。下面就从这几个方面介绍一下食品中PFCs检测的前处理技术。

1 液液萃取（Liquid-Liquid Extraction，LLE）

液液萃取是利用系统中的组分在两种互不相溶的溶剂中不同的溶解度来达到分离效果的操作。这种操作需要反复萃取，分离和纯化，耗时耗力耗溶剂；但优点是操作简单，对试验条件的要求比较低。

Hansen等利用甲基叔丁基醚（MTBE）对动物源性食品中的PFCs进行离子对液液萃取[7]。首先将血清样品和肝脏样品进行匀浆，然后加入四甲基硫酸铵溶液（TBA），在碱性环境下利用MTBE进行萃取，萃取液经过高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）检测分析，PFCs的加标回收率在56%～100%。王杰明等进行了液液萃取法提取奶粉和酸奶中的PFCs的研究[8]。研究结果表明，0.5 mmol/L～12.5 mmol/L氯化钠溶液对萃取效果影响都不大，且在中性和微酸性条件下回收率最好。通过优化比较，选用等体积的甲醇和含0.01 mmol/L盐酸的甲醇溶液对奶粉中的PFCs进行萃取，对于酸奶则使用甲醇直接萃取。萃取液使用HPLC-MS/MS进行检测分析。对奶粉和酸奶中11种PFCs的加标回收率为分别81%～111%和80%～118%，方法检出限为2 ng/L～29 ng/L。该课题组进一步考察了液液萃取法对动物内脏和肌肉组织中的全氟化合物的萃取效果[9]。研究比较了离子对试剂法、碱消解法、酸消解法和甲醇直接提取法这几种液液萃取方法的优劣点。通过比较和优化，对动物内脏采取了离子对液液萃取法；对动物肌肉组织则采取了碱消解法。最后分析检测了市场上购得的猪肝、猪肉等多种实际样品，试验结果表明，8种PFCs的实际样品加标回收率都在80%～120%之间，方法检出限为0.002 ng/g～0.032 ng/g。赵成哲等应用离子对试剂四丁基硫酸氢铵（TBAHS）对7种全氟羧酸化合物进行离子对萃取，以及气相色谱进样口衍生，利用气相色谱-质谱联用（GC-MS/MS）进行测定[10]。上述使用离子对试剂对PFCs进行液液萃取虽然有比较好的提取效率，但是存在操作时间长和耗费溶剂的缺点，而且在处理含脂肪多的样品基质时，会出现乳化的情况，导致净化效率降低。

2 液固萃取（Liquid-Solid Extraction，LSE）

液固萃取法又称浸取法，是利用适当的方法将目标萃取物从固体的生物样品基质中分离出来的操作手段。一般所采用的溶剂有甲醇、乙腈等溶剂，同时萃取时一般会使用超声等辅助手段。Ballesteros等利用四氢呋喃（THF）-水的混合液作为萃取剂，对动物源性食品中PFCs进行萃取研究[11]。经过试验优化，确定四氢呋喃-水的体积比为75∶25时，对样品中的PFCs的萃取效果最好，经过HPLC-MS/MS检测分析的回收率为88%～110%，定量限为 2.5 pg/g～60 pg/g。王雨昕等研究了水或者甲醇对固体动物基质样品中PFOA和PFOS的萃取效果[12]。相应动物基质中的PFCs用水或者甲醇超声提取，使用超高效液相-串联质谱（UPLC-MS/MS）内标法进行定量分析。结果表明这两种PFCs在不同的动物基质中的加标回收率为94.6%～128.4%，相对标准偏差为 2.5%～14.9%，检出限为 0.01 ng/g～0.42 ng/g，定量限为0.04 ng/g～1.5 ng/g。刘莉治等在肉类组织中的常见11种PFCs利用乙腈均质、提取后，用玻璃纤维真空抽滤，再用乙腈饱和的正己烷除脂净化，使用UPLCMS/MS定量分析[13]。试验结果显示，11种PFCs的加标回收率在70.9%～107.1%之间，定量限为0.047 ng/g～0.199 ng/g。郭萌萌等使用酸化乙腈来提取水产品中23种PFCs，并用C18填料和石墨化碳黑（GCB）分散固相萃取净化，超快速液相色谱-串联质谱（UFLC-MS/MS）分析。试验结果表明，此方法的检出限为0.002 ng/g～0.02 ng/g，基质加标回收在75.6%～118.2%之间[14]。

目前也有研究报道使用加压液固萃取来提取水产品中的PFCs[15]。加压液固萃取（Pressurized Liquid Extraction，PLE）是采用常规溶剂，在较高温度和压力下对固体或者半固体样品中的目标物进行萃取的一种样品前处理技术。作者在研究中使用了PLE、离子对液液萃取以及碱消解3种不同的提取方式对水产品中8种常见的PFCs进行了提取分析，结果表明PLE相比较其他两种提取方法的加标回收率要高，回收率都在85%以上。

3 固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）

固相萃取是近年来发展起来的一种样品前处理技术，主要用于样品中目标物的分离、富集和纯化，与液相萃取相比较可以提高被分析物的回收率，更有效地将目标物和样品基质分离，操作简单，省时省力，被广泛的应用于医药、食品、环境和化工领域。固相萃取主要是通过样品中目标物与吸附剂之间的疏水作用、离子交换作用和物理吸附等相互作用力达到分离的效果。一般固相萃取的操作步骤为活化、上样、淋洗和洗脱。一般常用的固相萃取填料有活性炭、二氧化硅、石墨、C18和树脂等。洗脱剂常用甲醇，丙酮和二氯甲烷等。由于PFCs的特殊结构，在使用SPE技术对其萃取时应使用复合离子交换吸附剂。

固相萃取在处理液体样品中的PFCs时，可以将液体样品直接上样。张倩等使用SPE-HPLC/MS联用法测定了地表水中PFOA和PFOS的含量[16]。试验比较了HLB固相萃取小柱、C18固相萃取小柱以及自制的活性炭柱对水中PFCs的萃取效果，洗脱液使用的是甲醇。结果表明HLB和C18柱的回收效率相对较高，达到83%以上，由于PFCs的极性比较大，所以自制活性炭柱的加标回收率结果不理想。研究中建立的方法，PFOA和PFOS的检出限都为0.5 ng/L。冯沙等使用分散固相萃取和HPLC-MS/MS测定了白酒中的全氟化合物[17]。研究使用分散固相萃取对白酒中PFCs进行富集净化，考察了C18、石墨化炭黑（PestiCarb）和N-丙基乙二胺（N-propylethylenediamine，PSA）3种吸附剂对PFCs的回收效果，并优化吸附时间、洗脱液及浓度等样品前处理条件。经过优化，确定使用PSA吸附剂、50 mmol/L三乙胺-甲醇洗脱液和吸附时间5 min的最优前处理条件。试验结果表明方法的检出限为0.03 ng/mL～0.15ng/mL，定量限为 0.10ng/mL～0.45ng/mL，加标回收率为83.8%～119%。

在处理一些复杂基质生物样品的时候，固相萃取技术通常与其他的样品前处理技术一起使用，SPE多被用于提取液的净化和富集。Yang等利用混合无机酸消解-固相萃取联用的技术对贝类壳体中的3种全氟化合物进行了富集提取[18]。贝壳粉经过硝酸/盐酸混合酸消解，用NaOH调节消解液pH＝6后，用Oasis Wax固相萃取柱富集净化，0.1%醋酸铵的甲醇溶液进行洗脱，洗脱液用HPLC-MS/MS分析。结果表明样品中的加标回收率达到94.88%～96.24%。Pan等使用碱消解鱼和贝类样品后，使用WAX作为固相萃取柱，使用甲醇和氨-甲醇溶液进行洗脱，HPLC-MS/MS分析洗脱液中的全氟化合物。试验结果表明，在实际样品中的加标回收率为97.6%～120.8%，取得了较为满意的结果[19]。林钦建立了动物源性食品中PFOA和PFOS的聚酰胺固相萃取法[20]。样品采用酸化乙腈提取，在酸性条件下使用聚酰胺固相萃取小柱对PFCs进行富集、净化，5%氨水-甲醇溶液洗脱后，使用HPLC-MS/MS检测。结果表明方法的检测线均为0.2 ng/g，对猪肉、鸡肉、牡蛎、鱼罐头、猪肉罐头和奶粉6种样品基质进行加标回收试验，所得回收率在93.3%～102.8%之间，精密度在0.8%～6.2%之间。李静等研究了分散固相萃取净化结合HPLC-MS/MS测定鸡蛋中16种PFCs的方法[21]。样品经乙腈40℃下超声萃取、氮吹浓缩和石墨化炭黑分散萃取净化后，离心取上清液使用HPLCMS/MS检测。数据表明这16种PFCs在鸡蛋介质中的检出限为0.001 ng/g～0.093 ng/g，定量下限为0.003 ng/g～0.310 ng/g，实际样品加标回收率为79%～125%。

固相微萃取技术（solid-phase microextraction，SPME）作为一种非溶剂型选择性萃取法，是20世纪90年代兴起的一种样品前处理和目标物富集技术。这种技术利用吸附-解吸附的工作原理，先由萃取头吸附目标物，然后解吸附利用分析仪器对目标化合物进行分析。相比较于LLE和SPE，SPME能够更简单地对目标化合物进行富集，避免的大量溶剂的使用。固相微萃取与常压离子化质谱（AMS）是目前比较高效的对富集目标化合物进行定量和定性分析的方法[22]。姚瑶等利用聚丙烯的中空纤维膜（HF）做为SPME的材料，与AMS联用，分析了水中7种PFCs[23]。研究使用HF膜直接萃取水中的PFCs，将解析溶剂甲醇直接滴加在施有高压的HF膜上，PFCs同时解吸和离子化，进入质谱进行检测。实验对萃取时间和萃取溶液的pH值进行了优化，最终确定最优方法：萃取时间为30 min，萃取溶液的pH＝4。在此条件下，该方法对水中7种PFCs的检出限为0.8 ng/L～2.7 ng/L，定量限为2.7 ng/L～8.9 ng/L，对实际样品的加标回收率在75.0%～116.7%。

4 衍生化技术

在利用色谱技术分析目标化合物的过程中，有些化合物不能或者难以直接分离进行检测，需要通过引入特殊官能团生成衍生物，这种衍生物比较有利于色谱检测。这种技术称为衍生化技术。利用衍生化技术改善了原有目标化合物的色谱特性，提高了分析的灵敏度和准确度。由于PFCs结构中含有羧酸基团，可以利用衍生化的方法来对PFCs进行衍生后进行色谱分析。蒋海宁等通过对不粘锅表面的PFOA的有效提取和甲酯化衍生，建立了一种气相色谱分离、质谱检测PFOA的方法[24]。方法选用的萃取方法为索氏提取。课题组比较了酰氯和二氯亚砜两种衍生剂，研究发现使用二氯亚砜做衍生剂时，衍生时会发生严重的干扰全氟辛烷甲酯的不可知物质，最终课题组选用乙酰氯为衍生剂。检测数据表明实际样品中加标回收率为86%～110%。程小艳等利用柱前紫外衍生-高效液相色谱测定方法对水中的PFOA进行了测定[25]。样品中的PFOA通过与四丁基氢氧化铵形成的离子缔合物被MTBE萃取后，与ω-溴苯乙酮在乙腈中衍生成具有紫外吸收的物质，高效液相色谱-紫外可见光检测。试验证明，方法的检出限为7.0 ng/mL，相对标准偏差＜10%，实际样品的加标回收率在85.3%～116%之间。贾立明等建立了一种柱前衍生，GC-MS检测水中PFCs的方法[26]。此方法在室温25℃下进行，反应试剂用量为氯甲酸异丁酯 10 μL、异丙醇 10 μL 和吡啶 5 μL。结果表明，此衍生法在实际样品中的检出限为 1.3 μg/L～6.2 μg/L，实际加标回收率为74%～127%。

5 展望

全氟化合物作为一类在工业和民用上都广泛被应用的化合物，由于其对环境的污染、生物体的毒性以及富集性和难以降解的特性，受到人们愈来愈多的关注。虽然各国制定法规政策来减少PFCs的使用，但是短时间内尚无法对其进行有效的治理。食品作为人类最基本的生存资料，受到PFCs的污染的风险也越来越大。而由于食品基质的复杂性，针对膳食中PFCs的检测研究进展比较缓慢。开发不同食品基质中PFCs的前处理技术是能够准确检测食品中PFCs含量的基础，而建立复杂食品基质中的前处理以及检测方法是今后研究的一大热点。本文从液液萃取、液固萃取、固相萃取以及衍生化技术等几方面论述了近年来食品中PFCs的前处理检测技术的发展。目前液液萃取、液固萃取由于其良好的提取效果以及操作的相对简单性，被广泛应用于各种食品基质的前处理，同时为了避免复杂样品基质对检测结果的影响，固相萃取被用于降低基质效应来提高检测结果的准确度。而利用衍生化技术虽然能够提高PFCs的检测灵敏度，但是衍生化反应会带如其他的干扰物且操作步骤繁琐，所以对复杂食品基质中的PFCs前处理一般不用衍生化反应这种前处理方法。通过这些有效可靠的检测方法，准确地把握食品中PFCs的污染程度，为评估PFCs对人体健康的风险研究提供有力的数据支持。

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Progress on Pretreatment Technology of Perfluorinated Compounds in Food

WANG Fei，LI Xiao-ming，LI Jian-yong
（Jinan Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Jinan 250014，Shandong，China）

Perfluorinated compounds （PFCs）are fluorinated aliphatic compounds that are widely used in in－dustry and life.PFCs are getting more and more attention because their potential persistence，bioaccumulation and toxicity.Due to their wide distribution，PFCs has been harmful to human food safety.This paper mainly introduces the latest development of the sample pretreatment methods for PFCs in different foodstuffs.The main pretreatment methods are liquid-liquid extraction and liquid-solid extraction，and solid phase extraction is used to reduce the influence of complex foodstuffs mechanism on the accuracy of the determination of PFCs.Since the concentration of PFCs in foodstuffs is in trace levels，improving the simplicity and accuracy of PFCs pretreatment in foodstuffs are very important.

perfluorinated compounds；pretreatment technology；foodstuffs analysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.047

山东出入境检验检疫局科技项目（SK201418）

王飞（1981—），男（汉），工程师，博士研究生，研究方向：农药及兽药残留检测。

2016-04-14