食用农产品中全氟化合物检测技术的研究进展

孙小航，朱丽，*，宁凡盛，苑金鹏

（1.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南250101；2.山东蓝城分析测试有限公司，山东济南 250000；3.山东省分析测试中心，山东济南250014）

全氟化合物（perfluorinated compounds，PFCs）是一类有机碳链中氢原子全部被氟原子取代人工合成的有机化合物。主要包括全氟羧酸（perfluorocarboxylic acid，PFCAs）和全氟磺酸（perfluorosulfonicacid，PFSAs）。由于氟具有最大的电负性，使得碳-氟键具有强极性，并且是自然界中键能最大的共价键之一[1]，这使得全氟化合物具有很高的化学稳定性和生物惰性，经常被用于各类产品中，例如地毯和家具的保护膜、纸张和衣物涂料、聚四氟乙烯产品和泡沫灭火剂[2]，其中全氟辛基羧酸（perfluorooctanoic acid，PFOA）和全氟辛基磺酸（perfluorooctane sulfonat，PFOS）的应用最为广泛[3-4]。易于在环境和生物体中积累，并对其肾脏、免疫系统等造成破坏，危害生物体及人体健康。有研究表明[5]，PFCs具有生物毒性，与人类多种疾病有关，如甲状腺疾病、哮喘、肝肿瘤、行为障碍和免疫障碍等。2009年5月，在斯德哥尔摩公约缔约方第四届大会上，PFOS及其同系物被正式列入持久性有机污染物名单。之后C11-C14PFCAs、PFOA 和全氟辛酸铵（ammonium perfluorooctanoate，APFO）被列入 2012年～2013 年欧洲化学品管制高度关注物质候选名单中。

许多研究报道发现PFCs不仅存在于自然环境介质中[6]，在人体的体液与组织等[7]中也检测出有PFCs的存在。作为一种新型持久性有机污染物（persistent organic pollutants，POPs），关于 PFCs的食品安全风险评估、人类暴露等研究相对较少。Domingo等[8]综述了人类暴露PFCs的方式。Wang等[9]分析了中国PFCs的来源、分布和健康风险，结果表明人体中暴露的绝大多数的PFOA来自于陆地肉类食品，占到了93.2%，而78.9%的PFOS则来自于海产品的摄入。目前，对于PFCs的分布、归趋、风险评估、暴露评价等研究较少，主要原因是各国均没有统一的检测标准方法[10]。食用农产品作为食物直接或间接来源，是居民膳食的主体约占总膳食的97%[11]，为保证食用农产品的安全及保障人们的身体健康，对食用农产品中PFCs的风险评价、暴露评估等分析研究具有突出重要的意义。

该文综述近年来的国内外食用农产品（包括蔬菜、蛋类、水产品、肉类等）中PFCs（主要是PFOA和PFOS）的预处理及仪器检测技术，以期为食品中PFCs的准确测定方法的研发、食品安全风险评价与暴露评估等研究提供参考。

1 食用农产品中PFCs检测方法

1.1 蔬菜及其制品

蔬菜是人们膳食中不可或缺的农产品，是食物链传递的重要一环，在其生长过程中，会受到诸多环境因素（如地表水、地下水和土壤等）的影响[12]。欧盟食品安全局2008年公布了人体每日能忍受PFOA和PFOS的摄入量，其中 PFOA 为 1.5 μg/kg，PFOS 为 0.15 μg/kg[13]。Haug等[14]参照Charles R.Powely等[15]的方法并进行改进，利用碱消化及甲醇萃取加WAX柱子的方法，检测挪威16种新鲜蔬菜中的12种PFCs，其结果中生菜的检出限（limit of detection，LOD）为 0.06 pg/g～0.6 pg/g。赵立杰等[16]研究PFOA与PFOS在天津大黄堡湿地地区大白菜和萝卜不同组织中的分布，取样品加入甲基叔丁基醚（methyl tert-butyl ether，MTBE）萃取两次后，加入净化材料30 mg石墨化碳去除杂质，定容后过0.2 μm膜经液相色谱-质谱测定。结果表明蔬菜样品中PFOA与PFOS的LOD为0.051 μg/kg，定量限（limit of quantity，LOQ）为 0.17 μg/kg。在 0.1、1 ng 时，萝卜根中PFOA与PFOS的回收率分别为94%、118%与85%、95%。赵玉乐等[12]建立蔬菜中15种PFCs的超高效液相色谱-串联质谱（ultra performance liquid chromatography-mass spectrometry，UPLC-MS/MS） 分析方法。采用离子对液液萃取的前处理方法，样品加入Na2CO3/NaHCO3缓冲液和四丁基硫酸氢铵（tetrabutylammonium hydrogen sulfate，TBAHs）溶液，经过 MTBE溶液提取，反向RP-18色谱柱分离，多离子检测模式检测，内标法定量。此方法在12 min内能够完成15种PFCs的分离分析。且 15 种 PFCs在 0.5 μg/L～100 μg/L浓度范围内线性关系系数大于0.9955，LOD为0.001μg/kg～0.029 μg/kg，LOQ 为 0.003 μg/kg～0.096 μg/kg。在1.0、5.0、10.0 μg/kg 3 个不同的加标浓度下，15 种 PFCs的回收率为71.65%～122.57%，相对偏差小于19.7%。该方法样品处理简单，选择性好，且结果较为准确灵敏，可用于蔬菜中PFCs的检测。

1.2 蛋类

蛋类是百姓日常膳食中最主要的动物源性蛋白之一，其食用安全也得到人们的广泛关注。Zhang等[17]对中国17个城市中鸡蛋进行研究，采用离子对液液萃取-高效液相色谱-串联质谱法，在加标浓度5 ng时得到的回收率PFOA为123%，PFOS为78%，样品等级10 ng时PFOA为116%，PFOS为75%，10种PFCs的LOQ在0.13 ng/g～1.11ng/g之间。齐彦杰等[18]对北京市市售鸡蛋和鸭蛋中PFCs污染水平进行研究。用MTBE萃取后，通过固相萃取柱净化，用甲醇和氨水甲醇溶液洗脱，用高效液相色谱-串联质谱法检测。17种PFCs的仪器检出限为0.018 ng/kg～0.176 ng/kg，除两种化合物偏差较大之外：全氟辛烷磺酸（perfluorotridecanoate acid,PFTrA）为69%、七氟四丁酸（heptacosafluorotetradecanoic acid,PFTA）为 33%，其他 15种 PFCs的加标回收率在94%～105%之间。李静等[19]用分散固相萃取结合HPLC-MS/MS法检测鸡蛋中16种PFCs，样品经过乙腈40℃下超声萃取、氮吹浓缩和石墨化炭黑分散萃取净化后，离心取上清液进行高效液相色谱-串联质谱法检测。其 LOD 为 0.001 μg/kg～0.093 μg/kg，LOQ 为 0.03 μg/kg～0.310 μg/kg。在 0.5、1.0、2.0 μg/kg 3个不同的加标浓度下，16种PFCs的回收率为79%～125%。该前处理方法明显提高了鸡蛋样品中PFCs的萃取率，且耗时少、经济实惠、准确可靠。此方法为处理大量蛋类样品的PFCs残留水平提供了一定理论基础。

1.3 水产品

几种重要的PFCs，特别是PFOS在鱼体中富集能力极高，人体摄入的PFOS其中78.9%来自于海产品。研究海产品中PFCs的浓度和含量，对其风险进行评估，是控制食品安全、提高居民健康程度的重要途径。孔德洋等[20]采用碱液消解作为样品前处理法，超高效液相色谱-电喷雾离子化串联质谱联用（ultra performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry，UPLC-ESI-MS/MS），建立检测1种贝类和2种鱼类的肌肉组织中11种PFCs的分析检测方法。选Carbon/NH2双层固相萃取（solid-phase extraction，SPE）小柱作为净化小柱，并以C18色谱柱为分析柱，外标法定量。所选定的11种全氟化合物在6 min内可以达到分离。回收率在72.1%～93.6%之间，相对标准偏差为0.6%～9.5%，LOD在3.4 pg/g～26.7 pg/g。张新等[21]通过离子对液液萃取的前处理方法，向样品中加入TBAHS和Na2CO3溶液之后，加入MTBE涡旋混合萃取样品3次，过Presep-C Agri柱净化，甲醇定容后进行HPLC-MS-MS分析。用此种方法检测大连常见的海产品（鱼、蟹、乌贼和海胆）的肌肉及内脏中PFOS和PFOA的暴露水平。两种目标物的加标回收率分别为92.0%和107.0%，LOQ分别为7pg/g和46pg/g。柳思帆等[22]采用SPE前处理与HPLC-MS/MS相结合的方法，分析测定了鱼样品中包括PFOS、PFOA等12种PFCs的含量。其在Higgins等[23]方法上进一步优化，在样品中加入醋酸铵与TBAHS，加入MTBE萃取3次。用超纯水定容再用SPE法，甲醇和氨水甲醇溶液洗脱，氮气浓缩后进液相色谱检测。虽然其前处理方法较为繁琐，但其得到了良好的回收率。郭萌萌等[24]利用液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱，建立鱼肉中18种PFCs的分析方法。样品经90%乙腈溶液提取，SPE柱净化，C18色谱柱分离，液相色谱-串联质谱（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）检测定量。结果相关系数≥0.99，LOD为0.02 μg/kg～0.50 μg/kg。加标回收率为61.7%～122%，相对标准偏差为6.9%～18.8%。此方法前处理方法较为简便，部分化合物的灵敏度相较其他方法有些提高。

1.4 肉类

陆生肉类膳食是人体暴露PFOA的主要途径，有研究表明约93.2%的PFOA来自于陆生肉类食品。白润叶等[25]对中国部分生产区鸡肉和羊肉中PFCs进行检测。采用了一种快速、简便、安全、价格低廉（quick、easy、cheap、effective、rugged、safe，QuEChERS） 的前处理方法，先将样品中加入乙腈和盐酸溶液之后加入NaCl，离心管中富集、净化、离心，氮气浓缩，最终使用HPLC-MS/MS检测。结果表明19种PFCs在0.02 μg/L～5.0μg/L范围内线性良好，鸡肉的LOD为0.000965μg/kg～0.017 0 μg/kg，LOQ 为 0.003 22 μg/kg～0.056 7 μg/kg。在0.5、1.0、2.0μg/kg加标浓度下，回收率为 88%～111%；羊肉的 LOD 为 0.001 79 μg/kg ～0.014 2 μg/kg，LOQ 为0.005 97 μg/kg～0.047 3 μg/kg。在 0.5、1.0、2.0 μg/kg 3个加标浓度下，回收率范围为95%～107%。温泉等[26]采用碱消解-固相萃取相结合的样品前处理方法，分析检测猪肉肌肉组织中的PFOS和PFOA。以C18柱为液相分离柱，乙腈-乙酸铵溶液梯度洗脱溶液，PFOS和PFOA在10 min内即能达到良好分离，且样品回收率在70%～100%之间。

2 讨论

目前对于PFCs检测的前处理技术主要是离子对液液萃取、液液萃取、液固萃取、碱消解法及固相萃取等方法。这几种方法对于不同样品中PFCs的提取各有优缺点：离子对液液萃取法和液液萃取法相似，应用于液体食品中（主要是乳制品、蛋类），对样品的处理效果好，加标回收率高，相对于其他萃取剂，MTBE效果较好。但此方法操作较为繁琐，不适于大批量样品的检测。液固萃取法主要用于固体食品的前处理提取，常用的提取液是甲醇或乙腈，同时配合超声或离心震荡等辅助萃取技术，以提高提取效率，减少提取时间。碱消解法是通过向食品中加NaOH，对样品进行消解，但因其与酶解的过程相似，消耗时间较长（17 h）[20]，亦不是理想方法。固相萃取是一种简便高效的前处理方法，其消耗溶剂较少，操作方式简单，用于对多类型样品中PFCs的浓缩及净化。样品过滤后，可直接经SPE柱净化，目前常用的萃取柱有HLB和WAX柱，而对于一些比较复杂的样品，该技术一般要同其他样品前处理技术联合使用。

目前对PFCs各种基质的检测方法中，可以应用气相色谱（gas chromatography，GC）或者气相色谱-串联质谱法（gas chromatography-mass spectrometry，GCMS）或是LC-MS的方法测定。而对于GC法测定的报道较少。其原因是由于PFCs不具挥发性，检测时要对其做衍生化处理，这对于检测的灵敏度和仪器的保护都有多少程度的影响。Sheryl A.Tittlemier等[27]采用气相色谱-化学电离串联质谱法（gas chromatographychemical ionization-mass spectrograph，GC-CI-MS）测定了鱼类中3种PFCs的含量，回收率在74%以上。而研究者们普遍倾向于用HPLC-MS/MS的方法，其相对于LC-MS进一步提高了准确性和选择性，降低了检出限。近年来，学者们对于各种基质食品样品的检测，大多采用HPLC-MS/MS的方法。本文收集了国内外食品农产品中PFCs分析研究技术的相关文献，整理了不同研究人员应用其前处理和检测方法所得到的结果和优缺点具体见表1。

表1 食品农产品中全氟化合物检测技术的比较Table 1 Comparison of PFCs detection techniques in food and agricultural products

3 展望

本文通过近年来学者们对检测多种类型的食品中PFCs应用的提取技术及定性定量检测技术进行综述，通过分类对比分析，阐述不同基质食品中现今较为普遍的前处理方法，对今后的研究者提供了理论基础和试验借鉴。

开发建立不同食品基质中PFCs的前处理技术及检测方法是今后研究的一大热点。其前处理技术发展方向不仅能快速简便且选择较好的处理样品，避免溶剂的浪费和对环境的二次污染；同时降低技术成本和提取时间，能满足大批样品的检测需求。近年来，固相微萃取技术（solid-phase microextraction，SPME）作为一种无溶剂样品制备技术，具有简单、快速、高效、少溶剂的特点，已广泛应用于多种有机物的分析提取[28-29]。相较于液液萃取和固相萃取，其能够更简单的对目标化合物进行富集，避免大量溶剂的使用[10]。目前SPME技术对于食品中提取PFCs的应用非常少，但SPME在有机物提取上的优势，使其在液质食品中提取PFCs的前景非常广阔。基质固相分散（matrix solid phase dispersion，MSPD）作为一种快速样品前处理技术，浓缩了传统的样品前处理中的样品匀化、组织细胞裂解、提取、净化等过程，不需要进行组织匀浆、沉淀、离心、pH值调节和样品转移等操作步骤，避免了样品的损失，现广泛应用于食品分析行业[30]。QuEChERS是近年来国际上发展起来的一种新的样品前处理方法，多用于食品及农产品中化合物的检测。其精度、准确度和回收率高，分析速度快，溶剂用量小，污染低，操作简便，能满足对PFCs前处理技术的要求。我国是人口、贸易大国，食品的产生和消耗量都非常高。建立PFCs快速、低成本、无二次污染的检测技术对于我国居民身体健康和国家的进出口贸易都有着积极深远的影响。