美国EPA使用TD-GC-MS方法进行PFAS管理控制的研究

什么是PFAS

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PFAS是包含6000多种物质的一类化合物。通常被定义为含有一个或多个碳原子的脂肪族化合物，其中所有氢原子都已被氟原子取代。由于定义宽泛，众多化合物被归类为PFAS。

截至2021年，《斯德哥尔摩公约》已经限制了两种PFAS化合物（全氟辛烷磺酸PFOS和全氟辛烷磺酸PFOA（图1））的使用和生产，而第三种（全氟辛烷磺酸PFHxS）预计也将受到限制而逐步淘汰。PFOA被认为“对环境和生物的影响具有持久性，生物累积性，是有毒有害的物质，因而受到高度关注。” 这也是PFAS这类化学物质开始受到关注的原因之一。

图1：PFOS（左）和PFOA（右）的化学结构。

PFAS由于其耐热和耐污的特点，被广泛应用于各种产品中，例如不粘锅、防水衣物，还可用于半导体和消防泡沫。因此，除了限制这些化合物在生产过程中向空气、水和土壤释放之外，监管部门还应对含有PFAS产品进行安全处置和清理。

美国环保署于2021年2月发表标题为 “Low temperature thermal treatment of gas-phase fluorotelomer alcohols by calciumoxide”（使用氧化钙对气相氟代端粒醇的低温热处理）的论文，该论文重点研究中性PFAS物种氟代端粒醇，使用两种分析技术–化学电离质谱（CIMS）和热脱附（TD）联用气相色谱（GC）–质谱（MS）来监控焚烧过程中化合物的分解。该方法有效优化处理工艺，在低温条件下进行反应，可降低由于不完全分解导致PFAS化合物排放到空气中的风险。

使用TD–GC–MS方法规避LC–MS方法的难点

这篇论文中不仅讨论了如何避免PFAS散发到空气的解决方案，而且采用TD-GC-MS进行分析，毕竟TD-GC-MS在这类应用中并不常见。文中还解释了采集气态PFAS化合物时的一些常见误解。

检测气态样品中的PFAS主要是通过LC-MS而不是GC-MS。但对于有些挥发性更强的PFAS，例如氟调聚物醇，使用LC检测的难度很大。另外采集气态化合物时使用的吸附剂（例如PUF和XAD）也难以捕集挥发性较强的化合物，因此可采用TD-GC-MS方法。该技术已经广泛用于监测空气中的有机化合物，包括超挥发物。

不使用LC-MS采集气态样品的另一个优势是，可避免在色谱系统中和样品提取时使用溶剂。分析PFAS时可能引入的污染包括溶剂和采样介质。由于TD–GC–MS技术无需溶剂，因此本文并未详述溶剂的问题，但仍需要考虑其他污染源。

在许多实验室中，PFAS污染可能来自于PTFE。采用LC方法分析时需要使用溶剂萃取，溶剂萃取时PTFE会从材料中被浸出，因而该方法长期被人诟病。EPA研究人员希望证实PTFE浸出不会影响研究，他们从熔炉和采样机中收集了空白样品，空白样品经过PTFE接头和传输线，以验证是否引入氟化物。使用Markes TD100-xr™进行分析发现，所有空白样品均不含氟化物，证明管内的PTFE接头和吸附剂适用于PFAS采样。

非选择性TD采样的优势

与许多PFAS检测和研究项目一样，这篇EPA论文有目标化合物。但是，研究人员指出，由于TD采样方法的非选择性，我们不仅可以查看目标化合物，还可以发现在热处理过程中会产生了哪些化合物，包括其他PFAS。PFAS碎片结果表明PFAS受到破坏后分解不完全，而那些仅针对目标化合物的检测技术则可能会忽略这些碎片。此外，使用TD方法也可以在该实验中检测其他非PFAS的挥发性有机物VOC。