樣品處理及零污染工作流程的關鍵

全氟/多氟烷基物質 （PFAS） 作為自 1950 年代以來被廣泛使用的「永久化學物質」，其在環境中的廣泛分布和潛在毒性，使其成為近二十年來全球環境與健康監管的焦點。 由于監管要求檢測的濃度已達 ng/L （ppt） 的超痕量等級，對實驗室而言，*的檢測與定量 （LC-MS/MS） 成為確保水質安全的首要挑戰。

本文旨在探討水樣中PFAS的規范及檢測，包括飲用水、地表水、廢水，并探討如何優化實驗流程并確保法規符合性。

內容大綱

PFAS 是什么？

PFAS （Per- and polyfluoroalkyl substances） 是一大類人工合成的氟化脂肪族化合物，由于其具有高度穩定性，被廣泛用于消費品和工業領域。 PFAS 涵蓋超過 10,000 種化合物，常見且受到嚴格監管的代表性化合物包括：全氟辛酸 （PFOA）、全氟辛烷磺酸 （PFOS）、全氟壬酸 （PFNA）、全氟己烷磺酸 （PFHxS） 等。

PFAS 因具有極高的熱穩定性和化學穩定性，能夠抵抗水、脂質、高溫、光照和微生物降解 （degradation），因此自 1950 年起就被廣泛應用于消費品與工業領域。 然而，這種極端的持久性（persistence）使PFAS在環境中難以分解，并易于累積于生物體內（bioaccumulation）。 因此，PFAS 被稱為「永久化學物質 （forever chemicals）」，且屬于受國際管制的持久性有機污染物質 （Persistent Organic Pollutants， POPs） 的一員。

PFAS 的應用、來源

PFAS 因其疏水性、疏油性和表面活性劑 （surface-active agents） 特性，被廣泛應用于多種產品中：

• 工業用途：消防泡沫 （firefighting foams）、半導體制程、特用化學材料等。
• 消費性產品：防污地毯 （stain repellents）、防水衣料、食品包材、不沾鍋具、化妝品、油漆等。

這些含 PFAS 的消費性產品、制造場所、廢棄物（如垃圾掩埋場）以及使用過程的釋放，都是 PFAS 進入環境 （水、土壤、底泥） 及污染的可能來源。

PFAS 的健康與致癌風險

PFAS 的持久性也導致它在環境中廣泛分布，更可通過環境污染進入食物鏈（food supply）進而出現于人類和生物體中。 人體主要的暴露來源是食物攝入，過量的 PFAS 可能導致一系列健康問題及致癌風險，包括：

• 代謝與器官：膽固醇升高、肝酵素升高、甲狀腺疾病等。
• 免疫與生殖： 免疫系統抑制、降低生育能力、新生兒神經發育及生殖功能障礙等。
• 致癌風險： 國際癌癥研究署 （IARC） 已將 PFOA 列為 Group 1「人類致癌物」，將 PFOS 列為 Group 2B「人類可能致癌物」。

為減少持久性有機污染物質（POPs）的危害，國際間自2009年起簽署《斯德哥爾摩公約》，逐步將PFAS與相關化合物列入管制范圍，目的在于管制并消除POPs造成的環境污染。

延伸閱讀：食品中PFAS的檢測：QuEChERS*前處理

為什么世界各國開始關注 PFAS？ 新興的環境挑戰

雖然 PFAS 這類物質已被廣泛應用數十年，但在過去的二十年中，人類對于這些化合物在環境的行為及毒理學效應有更深入的了解。

PFAS 的某些亞類 （subgroups of PFAS） 表現出的關鍵特性使其成為全球監管的焦點：

• 可能在生物體內累積 （bioaccumulation）：存于食物鏈而出現在人類和動物的血液、組織中。
• 在水、土壤和空氣中具有高流動性 （high mobility）：導致 PFAS 在全球范圍內廣泛分布。
• 長距離輸送潛力 （long-range transport potential）：在偏遠的極地地區也發現 PFAS 的蹤跡。
• 對人類和環境產生影響的毒理學效應 （eco-， toxicological effects）：許多研究已證實 PFAS 對環境及健康的影響，且多地的監測濃度已超過潛在風險值。

PFAS 飲用水相關法規及標準

針對 PFAS，全球監管趨勢日益嚴格，各國對地表水及地下水的 PFAS 也制訂相關限值。 而針對飲用水，美國、歐盟和中國臺灣等地區均已制定或正在制定飲用水及環境水質的 PFAS 標準，如下表所示：

* US EPA 混合物定義：針對含有兩種或兩種以上的 PFHxS， PFNA， HFPO-DA 和 PFBS 混合物，需使用危害指數 （Hazard Index， HI）。

PFAS 水樣檢測步驟

由于 PFAS 的毒性風險及極低濃度檢測需求 （ppt級別） ，檢測方法通常以液相層析串聯質譜法 （LC-MS/MS） 為核心。 為了達到低檢測極限 （LOQ） 和高準確性，且通常需要先進行固相萃取 （SPE） 以濃縮樣品并去除基質干擾。

PFAS 水樣分析通常遵循如 US EPA Method 1633 或 EPA Method 533/537.1 等國際方法。 下以「水中全氟與多氟烷基物質檢測方法-液相層析串聯式質譜儀法」（NIEA W542.52B） 為例，通常水樣 PFAS 檢測主要分為 4 大步驟：

1. 樣品采集及準備 （Sample Collection and Preparation）

使用聚丙烯 （PP） 或聚乙烯 （PE） 材質的樣品瓶進行采集，應避免使用玻璃材質樣品瓶進行采集，以免 PFAS 吸附玻璃表面。 NIEA W542.52B 指出在樣品前處理前，應添加中間內標準品溶液。

2. 樣品萃取與濃縮 （Extraction and Concentration）

? 直接注入法：對于干凈基質，可采直接注入法，或搭配離心及過濾進行處理。

? 固相萃取法：對于復雜基質或當目標物濃度過低時，可透過固相萃取 （SPE） 將大體積水樣中的PFAS濃縮，以達到低檢測極限。 *后沖堤液（eluate）以氮氣吹干裝置（nitrogen evaporator）濃縮至干或近干，以甲醇回溶并定量。

* SPE 管匣：建議使用 Waters Oasis WAX 150 mg、Waters Oasis WAX Plus 225 mg 或同級品。

延伸閱讀：固相萃取 （SPE）

3. 樣品凈化 （Clean-up） – 選擇執行

如果樣品中存在干擾物質，必須使用適當的前處理程序去除干擾，如凈化步驟。 如US EPA Method 1633在萃取后添加Supelclean? ENVI-Carb?塊狀吸附劑進行分散凈化，隨后離心過濾以降低對LC-MS/MS分析的影響

4. 分析與定量 （Analysis and Quantification）

選擇 PFAS 分析適用管柱 （column） 以確保分離效率和分辨率，并使用高效液相層析儀耦合串聯質譜儀 （LC-MS/MS） 進行分析。 定量通常透過比較待測物與內標準品校正過程損失及基質效應，從而提高準確性。

* 層析管柱：建議使用ACQUITY UPLC HSS T3管柱，1.8 μm（粒徑），2.1 mm（內徑）×100 mm（長度）或同級品。

PFAS 檢測注意事項：污染預防至關重要

PFAS 的極端持久性 （persistence） 和無處不在的特性，意味著實驗室必須實施零污染工作流程，以避免交叉污染或背景污染，這在痕量分析中尤為重要。

1. 容器及設備：

? 應使用聚丙烯 （Polypropylene， PP）、高密度聚乙烯 （HDPE） 材質容器，使用前以甲醇潤洗并風干。

? 應避免使用玻璃材質容器及移液管，避免 PFAS 吸附到玻璃表面影響結果。

? 上機分析時，應使用 PP 或 PE 材質的 vial 瓶。

2. 溶劑與水質：

? 必須使用經過 PFAS 測試的高純度 LC-MS 級溶劑。

? 實驗用水必須使用超純水 （如Milli-Q? 水純化系統），確保水中無可檢測的 PFAS。

3. 避免使用含氟材料：

? 檢測過程中應嚴格避免使用含氟聚合物的耗材及設備，如 PTFE、FEP 等。

4. 控制儀器系統污染：

? 由于 LC 系統的泵、管線本身可能釋放 PFAS 背景污染，必要時建議安裝 PFAS 遲滯管柱 （delay column） 來延緩儀器背景中的 PFAS，降低干擾。

參考文獻

• USEPA: Final PFAS National Primary Drinking Water Regulation
• EEA: PFAS pollution in European waters
• PFOS and PFOA in Drinking-water: Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality
• 水質保護網：從生活到飲水，你需要認識的PFAS
• Method 1633A, Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Aqueous, Solid, Biosolids, and Tissue Samples by LC-MS/MS
• 水中全氟與多氟烷基物質檢測方法-液相層析串聯式質譜儀法」（NIEA W542.52B）