方案分享 | 新污染物筛查难？高分辨质谱提供解决方案

2023-05-12 13:02:47, 沃特世沃特世科技（上海）有限公司

新污染物定义：“新污染物”是指由人类活动造成的、目前已明确存在、但尚无法律法规和标准予以规定或规定不完善，危害生活和生态环境的，所有在生产建设或者其他活动中产生的污染物。相较于传统的二氧化硫、氮氧化物等污染物，大部分新污染物持久性、累积性、迁移性的特征更为明显，因为其能在环境中持久存在，治理难度远超传统的污染物。“十四五”规划提出，“新型污染物”和“新兴污染物”两种学术界长期并存的称呼被统称为“新污染物”。

使用沃特世全氟化合物筛查解决方案针对某城市水体进行全氟化合物监测

全氟化合物（Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS），即全氟和多氟烷基物质，是一系列非天然人工合成有机化合物，主要由碳原子和氟原子构成，同时具有亲水性功能团及疏水性烷基侧链，还具备耐火性、高稳定性和持久性，因此在各行业中被广泛采用。多用于纺织、表面活性剂、食品包装、不粘涂层、灭火泡沫等领域，但因其具有高热稳定性和化学稳定性，可在环境中持久存在，几乎不被生物降解。

已有相关标准，能够准确定量的PFAS相关物质仅有几百种，但是全氟化合物的种类和数量已经超过10,000种，只占很少一部分，仍有大量新型和未知的PFAS分析需求和挑战亟待解决。

1.1

面对不同环境样品，种类众多，含量差异大（微量，痕量，亚ppt级别）的PFAS分析，沃特世液相色谱-高分辨质谱全氟化合物筛查解决方案区别于传统液相色谱-串联四极杆质谱方法。该方法可以进行高通量、高灵敏度筛查，一次进样可以同时完成几千种目标全氟化合物筛查，筛查灵敏度高，且不需要全氟化合物化合物标准品（或很难获得标准品）。通过针对湖泊、地下水、自来水及质控样品等水体筛查结果显示，本解决方案能够快速、准确的完成水体中全氟化合物的监测工作。

液相色谱-高分辨质谱全氟化合物（PFAS）筛查数据库特点：

液相色谱-高分辨质谱全氟化合物筛查数据库包括该化合物的化学式、结构式及CAS号等信息（图1）,筛查数据库的全氟化合物数量包括近5000种，既可以满足UPLC-QTof，又可以满足GC-APGC-QTof在日常水体样品的全氟化合物筛查工作。

液相色谱-高分辨质谱全氟化合物（PFAS）筛查数据库准确性及灵敏度测试：

以超纯水为空白样品，向空白样品中添加10个已知目标全氟化合物为质控样品（QC样品，浓度为10 ng/mL），QC样品的筛查结果如下（如图2），其中10种全氟化合物色谱图如下（图3），其中目标化合物之一Perfluorooctanesulfonic acid的信噪比为13,174。

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使用以上液相色谱-高分辨质谱全氟化合物筛查解决方案分别针对某湖泊、地下水和城市自来水等水体样品进行全氟化合物筛查，其筛查到地下水中全氟化合物数量、种类远少于地表水及湖泊水体。其中，筛查到湖泊水体中某种全氟化合物结果展示如下：

waters_connect软件在全氟化合物筛查应用特点介绍：

waters_connect软件结构解析工具
waters_connect软件“发现设置”中包括很多功能强大的结构解析工具，下面以“通用碎片离子设置”为例进行简单介绍。
我们知道，许多PFAS类化合物通常具有相似的碎片结构，这可能导致当它们受到碰撞诱导解离（CID）时产生通用碎片离子。这些常见的结构信息可用于可疑分析，一旦常见的碎片确定，它们可以输入到“通用碎片离子”化学式（图6），处理方法的搜索条件中包括这些共同的结构特征。图7 中的“组件概要”表显示了具有常见碎片的PFAS，m/z 79.95736（SO3）和m/z 98.95577（FSO3）。碎片也反映示例中具有这些共同特征的多个碎片。
筛查常见碎片是鉴定潜在未知PFAS的一种方法，有些PFAS可能不存在筛查数据库中。一旦使用通用碎片过滤进行了潜在的鉴定，该组分就可以使用发现工具进行解析，以识别未知组分的潜在结构。

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waters_connect未知组分鉴定工具
首先，选择某未知组分进行化合物鉴定（如图8），再选择“元素成分”分析后获得该组分“化学式”（如图9），之后再选择waters_connect软件内嵌ChemSpider网站在线数据库（如图10）检索得到可能的鉴定结果（如图11），最后，确认鉴定结果无误点击“分配”。最终可以在ChemSpider网站上查看该化合物鉴定结果信息（图12）。

1.2

使用沃特世APGC-QTof全氟化合物筛查解决方案针对某城市水体进行全氟化合物监测，本方案中全氟化合物筛查解决方案借助APGC离子源，该技术属于“软电离”技术（区别常规GC-MS/MS的EI电离源），能够得到明显的化合物分子离子峰，从而能够极大提升质谱的仪器灵敏度。同时，借助APGC离子源还可以与电喷雾离子源（ESI）进行自由切换,同一台质谱即可“气质”又可“液质”的想法得以完美实现。结合了大气压电离技术与高分辨质谱的双重优势的GC-APGC-QTof，克服GC-EI-MS的固有的缺点，得到越来越多研究人员的广泛认可，并应用于靶向和非靶向化合物筛查分析中。

某城市水体样品中丰富的化合物色谱信息：

某城市水体样品中添加已知全氟化合物标准物质（QC样品）监测结果：

使用沃特世GC-APGC-QTof筛查解决方案针对某城市水体进行PPCPs环境污染物监测

PPCPs全称是Pharmaceutical and Personal Care Products，是一种“新污染物”，包括各类抗生素、人工合成麝香、止痛药、降压药、避孕药、催眠药、减肥药、发胶、染发剂和杀菌剂等。许多PPCPs组分具有较强的生物活性、旋光性和极性，大都以痕量浓度存在于环境中。大多数PPCPs会以原始或被转化形式排入到污水中，并随污水进入污水处理厂。欧洲和北美都曾有文献报道，在城市污水处理厂排放口检测到一定浓度的PPCPs和天然雌激素。