2023-05-17 14:06:26, 沃特世 沃特世科技(上海)有限公司
全氟烷基物质和多氟烷基物质(PFAS)是B类水性成膜泡沫(AFFF)的主要成分,用于消防响应和培训活动。但在某些情况下,它们可能导致消防训练场(FTG)混凝土板中的PFAS受到污染。其中全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟己烷磺酸(PFHxS)是两种传统AFFF的成分。因此,受AFFF影响的FTG混凝土可能成为PFAS释放的次要来源。了解受AFFF影响的混凝土中PFAS的异质性和垂直分布对于风险管理和潜在修复非常重要。
有些研究使用不同方法来定量,以可视化混凝土芯片中不同深度处PFAS的分布情况,如钻样品、提取和色质谱(LC-MS/MS)分析等方法。目前认为,PFAS受AFFF的影响程度,可能与其使用频率、类型以及环境条件等因素有关。因此,了解PFAS在混凝土中的分布与代谢就需要先评估材料中的PFAS特异性和垂直分布。然而,由于混凝土基质的特殊性,使用之前描述的方法检测混凝土内部PFAS,检测分辨率会受到阻碍,进而影响检测结果。DESI MSI是一种成像技术,可以高分辨率表面成像化学物质。与真空基质辅助激光解吸电离(MALDI)仪器相比,DESI可以人工干预,以检查异常形状的样品,而MALDI则需非常平整的样本,这样它们才可以安全地加载,而不会在样品导入过程中损坏源的组件。虽然DESI MSI已经应用于各种化学物质、材料表面和生物样品中,但尚未在多孔介质(如混凝土)中得到广泛应用。因此,本研究评估了DESI在分析混凝土中PFAS方面的潜力。
图1. (A) 由 DESI MSI 测定的 PFOS(m/z 498.9306 ± 9.6 ppm)的光学成像。(B和C)分别由LC-MS/MS和对照样品测定的PFOS浓度。(D)照片显示混凝土样品(核心D2和D)。全氟辛烷磺酸根据其离子强度可视化,并通过RMS归一化。色标的增加表示PFOS的离子强度从0%增加到100%。
图2. (A)由DESI MSI测定的全氟己烷磺酸(m/z 398.9387 ± 9.6 ppm)的光学图像。(B和C)分别通过LC-MS/MS和对照样品测定的PFHxS浓度。(D)混凝土样品(核心D2和D)。全氟己烷磺酸根据其离子强度可视化,并通过RMS归一化。色标的增加表示PFOS的离子强度从0%增加到100%。
作者使用DESI MSI技术分析AFFF污染混凝土中PFOS和PFHxS化合物的实验结果。实验发现,分子离子[M-H]−的m/z值分别在498.9291和398.9355处实现,并且质量分辨率在145 K和158 K之间。PFOS和PFHxS的垂直分布轮廓显示出不同的状态(图1A和图2A),其中PFOS在混凝土切片顶部分布的强度最高,而PFHxS则在切片中部呈最高强度。DESI MSI数据显示PFHxS和PFOS的分布轮廓存在一些差异,比核心侧壁钻取LC-MS/MS数据具有更高的分辨率(图1B和图2B)。两种化合物的垂直分布与使用LC-MS/MS分析提取物的各自浓度分布完全一致(图1C和2C)。PFHxS的强度在核心D的1-4 cm深度和核心D2的2-6 cm深度处最大,而PFOS的峰值强度在两个核心的0-4 cm深度处最大。强度梯度从上到下递减。白色、粉色和红色区域代表所选PFAS的最高强度(图1和2)。虽然样品提取物的LC-MS/MS分析可能更灵敏,更适合绝对定量,但DESI MSI允许通过在表面区域生成像素大小为30-200 μm的分布图像进行更全面的分析。
本研究使用了DEPI MSI技术评估混凝土材料中PFAS的分布情况,并发现该技术具有潜力成为一种前景广阔且可靠的工具。相较于岩心钻探样品的LC-MS/MS分析,使用DESI MSI技术可以获得更高的空间分辨率(20 μm像素大小),从而更全面地了解PFAS在多孔介质中的分布情况。此外,通过结合LC-MS/MS绝对量化和DESI MSI高分辨率空间分布图数据,可以更深入地了解PFAS在混凝土中的垂直分布和相对丰度,揭示出AFFF影响混凝土芯中PFAS和其他相关化合物的分布情况。本研究认为,进一步的研究可能使DESI MSI能够独立使用,成为评估和表征AFFF影响混凝土或其他基质的有用技术。
这项研究强调了PFAS的DESI MSI将给具体管理和修复带来的好处。特别是DESI MSI揭示了混凝土的顶层是受污染最严重的,这可能会指导决定可能需要移除多少混凝土来修复受污染的场地。一旦被污染的层被移除,下层可以使用防水密封剂密封,以防止任何剩余的PFAS浸出。在检查配方中可能使用了受PFAS污染的混凝土的改良材料时,DESI MSI也体现出了它的应用潜力。除此以外,DESI MSI对混凝土的分析还很可能可以扩展到其他的有机化学物质,例如混凝土外加剂(例如超塑化剂和加气剂),如果它们添加的剂量不当,可能会在建筑施工期间和之后引起问题。
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