常見46種PFAS及樣品前處理解決方案

PFAS(全氟/多氟烷基化合物),為高度穩定且難降解的人工化合物,廣泛存在於環境甚至生物體中,對人類健康構成風險。根據EPA 1633標準,Biotage提供對應的樣品前處理方案,透過高效均質、萃取、濃縮技術,提升分析準確性與效率,以因應日益嚴格的國際監測需求。

Poly- and Perfluoroalkyl Substances Sample Prep Workflow —Biotage

全氟/多氟烷基化合物(Poly- and Perfluoroalkyl Substances, PFAS)

全氟/多氟烷基化合物是一類高度穩定的人工合成化合物,具備良好的疏水與疏油性,並能抵抗熱環境與化學腐蝕。這些化合物早在 1930 年代就被創造出來,人類迅速熱情擁抱這一神奇的化合物的獨特性質;並在接下來的幾十年中,迅速被應用於各類產品中,包括不沾鍋塗層、防水防油布料、滅火泡沫、包裝材料、潤滑劑、電子材料及實驗室耗材等。

其卓越的化學穩定性與惰性,使其在製造與消費性產品中展現出顯著優勢。然而,也正因如此,此類型化合物難以自然分解,導致其在環境中高度持久,最終累積於水源、土壤、動植物甚至人體中,成為長期環境污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)的一員。1970 年代初期,即有研究指出此類化合物會在野生動物與人體內生物累積,後來更發現這些化合物會隨著食物鏈逐級被放大,自此引起環保與公共健康領域的廣泛關注。

全氟和多氟烷基化合物(PFAS)於生活環境中的循環
Sunderland et al. J. Expos Sci & Epidemiol, 2019

對於我們的空氣、水源和土壤中存在的PFAS的檢測,已確認這些物質作為持續存在的污染物,對人類健康構成重大風險。已有研究指出,特定的化合物可能會造成肝功能異常、免疫系統失調、內分泌干擾、胎兒發育影響,甚至特定癌症(如腎癌、睾丸癌)有潛在關聯。

Wikimedia Commons contributors, “File:Effects of exposure to PFASs on human health.svg“, Wikimedia Commons, (accessed August 27, 2024).

各國正加強此類化合物的監控與管理,包括制定標準方法、限制排放濃度及清除污染熱點。環境部與衛福部亦高度重視環境與健康風險,並積極強化對其管理;除《毒性及關注化學物質管理法》列管的項目外,環境部已於2024預告,將列管包括 PFOA、PFOS、PFHxS 在內的全氟辛烷磺酸及其鹽類與相關化合物、全氟辛酸及其鹽類與相關化合物,共357種毒性化學物質,全面禁止製造、輸入與販售,僅保留科研與教育用途;並且於《飲用水水質標準》中,明確設立含量上限,為亞洲首例制定該類標準的國家。


樣品前處理方法與 EPA 1633

除了針對飲用水的 EPA 537、EPA 537.1及EPA 533 的公告方法外,美國環保署於 2021 年開始發展標準分析方法 EPA 1633,陸續經過2022到2023年間的三次修訂,於2024年1月發佈草案的最終版本。此方法根據不同的基質及樣品條件,此方法針對40種全氟/多氟烷基化合物 (PFAS) 提供建議的樣品製備流程。並結合24種萃取內標 (Extractable Internal Standards; EIS) 與7種非萃取內標 (Non-extractable Internal Standards; NIS) 進行定量分析。

EPA 1633 方法依據不同樣品基質特性,規劃了對應的前處理步驟,包括水樣(Aqueous)、固形物(Solids)、組織樣本(Tissues)三大類型。每一類型根據其物理化學性質,提供合適的製備步驟,包括樣品均質化(Homogenization)、液固萃取(Liquid Solid Extraction; LSE) 、固相萃取(Solid Phase Extraction; SPE)、淨化(Cleanup)、濃縮(Concentration)、溶劑移除(Solvent Evaporation)。

基質(Matrix)說明(Description)樣品量 (Volume or Mass)均質與萃取萃取及淨化濃縮和溶劑移除
水樣(Aqueous)水、污泥、類似樣品
固形物含量 < 50 mg
水 (125 – 250 mL)
濾液 (100 mL)
V
固形物(Solids)土壤、沉積物和生物固體
固形物含量 > 50 mg
土壤、沉積物 (5 g)
生物固體 (0.5g)
VVV
組織(Tissues)全魚、魚片及其他組織組織 (1 -2 g)VVV
美國 EPA 1633 全氟/多氟烷基化合物樣品分析方法的基質種類

Biotage 解決方案

Biotage 作為樣品處理與純化技術的領導廠商,針對環境、生物基質、以及食品中的 PFAS 檢測流程,提供完整、模組化且相容於多種標準方法的前處理解決方案。這些系統強調處理效率、穩定性、與自動化操作,協助實驗室簡化流程、減少污染風險並提升再現性。

使用 Biotage® Lysera,可快速對土壤、固體樣品與生物組織進行均質處理,確保樣品的代表性。並實現在同一個樣品管中,同步完成均質與液固萃取的高效操作,不僅簡化了操作步驟,亦避免樣品轉移時可能產生的污染與損耗風險。
固相萃取及淨化 (Solid Phase Extraction and Cleanup)
Biotage 提供多種 SPE 平台以支援自動或手動的樣品萃取需求,從高通量的Biotage® Extrahera™全自動萃取工作站,到PRESSURE+正壓固相萃取裝置與 VacMaster™負壓萃取平台,皆可靈活應用於不同實驗室配置,以及不同的樣品種類和規模。
固相萃取可在保留目標分子的同時,有效移除潛在干擾物,達到樣品淨化的目的,確保後續 LC-MS/MS 定量分析的靈敏度與精度。
萃取管柱 (Consumables)
根據當地法規、樣品基質和實驗室的不同需求,全球範圍內有多種樣品前處理方法。Biotage亦提供對應的PFAS萃取耗材選擇,以符合各種主要的分析方法。
  • EVOLUTE® PFAS – 適用於 ISO 21675、DIN 38407-42
  • ISOLUTE® PLD for PFAS – 適用於血清、血漿、全血、尿液等液體樣品
  • EVOLUTE® EXPRESS WAX – 適用於各式生物性或水相樣品
  • Biotage® Mikro WAX – 適用於各式生物性或水相樣品
  • EVOLUTE® PFAS 533 – 適用於 EPA 533
  • ISOLUTE® 101 – 適用於 EPA 537.1
濃縮和溶劑移除(Concentration and Solvent Evaporation)
PFAS分析的前處理需要使用乾淨、可靠且經濟實惠的濃縮裝置,以便將萃取液濃縮至適當體積以提升偵測靈敏度。Biotage 提供的 TurboVap® 快速吹氮濃縮裝置具備高效氣流控制、溫度均勻性與防污染設計;並具有全新多功能試管架設計,可以輕鬆應付各種樣品規格與體積。

全球法規與挑戰

隨著公共健康危機意識抬頭,全球對PFAS的監測趨勢日益嚴格。各國已開始實施多種標準方法,以監測這些化合物的濃度,如:

  • 美國: EPA 537、EPA 537.1、EPA 533、EPA 1633、UCMR 5、DoD DOE QsM 5.3
  • 歐盟: EU Drinking Water Directive 6060/1/20 Annex IV
  • 德國: DIN 38407-42
  • 中國: DB32/T 4004-2021
  • 其他: ISO 25101、ISO 21675

在我們比較各種方法及規範時,最大困境之一在於命名系統的混亂。多數全氟/多氟烷基化合物 (PFAS) 在不同研究或監測方法中,使用不同的縮寫、命名方式或結構描述。這對研究人員與分析實驗室造成極大的追蹤與比對難度。

因此,Biotage 內部專家特別建立了一個「PFAS命名轉譯器」表格,以協助研究者將他們遇到的各種名稱,對應至統一的 CAS(化學文摘服務)號碼。Biotage決定將此表格分享給所有人,進一步促進跨方法的資料整合與科學交流。下方表格包含了46種最常見的全氟/多氟烷基化合物及其在我們研究的方法中所使用的各種別名:

CAS化學式 (Formula)分子量
(g/mol)
名稱 (Analyte Name)縮寫
(Abbreviation)
2991-50-6C12H8F17NO4S585.24N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid
2-(N-Ethylperfluorooctanesulfonamido) acetic acid
NEtFOSAA
N-EtFOSAA
2355-31-9C11H6F17NO4S571.21N-methyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid
2-(N-Methylperfluorooctanesulfonamido) acetic acid
NMeFOSAA
N-MeFOSAA
375-73-5C4HF9O3S300.1Perfluorobutanesulfonic acid
Perfluoro-n-butanesulfonic acid
PFBS
335-76-2C10HF19O2514.08Perfluorodecanoic acid
Perfluoro-n-decanoic acid
PFDA
307-55-1C12HF23O2614.1Perfluorododecanoic acid
Perfluoro-n-dodecanoic acid
PFDoA
PFDoDA
375-85-9C7HF13O2364.06Perfluoroheptanoic acid
Perfluoro-n-heptanoic acid
PFHpA
355-46-4C6HF13O3S400.12Perfluorohexanesulfonic acid
Perfluoro-n-hexanesulfonic acid
PFHxS
307-24-4C6HF11O2314.05Perfluorohexanoic acid
Perfluoro-n-hexanoic acid
PFHxA
375-95-1C9HF17O2464.08Perfluorononanoic acid
Perfluoro-n-nonanoic acid
PFNA
1763-23-1C8HF17O3S500.13Perfluorooctanesulfonic acid
Perfluoro-n-octanesulfonic acid
PFOS
335-67-1C8HF15O2414.07Perfluorooctanoic acid
Perfluoro-n-octanoic acid
PFOA
376-06-7C14HF27O2714.11Perfluorotetradecanoic acid
Perfluoro-n-tetradecanoic acid
PFTA
PFTeDA
72629-94-8C13HF25O2664.1Perfluorotridecanoic acid
Perfluoro-n-tridecanoic acid
PFTrDA
2058-94-8C11HF21O2564.09Perfluoroundecanoic acid
Perfluoro-n-undecanoic acid
PFUnA
PFUnDA
763051-92-9C10HClF20O4S632.611-Chloroeicosafluoro-3-oxaundecane-1-sulfonic acid11Cl-PF3OUdS
756426-58-1C8HClF16O4S532.589-chlorohexadecafluoro-3-oxanone-1-sulfonic acid
9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanonane-1-sulfonic acid
9Cl-PF3ONS
919005-14-4C7H2F12O4378.074,8-dioxa-3H-perfluorononanoic acidADONA
DONA
13252-13-6C6HF11O3330.05Hexafluoropropylene oxide dimer acidHFPO-DA
375-22-4C4HF7O2214.04Perfluorobutanoic acid
Perfluoro-n-butanoic acid
PFBA
2706-90-3C5HF9O2264.05Perfluoropentanoic acid
Perfluoro-n-pentanoic acid
PFPeA
PFPA
27619-97-2C8H5F13O3S428.171H,1H,2H,2H-Perfluorooctane sulfonic acid
6:2 Fluorotelomer sulfonic acid
Fluorotelomer sulphonic acid 6:2
6:2 FTS
6:2 FTSA
H4PFOS
39108-34-4C10H5F17O3S528.181H,1H, 2H, 2H-Perfluorodecane sulfonic acid
8:2 Fluorotelomer sulfonic acid
Fluorotelomer sulphonic acid 8:2
8:2 FTS
8:2 FTSA
335-77-3C10HF21O3S600.15Perfluorodecanesulfonic acid
Perfluoro-n-decanesulfonic acid
Perfluorodecane sulfonic acid
PFDS
4151-50-2C10H6F17NO2S527.2N-ethyl perfluorooctanesulfonamideN-EtFOSA
NEtFOSA
754-91-6C8H2F17NO2S499.15PerfluorooctanesulfonamideFOSA
PFOSA
31506-32-8C9H4F17NO2S513.17N-methylperfluorooctanesulfonamide
N-methyl perfluorooctanesulfonamide
N-MeFOSA
NMeFOSA
16517-11-6C18HF35O2513.169Perfluoro-n-octadecanoic acidPFOcDA
PFODA
67905-19-5C16HF31O2814.13Perfluoro-n-hexadecanoic acidPFHxDA
2706-91-4C5HF11O3S350.11Perfluoropentanesulfonic acidPFPeS
PFPS
375-92-8C7HF15O3S450.12Perfluoroheptanesulfonic acid
Perfluoro-n-heptanesulfonic acid
Perfluoroheptane sulfonic acid
PFHpS
70887-84-2C10H2F16O2458.18:2 Fluorotelomer unsaturated carboxylic acid8:2 FTUCA
678-41-1C20H9F34O4P990.28:2 Polyfluoroalkyl phosphate diester8:2 diPAP
757124-72-4C6H5F9O3S328.151H,1H, 2H, 2H-Perfluorohexane sulfonic acid
Fluorotelomer sulphonic acid 4:2
4:2 FTS
68259-12-1C9HF19O3S550.14Perfluouononanesulfonic acid
Perfluouononane sulfonic acid
PFNS
151772-58-6C5HF9O4296.04Nonafluoro-3,6-dioxaheptanoic acidNFDHA
113507-82-7C4HF9O4S316.1Perfluoro(2-ethoxyethane)sulfonic acidPFEESA
377-73-1C4HF7O3230.04Perfluoro-3-methoxypropanoic acidPFMPA
863090-89-5C5HF9O3280.04Perfluoro-4-methoxybutanoic acidPFMBA
749786-16-1C11HF23O3S650.15Perfluoroundecane sulfonic acidPFUnS
PFUnDS
79780-39-5C12HF25O3S700.16Perfluorododecane sulfonic acid
Perfluorododecanesulfonic acid
PFDoS
PFDoDS
791563-89-8C13HF27O3S750.17Perfluorotridecane sulfonic acidPFTrDS
PFTris
24448-09-7C11H8F17NO3S557.23N-methyl perfluorooctanesulfonamidoethanolNMeFOSE
1691-99-2C12H10F17NO3S571.25N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoethanolNEtFOSE
356-02-5C6H5F7O2242.093-Perfluoropropyl propanoic acid3:3 FTCA
914637-49-3C8H5F11O2342.112H,2H,3H,3H-Perfluorooctanoic acid5:3 FTCA
812-70-4C10H5F15O2442.123-Perfluoroheptyl propanoic acid7:3 FTCA
David Gallagher, “File:PFAS Naming Convention – A4.pdf”, Biotage, https://www.biotage.com/blog/pfas-translator-for-the-most-common-methods (accessed August 27, 2024)

補充

隨著 PFAS 的持久性、毒性與暴露範圍不斷被揭示,其檢測與監控成為環境科學與分析化學的重要課題。此類物質不僅存在於傳統的工業污染場域,亦廣泛分布於一般社區水源、農產品、嬰兒食品甚至母乳中,對社會造成系統性風險。
未來趨勢將著重於:

  • 提升分析方法靈敏度與特異性
  • 擴展檢測化合物範圍
  • 發展無PFAS的替代材料
  • 持續修法與監控熱點

Biotage 將持續投入高品質樣品前處理技術的開發,以及與法規對應之產品,協助研究人員與決策者在全氟/多氟烷基化合物的監控與管理上邁出關鍵步伐。