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。
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。
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) | V | V | V |
| 組織(Tissues) | 全魚、魚片及其他組織 | 組織 (1 -2 g) | V | V | V |
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。
均質與液固萃取 (Homogenization and Liquid Solid Extraction)
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。
- Biotage® Extrahera™ HV-5000
- Biotage® PRESSURE+
- Biotage® VacMaster™
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) |
|---|---|---|---|---|
| 2991-50-6 | C12H8F17NO4S | 585.24 | N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid 2-(N-Ethylperfluorooctanesulfonamido) acetic acid | NEtFOSAA N-EtFOSAA |
| 2355-31-9 | C11H6F17NO4S | 571.21 | N-methyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid 2-(N-Methylperfluorooctanesulfonamido) acetic acid | NMeFOSAA N-MeFOSAA |
| 375-73-5 | C4HF9O3S | 300.1 | Perfluorobutanesulfonic acid Perfluoro-n-butanesulfonic acid | PFBS |
| 335-76-2 | C10HF19O2 | 514.08 | Perfluorodecanoic acid Perfluoro-n-decanoic acid | PFDA |
| 307-55-1 | C12HF23O2 | 614.1 | Perfluorododecanoic acid Perfluoro-n-dodecanoic acid | PFDoA PFDoDA |
| 375-85-9 | C7HF13O2 | 364.06 | Perfluoroheptanoic acid Perfluoro-n-heptanoic acid | PFHpA |
| 355-46-4 | C6HF13O3S | 400.12 | Perfluorohexanesulfonic acid Perfluoro-n-hexanesulfonic acid | PFHxS |
| 307-24-4 | C6HF11O2 | 314.05 | Perfluorohexanoic acid Perfluoro-n-hexanoic acid | PFHxA |
| 375-95-1 | C9HF17O2 | 464.08 | Perfluorononanoic acid Perfluoro-n-nonanoic acid | PFNA |
| 1763-23-1 | C8HF17O3S | 500.13 | Perfluorooctanesulfonic acid Perfluoro-n-octanesulfonic acid | PFOS |
| 335-67-1 | C8HF15O2 | 414.07 | Perfluorooctanoic acid Perfluoro-n-octanoic acid | PFOA |
| 376-06-7 | C14HF27O2 | 714.11 | Perfluorotetradecanoic acid Perfluoro-n-tetradecanoic acid | PFTA PFTeDA |
| 72629-94-8 | C13HF25O2 | 664.1 | Perfluorotridecanoic acid Perfluoro-n-tridecanoic acid | PFTrDA |
| 2058-94-8 | C11HF21O2 | 564.09 | Perfluoroundecanoic acid Perfluoro-n-undecanoic acid | PFUnA PFUnDA |
| 763051-92-9 | C10HClF20O4S | 632.6 | 11-Chloroeicosafluoro-3-oxaundecane-1-sulfonic acid | 11Cl-PF3OUdS |
| 756426-58-1 | C8HClF16O4S | 532.58 | 9-chlorohexadecafluoro-3-oxanone-1-sulfonic acid 9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanonane-1-sulfonic acid | 9Cl-PF3ONS |
| 919005-14-4 | C7H2F12O4 | 378.07 | 4,8-dioxa-3H-perfluorononanoic acid | ADONA DONA |
| 13252-13-6 | C6HF11O3 | 330.05 | Hexafluoropropylene oxide dimer acid | HFPO-DA |
| 375-22-4 | C4HF7O2 | 214.04 | Perfluorobutanoic acid Perfluoro-n-butanoic acid | PFBA |
| 2706-90-3 | C5HF9O2 | 264.05 | Perfluoropentanoic acid Perfluoro-n-pentanoic acid | PFPeA PFPA |
| 27619-97-2 | C8H5F13O3S | 428.17 | 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctane sulfonic acid 6:2 Fluorotelomer sulfonic acid Fluorotelomer sulphonic acid 6:2 | 6:2 FTS 6:2 FTSA H4PFOS |
| 39108-34-4 | C10H5F17O3S | 528.18 | 1H,1H, 2H, 2H-Perfluorodecane sulfonic acid 8:2 Fluorotelomer sulfonic acid Fluorotelomer sulphonic acid 8:2 | 8:2 FTS 8:2 FTSA |
| 335-77-3 | C10HF21O3S | 600.15 | Perfluorodecanesulfonic acid Perfluoro-n-decanesulfonic acid Perfluorodecane sulfonic acid | PFDS |
| 4151-50-2 | C10H6F17NO2S | 527.2 | N-ethyl perfluorooctanesulfonamide | N-EtFOSA NEtFOSA |
| 754-91-6 | C8H2F17NO2S | 499.15 | Perfluorooctanesulfonamide | FOSA PFOSA |
| 31506-32-8 | C9H4F17NO2S | 513.17 | N-methylperfluorooctanesulfonamide N-methyl perfluorooctanesulfonamide | N-MeFOSA NMeFOSA |
| 16517-11-6 | C18HF35O2 | 513.169 | Perfluoro-n-octadecanoic acid | PFOcDA PFODA |
| 67905-19-5 | C16HF31O2 | 814.13 | Perfluoro-n-hexadecanoic acid | PFHxDA |
| 2706-91-4 | C5HF11O3S | 350.11 | Perfluoropentanesulfonic acid | PFPeS PFPS |
| 375-92-8 | C7HF15O3S | 450.12 | Perfluoroheptanesulfonic acid Perfluoro-n-heptanesulfonic acid Perfluoroheptane sulfonic acid | PFHpS |
| 70887-84-2 | C10H2F16O2 | 458.1 | 8:2 Fluorotelomer unsaturated carboxylic acid | 8:2 FTUCA |
| 678-41-1 | C20H9F34O4P | 990.2 | 8:2 Polyfluoroalkyl phosphate diester | 8:2 diPAP |
| 757124-72-4 | C6H5F9O3S | 328.15 | 1H,1H, 2H, 2H-Perfluorohexane sulfonic acid Fluorotelomer sulphonic acid 4:2 | 4:2 FTS |
| 68259-12-1 | C9HF19O3S | 550.14 | Perfluouononanesulfonic acid Perfluouononane sulfonic acid | PFNS |
| 151772-58-6 | C5HF9O4 | 296.04 | Nonafluoro-3,6-dioxaheptanoic acid | NFDHA |
| 113507-82-7 | C4HF9O4S | 316.1 | Perfluoro(2-ethoxyethane)sulfonic acid | PFEESA |
| 377-73-1 | C4HF7O3 | 230.04 | Perfluoro-3-methoxypropanoic acid | PFMPA |
| 863090-89-5 | C5HF9O3 | 280.04 | Perfluoro-4-methoxybutanoic acid | PFMBA |
| 749786-16-1 | C11HF23O3S | 650.15 | Perfluoroundecane sulfonic acid | PFUnS PFUnDS |
| 79780-39-5 | C12HF25O3S | 700.16 | Perfluorododecane sulfonic acid Perfluorododecanesulfonic acid | PFDoS PFDoDS |
| 791563-89-8 | C13HF27O3S | 750.17 | Perfluorotridecane sulfonic acid | PFTrDS PFTris |
| 24448-09-7 | C11H8F17NO3S | 557.23 | N-methyl perfluorooctanesulfonamidoethanol | NMeFOSE |
| 1691-99-2 | C12H10F17NO3S | 571.25 | N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoethanol | NEtFOSE |
| 356-02-5 | C6H5F7O2 | 242.09 | 3-Perfluoropropyl propanoic acid | 3:3 FTCA |
| 914637-49-3 | C8H5F11O2 | 342.11 | 2H,2H,3H,3H-Perfluorooctanoic acid | 5:3 FTCA |
| 812-70-4 | C10H5F15O2 | 442.12 | 3-Perfluoroheptyl propanoic acid | 7:3 FTCA |
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。
