自动化微固相萃取(μSPE)技术在21种全氟/多氟化合物生物样本检测中的方法学建立与应用研究

《Advances in Sample Preparation》：A Novel Automated Micro Solid Phase Extraction (μSPE) Method to Quantify 21 Per- and Polyfluoroalkyl Substances Compounds in Biological Samples

本研究针对生物样本中全氟/多氟化合物(PFAS)传统检测方法存在的样品处理复杂、溶剂消耗大等问题，开发了一种基于PAL-RTC机器人系统的半自动化微固相萃取(μSPE)方法。该方法通过优化甲醇浓度(50-60%)和两步洗涤程序，实现了对21种PFAS的高效提取(回收率90.3-105.1%)，检测灵敏度达到0.008-0.048 ng/mL。该方法成功应用于人体血浆、尿液和小鼠肝脏样本分析，为PFAS生物监测和毒代动力学研究提供了可靠的技术支持。

　　

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类具有持久性和生物累积性的合成化学品，广泛应用于工业生产与消费品中。由于其在环境中的持久存在以及对生物体潜在的毒性效应，PFAS的暴露与健康风险已成为全球关注的公共卫生问题。然而，生物样本中PFAS的准确检测面临诸多挑战：传统样品前处理方法如蛋白沉淀（PP）虽操作简便，但基质干扰严重；而常规固相萃取（SPE）虽净化效果好，却存在溶剂消耗大、操作繁琐等局限性。特别是在样品量有限的情况下（如小鼠组织样本），如何实现高效、灵敏且环境友好的PFAS分析成为亟待解决的技术难题。

为应对上述挑战，加拿大卫生部环境健康科学与研究局的Gong Zhang、Rocio Aranda-Rodriguez等研究团队在《Advances in Sample Preparation》上发表论文，开发了一种半自动化微固相萃取（μSPE）方法，结合液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，实现了对21种PFAS在血浆、血清、尿液及肝脏组织等多种生物样本中的高效定量分析。

在方法学层面，研究团队主要采用以下关键技术：首先，利用珠磨均质技术（PowerLyzer 24）对肝脏组织进行快速破碎（45秒/样本），有效避免交叉污染；其次，通过PAL-RTC全自动样品前处理系统实现μSPE流程的标准化操作，包括样品加载、两步洗涤（含2%甲酸的60%甲醇与100%甲醇）和目标物洗脱（20 mM醋酸铵甲醇溶液）；最后，采用配备BEH C₁₈色谱柱的UPLC-MS/MS系统进行分离检测，通过优化色谱梯度与质谱参数（如选择PFOS的499→99过渡离子避免胆汁酸干扰）确保分析特异性。

3.1.1 血浆、血清和水样品中甲醇含量对μSPE效率的影响

研究发现甲醇浓度显著影响PFAS的提取效率，尤其是长链PFAS（C₉-C₁₄）。在血浆和血清中，50-60%甲醇浓度下可获得90%以上回收率，而高于60%时因蛋白沉淀导致效率下降。水样本中长链PFAS在低甲醇浓度下易吸附于容器壁，需80%甲醇方可实现有效提取。

3.1.2 尿液样本体积对PFAS μSPE提取的影响

当尿液样本体积超过0.2 mL时，μSPE柱的吸附容量达到饱和，PFAS回收率显著降低（如PFCAs降至29-65%）。研究表明0.1 mL为最佳上样体积，可平衡提取效率与基质干扰。

3.1.3 提取效率与基质效应

与传统PP法相比，μSPE法使基质背景信号降低95%以上，有效消除离子抑制或增强效应。在血浆和血清中，μSPE的提取效率达78-111%，且内标回收率（87-113%）表明基质效应可控。但该方法对中性PFAS（如FOSA）和弱酸性磺酰胺类（N-MeFOSSA、N-EtFOSSA）回收率较低，提示WAX吸附剂对此类化合物选择性有限。

3.2 方法验证

方法检测限（MDL）为0.008-0.048 ng/mL（血浆/尿液）及0.1-1.0 ng/g（肝脏）。在三个加标水平下，回收率为90.3-105.1%，相对标准偏差（RSD）<10%。对NIST标准物质（SRM 1957/1958）的分析结果与参考值高度一致（如PFOA准确度93.0-93.5%），验证了方法的可靠性。

3.3 PFAS在生物样本中的定量分析

人体血浆中主要检出PFOA（0.273 ng/mL）、PFOS（0.449 ng/mL）等传统PFAS；尿液中以短链PFBA（0.025-0.174 ng/mL）为主。小鼠肝脏样本中意外检出背景水平的PFOA（3.0-44.4 ng/g）和PFOS（5.1-903.1 ng/g），提示实验过程中可能存在污染，需进一步优化样本采集流程。

3.4 绿色性评估

通过AGREEprep指标评估显示，μSPE法对血浆/血清样本的绿色评分为0.46，优于传统SPE法（0.29）。尽管组织样本需额外均质步骤使评分降至0.39，但该方法溶剂消耗量仅为传统SPE的十分之一，体现了其环境友好性。

本研究建立的μSPE-LC-MS/MS方法通过自动化流程与微型化设计，实现了PFAS分析的高通量、高灵敏度与低溶剂消耗。其创新性在于：一是采用珠磨均质与自动化μSPE联用，解决了小样本量组织的处理难题；二是通过甲醇浓度优化与两步洗涤策略，显著提升长链PFAS的提取效率与基质净化效果。然而，该方法对中性PFAS的适用性有限，未来需开发混合模式吸附剂以拓展分析范围。该技术为PFAS的生物监测、毒代动力学研究及暴露风险评估提供了强有力的分析工具，尤其适用于样本量有限的动物实验和临床研究场景。