《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Evaluation of isotope-dilution mass spectrometry, internal standard, and external standard methods for PFAS quantification in tap water and soil
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本研究系统评价了同位素稀释质谱、内标法和外标法在环境样品中对PFAS（PFHxS、PFOS、PFOA、PFNA）的准确定量能力。为解决复杂基质中PFAS痕量定量准确性不足的问题，研究者比较了三种校准方法在不同基质（自来水、土壤）中的线性、准确性和稳健性。结果表明，IDMS（同位素稀释质谱）在多种基质中均能提供最一致、最可靠的定量结果，而IS和ES方法的准确性则受基质和待测物影响。该研究强调了IDMS在校准中的优越性，为环境监测中PFAS的准确定量提供了关键的方法学参考。
在当代工业和消费社会中，全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 是一个无处不在却又令人担忧的存在。它们被广泛应用于防水纺织品、不粘锅涂层、消防泡沫等众多产品中，其强化学键赋予了其极端的稳定性。然而，这种“永久化学品”的特性也导致了它们在环境中的持久存在，并通过水、土壤和食物链进入人体，引发了广泛的健康与环境关切。对这些化合物进行精确的环境暴露评估至关重要，但这也带来了巨大的分析挑战，因为它们在环境介质中的浓度极低（通常在皮克/克水平或更低），且复杂的样品基质会导致测量结果的显著变异。
面对这一难题，分析化学家们开发了多种校准方法来提高定量分析的准确性。其中，内标法 (IS) 和外标法 (ES) 是常规分析中应用广泛的方法，而同位素稀释质谱 (IDMS) 则被视为具有最高计量学准确度的基准方法之一。然而，在统一实验条件下，系统比较这三种方法对PFAS在不同环境基质中定量性能的研究尚不多见。为了填补这一知识空白，并指导环境监测实践中选择最合适的校准策略，一项发表于《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》上的研究，对IDMS、IS和ES三种方法在加标自来水和土壤中对四种典型PFAS（PFHxS、PFOS、PFOA、PFNA）的定量性能进行了全面评估。
研究团队采用了基于液相色谱-串联质谱的技术框架。首先，他们通过重量法制备了目标PFAS及其同位素标记内标物的工作溶液。样品包括在日本筑波采集的自来水和人工配制的土壤样品。在样品前处理阶段，自来水通过弱阴离子交换固相萃取柱进行净化富集，而土壤样品则先经过碱甲醇溶液振荡-超声提取，再进行同样的固相萃取净化，整个过程均加入相应的同位素标记标准物质。所有净化后的样品通过高效液相色谱分离，并使用三重四极杆质谱仪在负离子多反应监测模式下进行分析。IDMS的定量计算基于样品提取物中目标物与其相应同位素标记物的峰面积比值，通过专用的计算公式进行。研究的质量保证与质量控制则通过空白实验、方法定量限测定和加标回收率评估来完成。
线性评估校准曲线
该部分通过比较IDMS、IS和ES方法建立的校准曲线的回归参数、残差分析和统计检验来评估线性。IDMS在所有目标分析物中都表现出最高的线性，判定系数2恒为0.999，且缺乏拟合检验的p值不显著，表明无偏离线性。IS方法也显示出高线性，但略低于IDMS。ES方法显示了最低的2值，在PFHxS和PFOA上尤为明显，其异方差性检验p值较低，表明可能存在异方差性，且缺乏拟合检验在多个分析物上显示出显著偏离。这些结果表明，IDMS能产生统计上最稳健的线性校准模型，而ES方法在痕量水平的可靠性相对较弱。
评估使用基质匹配校准的基质效应
为评估基质效应，研究者比较了基质匹配校准曲线与纯溶剂校准曲线的斜率。结果显示，在自来水中，所有方法都显示出轻微的离子增强效应，范围在4.71%至7.95%之间，ES方法的效应略高。在土壤基质中，所有化合物的基质效应均低于1%，表明样品净化过程有效去除了干扰物。尽管所有观察到的效应均属于“微弱”级别，但该结果强调了即使在相对洁净的基质中，基质效应依然存在，这为理解不同校准方法的偏差提供了背景。
IDMS在自来水中量化PFAS的准确性
该部分通过比较IDMS测量的质量分数与加标的自来水样品的重量法指定值来评估其准确度。对于四种目标PFAS，IDMS测得的浓度与指定浓度的比值在0.96至1.07之间，标准差很小。例如，对于PFOS，比值为0.96 ± 0.017，对于PFNA，比值为1.020 ± 0.030。这些结果表明IDMS具有很高的真实性，测量值与真实值偏差很小，验证了其作为后续与IS和ES方法进行比较的参考方法的可靠性。
在自来水中比较IS和ES方法与IDMS
以IDMS结果为参照，该部分比较了IS和ES方法在自来水样品中的表现。IS方法的结果与IDMS更为接近，但仍存在分析物依赖性的高估，例如对PFOS的高估（比值1.14 ± 0.032）。而ES方法则一致性地给出了更高的数值，对PFOS、PFNA等的比值最高。这表明，尽管IS方法能部分校正基质效应和过程损失，但若内标物与目标物结构不严格匹配，仍会产生偏差。ES方法由于完全缺乏内部校正，对基质和仪器波动最为敏感，导致了最大的正偏差。
在土壤中比较IS和ES方法与IDMS
在土壤样品中，三种方法的表现有所不同。由于是污染暴露样品，研究以IDMS测得的浓度为参照。IS方法对所有分析物得出的比值都非常接近1.00，表现出与IDMS良好的一致性。相比之下，ES方法则显示出更大的变异性，甚至出现低估（例如PFOS比值为0.82 ± 0.051）。这一结果表明，在净化后基质效应更小的土壤提取物中，使用结构匹配内标物的IS方法可以获得接近IDMS的准确度，而ES方法由于无法校正残留的微小波动，结果仍然不够稳定可靠。
研究结论与讨论
该研究的结论明确指出，在评价的三种定量方法中，同位素稀释质谱在校准线性、统计稳健性、准确性和基质间一致性方面均表现最佳，能够实现最可靠的环境基质中PFAS定量。IDMS利用结构完全相同的同位素标记物，通过峰面积比值进行直接计算，从根本上补偿了从前处理到电离过程的系统偏差。研究发现，内标法虽然能改善外标法的偏差，但其准确性高度依赖于所选替代内标物与目标物在结构和行为上的匹配程度。在自来水中，即使使用了内标，对PFOS、PFOA和PFNA仍存在持续高估，这很可能是因为使用了18O2-PFHxS作为这些化合物的共同内标，其结构差异导致了校正不完全。外标法则显示出最大的基质依赖性和分析物依赖性偏差，是最不稳健的方法，尤其在复杂的环境监测中可能引入显著误差。
这项研究的意义重大。它通过系统性的对照实验，为环境分析领域选择PFAS校准策略提供了坚实的实验证据。研究强调了在追求高准确度和可比性的关键应用（如标准物质定值、法规监测、健康风险评估）中，应优先考虑IDMS方法。同时，研究也务实地指出，IDMS的实施受限于同位素标记标准品的成本和可获得性。对于常规监测实验室，如果选择IS或ES方法，必须对替代内标物的选择进行审慎评估，并进行充分的基质特异性方法验证，以识别和控制潜在偏差。论文最后总结道，虽然本研究在相对洁净的基质中展示了IDMS的优越性，但在未经处理的废水、污泥等更复杂基质中，基质效应可能更强，不同方法间的性能差异可能会更加显著。因此，将IDMS作为参考方法来评估和验证常规方法的准确性，是确保环境PFAS数据可靠性的重要途径。
