想象一下，有一种化学物质，因其C-F键的极端稳定性，在极端条件下依然能正常工作，赋予不粘锅涂层、防水衣物、消防泡沫等产品卓越性能。然而，正是这种“超能力”，也使其获得了“永久化学品”的恶名，难以在环境中降解。它们就是全氟和多氟烷基物质（PFAS）。在北美，已有超过9500个地点的地下水受到PFAS的污染。其中，军事设施和机场广泛使用的消防泡沫（AFFF）是主要的污染源之一。然而，已知的PFAS种类可能超过4700种，其中大部分由于缺乏分析标准品，无法用传统靶向质谱方法进行定量分析，从而“隐身”于环境监测之外，构成了巨大的认知盲区和潜在的健康风险。
传统的靶向分析方法，如美国环保署（EPA）的1633A方法，仅能定量约40种PFAS，依赖标准品和预设的离子对，无法应对数量庞大的未知PFAS。另一方面，全面的非靶向分析虽然能发现更多化合物，但通常需要复杂的计算流程、专用软件和专业知识，资源门槛较高，难以在常规环境监测实验室普及。这就在“看得见的少数”和“看不见的多数”之间形成了一道技术鸿沟。为了弥合这一鸿沟，一项发表于《ACS Omega》的研究，致力于开发并验证一种“可及”（accessible）的疑似物筛查工作流程，旨在以更低的软硬件投入，扩大对地下水中PFAS的检测覆盖范围。
为达成研究目标，作者团队开展了一项结合了样品采集、仪器分析和数据处理的研究。他们从美国亚利桑那州和宾夕法尼亚州的历史性AFFF污染场地采集了5份地下水样本。分析采用直接进样方式，以避免前处理带来的基质干扰。核心技术方法是基于高效液相色谱（HPLC）与四极杆-静电场轨道阱高分辨串联质谱（Q-Exactive Focus Hybrid quadrupole-Orbitrap HRMS/MS）联用系统，在负离子模式下进行数据依赖性质谱采集（DDA）。数据处理流程是本研究的关键创新点：首先，使用Thermo Fisher的TraceFinder软件，基于美国国家标准与技术研究院（NIST）提供的包含4712种PFAS的免费疑似物列表，对一级质谱（MS1）数据进行精确质量数（质量误差≤5 ppm）筛选。然后，对筛选出的疑似物，利用另一款免费软件FreeStyle查看并解析其二级质谱（MS2）碎片图谱，通过与mzCloud、PubChem等数据库中的参考谱图或已发表文献进行比对，来确认化合物结构，并依据PFAS鉴定置信度标准，将鉴定结果划分为Level 1（标准品确认）或Level 2（诊断性碎片证据）。
结果与讨论
疑似筛查工作流程与鉴定总结
研究建立的筛查工作流程如图1所示，从数据采集到最终确认，形成了一套清晰、可重复的分析路径。应用此流程，在五个地下水样品中的三个（样品3、4、5）里，共鉴定出11种PFAS，其鉴定置信度（CL）均为Level 1或Level 2。鉴定结果详见表2。其中，5种化合物（PFBS、PFPeS、PFHxS、PFOS、6:2 FTS）通过比对分析标准品，被确认为CL 1。这验证了本工作流程的可靠性，因为这些化合物在之前对同一样品使用靶向LC-MS/MS（液相色谱-串联质谱）的研究中已被检出。更具价值的是，研究还发现了6种之前靶向分析未报告的PFAS，并被鉴定为CL 2，包括：全氟丙烷磺酰胺（FPrSA）、全氟丙烷磺酸（PFPrS）、全氟丁烷磺酰胺（FBSA）、1H-全氟庚烷、全氟己烷磺酰胺（FHxSA）和1H-全氟戊烷。
新发现PFAS的质谱解析
对于新发现的PFAS，研究通过解析其MS2谱图提供了结构证据。例如，图3展示了在样品5中鉴定出的FPrSA的色谱峰和MS2谱图。谱图中出现了三个典型的全氟烷基磺酰胺（FASA）类特征碎片离子：C3F7-、FO2S-和NO2S-，这与已发表的文献数据一致，支持了其结构归属。同样，其他新发现化合物如PFPrS、FBSA、1H-全氟庚烷、FHxSA和1H-全氟戊烷，其MS2谱图均显示出符合逻辑的、与该类PFAS结构特征相符的系列碎片离子，如CnF2n+1-、磺酸根或磺酰胺相关碎片等，并与数据库或文献报道相匹配。
PFAS同系物系列与质量亏损图分析
为进一步确认鉴定结果并可视化PFAS类别，研究绘制了基于CF2的肯德里克质量亏损（KMD）图（图2）。图中，具有相同CF2重复单元的同系物会落在水平线上。分析显示，鉴定出的11种PFAS形成了四个类别，其中三个为包含至少两个成员的同系物系列：全氟烷基磺酸（PFSA）、全氟烷基磺酰胺（FASA）和全氟烷烃。第四个类别是氟调聚物磺酸（FTS），目前仅发现一个成员（6:2 FTS）。KMD图从另一个维度佐证了化合物分类的合理性。
本工作流程与更复杂非靶向分析的比较
作者在讨论中坦承，与使用更复杂样品前处理（如萃取富集）、多种电离模式、定制化光谱库和高级数据处理软件的非靶向研究相比，本研究采用的直接进样结合简易筛查流程鉴定出的PFAS数量较少。那些复杂工作流程可能报告数十甚至数百种PFAS。然而，本研究的核心目标并非追求最大化的检出数量，而是可及性。尽管检出数量有限，但所建立的流程成功识别了包括短链（<C6）和超短链（<C3）在内的多种PFAS，这些物质作为传统长链PFAS的替代品，其环境行为和风险正日益受到关注，但目前的相关研究仍较有限。本工作流程证明了，无需昂贵或高度专业化的软件，常规实验室也能有效地开展PFAS疑似物筛查，从而“降低非靶向PFAS发现的屏障”。
研究结论与意义
本研究成功开发并验证了一种基于高分辨串联质谱的、易于实施的PFAS疑似物筛查工作流程。该流程利用公开的NIST疑似物列表、TraceFinder的快速质量数筛查功能和FreeStyle的免费谱图管理工具，在不依赖大量分析标准品和高级软件的情况下，实现了对地下水中PFAS的更广谱筛查。应用此流程，不仅在已知AFFF污染地下水中确认了部分常见PFAS，更重要的是，发现了6种先前靶向分析未能检出的新型PFAS，包括全氟烷烃和磺酰胺类化合物。这一发现揭示了AFFF污染地下水中实际存在的PFAS混合物比传统靶向方法所呈现的更为复杂。
该研究的意义在于其桥梁作用。它在高覆盖但高门槛的非靶向分析，与易实施但覆盖窄的靶向分析之间，提供了一种实用的折中方案。通过降低技术、成本和专业知识门槛，该工作流程有望推动更多环境监测实验室开展PFAS疑似物筛查，从而更全面地评估PFAS环境污染的真实状况。这对于理解短链及新兴PFAS的环境归趋、评估其生态与健康风险、以及制定更精准的修复与监管策略至关重要。最终，这种“可及”的筛查策略，将助力科学界和监管机构更好地应对“永久化学品”带来的复杂挑战。
