利用生物相容性固相微萃取与微流控开放式接口结合质谱技术，对人类血浆中的全氟和多氟烷基物质进行高通量筛查

《Analytica Chimica Acta》：High-throughput screening of per- and polyfluoroalkyl substances in human plasma using biocompatible solid-phase microextraction coupled with mass spectrometry via microfluidic open interface

　　高效固相微萃取-微流控开放接口-质谱联用分析技术快速筛查血浆中18种全氟烷基物质

　　
近年来，持久性有机污染物（PFAS）因其环境持久性、生物累积性和潜在健康危害引发广泛关注。PFAS种类繁多，已知的超过4700种，其复杂性和多样性对检测技术提出了更高要求。传统检测方法如液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）虽成熟，但存在样本前处理繁琐、溶剂消耗大、分析时间长等瓶颈。针对这些问题，加拿大滑铁卢大学团队开发了一种高通量固相微萃取-微流控开放接口-质谱联用技术（SPME-MOI-MS），为大规模PFAS筛查提供了新思路。

### 技术原理与系统构建
该技术核心在于固相微萃取（SPME）与微流控开放接口（MOI）技术的结合。SPME通过吸附剂直接从样品中萃取目标物，避免了传统液相前处理的多个步骤。研究采用水油平衡型弱阳离子交换树脂（HLB-WAX）与聚丙烯腈（PAN）复合涂层，既能高效吸附疏水性PFAS，又能通过物理屏障阻隔血浆中的大分子蛋白干扰。微流控MOI系统通过文丘里效应实现溶剂的连续稳定传输，将SPME萃取的样品直接送入质谱离子源，避免了液相色谱的分离步骤，显著缩短了分析时间。

### 关键创新点
1. **高通量设计**：系统最多可同时处理48个样本，单样本分析时间压缩至3.7分钟，较传统LC-MS/MS提升效率达10倍以上。通过多段进样技术，实现了样品处理与分析的无缝衔接。
2. **基质兼容性优化**：研究发现，传统SPME萃取血浆时存在蛋白吸附干扰。通过引入PAN基质层，可物理阻隔90%以上的血浆蛋白，使萃取效率提升30%-50%。 sheep血浆作为空白基质验证了方法稳定性，相关基质效应（MEr）控制在20%以内。
3. **在线脱附技术**：采用甲醇-异丙醇-水（7:2:1）三元溶剂体系，在20秒内完成脱附与进样，相比常规SPME-DAS-MS（需要单独脱附装置）更简化流程。系统通过三通阀实现脱附溶剂、样品和质谱的精准控制，有效避免了交叉污染。

### 方法性能验证
在18种PFAS的检测中，该方法展现出卓越的灵敏度与精密度：
- **检测限**：最低检出限达0.11 ng/mL（PFBS），部分目标物LOQ低于1 ng/mL（如GenX）
- **线性范围**：85%的化合物在1-100 ng/mL范围内呈现良好线性（R2>0.994）
- **精密度**：日内RSD<8.4%，日间RSD<16.5%，在接近LOQ时仍保持<10%波动
- **回收率**：实际血浆样本加标回收率68%-135%，中位数达95%以上

### 与现有技术对比优势
1. **前处理简化**：省去蛋白质沉淀、固相萃取等步骤，血浆稀释即可直接上机
2. **溶剂消耗降低**：单样本仅需300 μL血浆+300 μL PBS混合液，较传统SPE节省90%有机溶剂
3. **抗干扰能力提升**：直接质谱分析避免了液相色谱柱的PFAS污染问题，信噪比提高5-8倍
4. **设备集成化**：定制化48通道SPME转子与MOI接口无缝对接，实现流水线作业

### 应用场景与推广价值
在首批人体血浆样本检测中，已确认全氟辛酸（PFOA）和全氟壬酸（PFNA）的存在，这与全球健康研究数据库的发现一致。方法特别适用于：
- **大规模流行病学调查**：可处理每万人/年约2.4×10^6样本量（按每样本3.7分钟计算）
- **实时暴露评估**：突发环境事件中每小时可完成48份样本检测
- **临床筛查优化**：通过减少前处理步骤降低假阳性率（传统方法假阳性率约15%，本方法<5%）

### 技术局限性与发展方向
当前使用SCIEX API 4000质谱仪，其灵敏度限制检测下限。升级至Orbitrap系列后，理论LOQ可降至0.1 ng/mL。此外，复合涂层在连续运行500小时后吸附容量下降约15%，需开发自修复涂层或轮换使用策略。未来可拓展至其他生物样本（尿液、乳汁）及复杂环境介质（饮用水、土壤）检测。

该方法标志着生物基质PFAS检测进入微流控时代，其核心价值在于将样本前处理与仪器分析深度融合，为全球PFAS污染治理提供了可复制的快速筛查范式。在实施层面，建议建立区域性标准化检测中心，配置自动化SPME转子更换系统和在线溶剂更换模块，进一步提升高通量稳定性。