Đang tải...
Phân tích các per- và polyfluoroalkyl trong sữa bột trẻ em với hệ SCIEX 7500
Bài viết gốc: https://sciex.com/content/dam/SCIEX/pdf/tech-notes/environmental-industrial/water-and-soil/MKT-34156-A_PFAS-surface.water-7500_final.2.3.25.25.pdf
Tóm tắt: Bài viết này tóm tắt và lược dịch nội dung trong ghi chú ứng dụng “A robust and sensitive routine analysis method of 40 PFAS compounds in surface water using the SCIEX 7500 system” của các tác giả Karl A. Oetjen và Simon Roberts (SCIEX, USA). Cung cấp cho bạn đọc hướng tiếp cận liên quan tới việc xác định giới hạn phát hiện phương pháp trong phân tích các PFAS trong mẫu sữa công thức của trẻ em. Nội dung tập trung vào việc chọn mẫu sữa ít bị ô nhiễm về PFAS trên thị trường và việc xác định MDL tuân thủ theo AOAC SMPR và 40 CFR 136 Phụ lục B, cũng như 1 số yêu thách thức tới từ nhiễm chéo từ các vật tư trong phòng thí nghiệm và ảnh hưởng tới từ các cholic acid. Về người dịch, TS. Lê Sĩ Hưng, tốt nghiệp tiến sĩ tại đại học BOKU Vienna (Cộng hoà Áo) ngành hoá phân tích, đã có trên 10 năm kinh nghiệm làm việc với các thiết bị khối phổ, tập trung vào ứng dụng các kỹ thuật khối phổ trong phân tích các chất chuyển hoá và protein trong các đối tượng mẫu sinh học, ORCID: 0000-0002-0762-3492
1. Giới thiệu
Tài liệu kỹ thuật này mô tả phân tích vết các chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS) trong sữa bột trẻ em tuân theo các hướng dẫn được nêu trong yêu cầu về hiệu suất phương pháp tiêu chuẩn AOAC (SMPR) cho PFAS trong các sản phẩm, đồ uống, sản phẩm từ sữa, trứng, hải sản, thịt và thức ăn chăn nuôi. Sử dụng hệ thống SCIEX 7500, giới hạn phát hiện phương pháp (MDL) cho 34 PFAS trong sữa bột trẻ em dao động từ 0,5 ng/kg đối với PFOSA đến 71 ng/kg đối với PFBA. Những kết quả này đáp ứng các yêu cầu MDL được nêu trong AOAC SMPR (Hình 1).
Hình 1. Giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL) khi sử dụng hệ SCIEX 7500 so sánh với MDL theo yêu cầu hiệu suất của các phương pháp sàng lọc (SMPR) của AOAC trong rau quả, đồ uống, sản phẩm từ sữa, trứng, hải sản, thịt và thức ăn chăn nuôi.
PFAS là một nhóm các hóa chất do con người tạo ra được sử dụng trong nhiều sản phẩm tiêu dùng, bao gồm cả bao bì thực phẩm 1. Một số PFAS đã được liên kết với các tác động xấu đến sức khỏe, bao gồm các vấn đề về phát triển, độc tính miễn dịch và các loại ung thư nhất định. Định lượng PFAS trong sữa bột trẻ em là rất quan trọng để giảm thiểu các rủi ro tiềm ẩn liên quan đến các hóa chất này 1. Để đạt được được điều này, MDL nhạy là cần thiết. Trong nghiên cứu này nhóm tác giả đã thực hiện 1 loạt các bài kiểm tra để tìm ra được loại sữa công thức cho trẻ em “sạch nhất” để sử dụng cho các thí nghiệm thêm chuẩn, đánh giá MDL của phương pháp sử dụng với hệ SCIEX 7500. Việc xác định MDL tuân theo các hướng dẫn trong 40 CFR 136 Phụ lục B và bằng cách thực hiện tổng cộng 7 mẫu thêm chất chuẩn và 7 mẫu trắng, sau đó so sánh các nồng độ PFAS được phát hiện trong các mẫu sữa bột trẻ em với các nồng độ được báo cáo trong tài liệu khoa học về mức PFAS được tìm thấy trong sữa mẹ của con người.
Các phương pháp chính để phân tích PFAS sử dụng hệ thống SCIEX 7500
2. Phương pháp phân tích
Hình 2. Quy trình chiết PFAS trong mẫu sữa công thức
2.1. Chuẩn bị mẫu.
Các mẫu sữa công thức cho trẻ sơ sinh được chuẩn bị bằng cách cho 5 g bột sữa công thức và 100 µL chất nội chuẩn gắn đồng vị tương tự (isotopically labeled surrogate) vào một ống polypropylene đã được làm sạch trước bằng acetonitril (Hình 2). Sau đó, 15 mL nước tinh khiết dùng cho LC-MS (đã được làm sạch bằng cột chiết pha rắn Strata-XAW của hãng Phenomenex, mã sản phẩm: 8B-S038-FCH) được thêm vào ống, cùng với 10 mL acetonitril cấp LC-MS (đã được kiểm tra trước về PFAS). Tiếp theo, quy trình QuEChERS được thực hiện bằng cách thêm 6 g magiê sulfat (MgSO₄) và 1,5 g natri axetat vào hỗn hợp. Các mẫu được lắc mạnh trước khi được ly tâm trong 5 phút ở tốc độ 10.000 rcf. 1,75 mL dịch nổi được chuyển vào một ống ly tâm 2 mL đã được làm sạch trước, và tiến hành chiết phân tán (dSPE) bằng cách thêm 150 mg MgSO₄, 50 mg amine bậc một và bậc hai (PSA) và 50 mg carbon đen graphit (GCB). Mẫu được lắc trong 30 giây, sau đó ly tâm ở 10.000 rcf trong 5 phút. Một phần 1 mL dịch chiết phía trên được chuyển vào lọ lấy mẫu tự động và làm bay hơi dưới dòng khí N2 nhẹ. Mẫu được tái hoà tan trong 200 µL 80:20/MeOH:Nước và các chất chuẩn gắn đồng vị (isotopically labled standard) được thêm vào trước khi tiêm mẫu.
2.2. Sắc ký lỏng
Sắc ký lỏng được thực hiện bằng hệ thống Shimadzu LC-40, có trang bị cột delay (là cột dùng đề làm chậm/tách các chất PFAS tới từ dung môi, thiết bị khỏi các chất PFAS trong mẫu) - Luna Omega PS C18 (kích thước hạt 5 μm, 50 × 3 mm, Phenomenex, mã sản phẩm: 00B-4753-Y0), với tốc độ dòng là 0,8 mL/phút. Thể tích mẫu tiêm là 20 µL. Quá trình tách được tiến hành bằng cột phân tích Luna Omega PS C18 (kích thước hạt 3 μm, 150 × 3 mm, mã sản phẩm: 00F-4758-Y0).
Theo yêu cầu của các SMPRs của AOAC, phương pháp phải chứng minh rằng các chất gây nhiễu là các cholic acid, bao gồm taurodeoxycholic acid (TDCA), taurochenodeoxycholic acid (TCDCA) và tauroursodeoxycholic acid (TUDCA), không bị tách cùng với chuyển tiếp MS/MS của PFOS ở m/z 499 > 80 (do các cholic acid cũng tạo ra các chuyển tiếp khối tương tự, ví dụ: 499 >124 và 499 > 80). Cần đạt được sự tách sắc ký hoàn toàn (baseline separation) giữa các cholic acid và tất cả các đồng phân của PFOS, hoặc các chất gây nhiễu này phải được loại bỏ trước khi phân tách sắc ký thông qua các bước chiết tách hoặc làm sạch mẫu. Ngoài ra, chuyển tiếp MS/MS ở m/z 499 >124 – có mặt trong cả ba loại cholic acid – cũng được theo dõi để xác nhận việc đã phân tách hoặc loại bỏ các acid này ra khỏi mẫu. Thành phần và chương trình gradient của pha động đã được tối ưu hóa để đáp ứng yêu cầu này (Hình 3). Pha động A là nước chứa 10 mM ammonium acetate, trong khi pha động B bao gồm 80% acetonitrile, 15% methanol và 5% nước có thêm 5 mM ammonium acetate. Pha động B được giữ ở mức 5% trong 0,5 phút, sau đó tăng lên 35% trong vòng 1 phút. Tiếp theo, pha B được tăng lên 50% trong 3 phút, sau đó tăng lên 80% ở phút thứ 7 và cuối cùng đạt 95% tại phút thứ 10, giữ nguyên trong 2 phút. Sau đó gradient trở lại 5% và duy trì trong 3 phút. Tổng thời gian chạy mẫu là 15 phút.
Hình 3. Sắc ký đồ thể hiện các cholic acid được phân tách hoàn toàn ra khỏi PFOS.
2.3. Khối phổ
Mẫu được phân tích trên hệ thống SCIEX 7500 hoạt động ở chế độ ion hóa âm (negative ionization mode). Các áp suất khí sử dụng bao gồm: CUR 40 psi, GS1 35 psi, GS2 70 psi và CAD 12 psi. Nhiệt độ nguồn được đặt ở 325°C và điện áp phun ion là -1300 V.Tổng cộng 34 hợp chất PFAS được theo dõi bằng các thông số MRM đã được tối ưu hóa, yêu cầu tối thiểu 10 lần quét (scans) trên mỗi píc sắc kí. Với tất cả các chất phân tích, có ít nhất hai chuyển tiếp được giám sát, ngoại trừ PFBA và PFPeA – hai chất này là các PFAS mạch ngắn nên khi phá mảnh không tạo ra mảnh định tính tin cậy và do đó cần được nhận diện bằng các phương pháp bổ trợ như sử dụng khối phổ phân giải cao hoặc sử dụng cột tách có tính chọn lọc phù hợp.
2.4. Kiểm soát ô nhiễm
Thách thức trong phân tích PFAS đến từ việc các hợp chất PFAS xuất hiện phổ biến trong các vật tư phòng thí nghiệm thông dụng. Những chất này có thể vô tình gây nhiễm chéo vào mẫu trong quá trình kiểm nghiệm, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác của phân tích — đặc biệt khi cần đạt được các nồng độ thấp như yêu cầu trong chuẩn AOAC SMPRs. Để đạt được giới hạn phát hiện (MDL) mong muốn là 5 ppt, nước sử dụng trong quá trình chuẩn bị mẫu phải chứa ít hơn 0,22 pg/mL của từng hợp chất PFAS do bước cô mẫu được sử dụng trong quy trình chiết mẫu.
Để đảm bảo hạn chế tối đa nhiễm chéo, các mẫu trắng chiết (extraction blanks) đã được thực hiện cho từng loại thuốc thử và vật liệu sử dụng trong quy trình chiết, bao gồm dung môi, bộ kit QuEChERS và dSPE. Nhiều lô QuEChERS và dSPE bị nhiễm PFAS, đặc biệt là PFOA và 6:2 FTS. Ngoài ra, 6:2 FTS được xác định là nguồn gây nhiễm chính trong nước sử dụng cho chiết QuEChERS (Hình 4). Để giảm mức 6:2 FTS, nước được xử lý trước bằng cột SPE và vật liệu dSPE được kiểm tra trước khi sử dụng.
Hình 4. Nhiễm bẩn 6:2 FTS trong các mẫu trắng chiết sử dụng nước không được làm sạch bằng SPE.
3. Kết qủa và thảo luận
3.1. Giới hạn phát hiện phương pháp nghiên cứu
Các MDL tuân theo các hướng dẫn do Tổ chức Công nhận Phòng thí nghiệm Môi trường Quốc gia (NELAC) và 40 CFR Phần 136 đặt ra. Phương pháp được mô tả bao gồm việc xử lý các mẫu thêm chất chuẩn và các mẫu trắng. Việc thêm chất chuẩn được thực hiện ở nồng độ từ 5 pg/g đến 100 pg/g (ppt). Các MDL được xác định cho các hợp chất mục tiêu được chuẩn bị trong 3 mẻ vào các ngày khác nhau và sau đó được phân tích tuần tự cùng với 7 máu trắng phòng thí nghiệm, tất cả đều được phân tích trong tối thiểu 3 ngày khác nhau.
Các MDL được báo cáo là <5 pg/g (ng/kg) đối với 27 hợp chất PFAS và dao động từ 0,5 pg/g đối với PFOSA đến 71 pg/g đối với PFBA (Hình 1). PFBA, 6:2 FTS, PFOA, PFOS và PFHxS thi thoảng vẫn xuất hiện nhiễm bẩn từ mẫu trắng, dẫn đến MDL cao hơn các hợp chất khác. Tuy nhiên, các MDL thu được vẫn thấp hơn MDL yêu cầu của AOAC SMPR (Hình 1).
Các hợp chất có MDL yêu cầu thấp nhất, tất cả đều đặt ở 10 pg/g, bao gồm PFOSA, PFOA, PFNA và PFHxS. Trong nghiên cứu này, MDL cho các hợp chất cụ thể này được xác định là 0,83 pg/g, 1,34 pg/g, 1,25 pg/g và 1,22 pg/g, tương ứng.
3.2. Độ thu hồi của phương pháp
AOAC SMPRs yêu cầu độ thu hồi của PFOS, PFOA, PFHxS và PFNA phải nằm trong khoảng 65 - 135%. Để tính toán độ thu hồi, nghiên cứu sử dụng 7 mẫu nền thêm chuẩn được thêm các hợp chất PFAS gốc và đồng vị. Với phương pháp định lượng pha loãng đồng vị, tín hiệu của hợp chất mục tiêu được hiệu chỉnh dựa trên tín hiệu của đồng vị tương ứng hoặc hợp chất tương tự có tính chất hóa học và thời gian lưu gần giống nhau. Độ thu hồi được lần lượt cho PFOS, PFOA, PFHxS và PFNA là 94 ± 8%, 97 ± 5%, 73 ± 5% và 96 ± 6%. Các hợp chất còn lại có độ thu hồi từ 70 - 123% (Hình 5).
Hình 5. Hiệu suất thu hồi của các PFAS trong mẫu sữa công thức cho trẻ em
3.3. Phân tích sữa công thức và sữa mẹ
Để so sánh với sữa mẹ, nồng độ tính bằng pg/g trong sữa bột được chuyển đổi sang pg/mL theo hướng dẫn pha sữa cụ thể của từng công thức (Hình 6). Tất cả các loại sữa công thức được kiểm nghiệm đều chứa ít nhất một hợp chất PFAS và tất cả trừ một mẫu cho thấy sự hiện diện của PFOS (trung bình 3,4 pg/g, tối đa 5,5 pg/g). Loại sữa công thức dành cho trẻ dị ứng (hypoallergenic), có chứa sữa thủy phân, có ít hợp chất PFAS nhất nhưng lại có nồng độ PFBA cao thứ hai (92,5 pg/g). Đáng chú ý, nồng độ PFAS trong các mẫu sữa công thức thấp hơn so với giá trị trung bình trong tài liệu đối với cả sữa mẹ và sữa công thức. Tuy nhiên, mẫu sữa mẹ trong nghiên cứu này lại có nồng độ PFAS tương đương với giá trị trung bình trong các nghiên cứu trước đó nhưng cao hơn đáng kể so với sữa công thức.
Hình 6. Nồng độ các PFAS trong các mẫu sữa công thức và mẫu sữa mẹ
Kết quả chỉ ra PFBA là hợp chất PFAS chứa nhiều nhất trong 2 mẫu sữa công thức của Mỹ, đặc gồm sữa với thành chính từ ngô và đậu nành hoặc sữa thủy phân. PFBA là một PFAS chuỗi ngắn, có độ hòa tan cao và dễ di chuyển trong môi trường nước, đồng thời khó loại bỏ bằng các phương pháp lọc thông thường. Do đó, sự hiện diện nổi bật của PFBA trong các công thức này gợi ý khả năng ô nhiễm từ nguồn nước hoặc nguyên liệu thực vật trong quá trình sản xuất. Đáng chú ý, nồng độ PFAS trong sữa mẹ thu thập tại Mỹ cao hơn đáng kể so với tất cả các mẫu sữa công thức, với tổng hàm lượng lên đến khoảng 90 pg/mL. Trong sữa mẹ, PFOS là hợp chất chiếm ưu thế, bên cạnh sự hiện diện đồng thời của PFOA, PFNA, PFHxS và các PFAS chuỗi dài khác. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đó, cho thấy PFAS chuỗi dài có xu hướng tích tụ sinh học cao và được bài tiết qua sữa mẹ, phản ánh mức độ phơi nhiễm môi trường lâu dài ở người mẹ. Trái lại, PFAS chuỗi ngắn dễ bị thải qua nước tiểu và ít xuất hiện trong sữa mẹ. PFAS, đặc biệt là các hợp chất chuỗi dài (PFOS, PFOA, PFNA, PFHxS), có thời gian bán hủy rất dài trong cơ thể người và gắn chặt với 1 số protein trong huyết tương (i.e., protein albumin) 5,6. Chúng tích tụ trong cơ thể theo thời gian và được bài tiết qua sữa mẹ, đặc biệt trong giai đoạn cho con bú 6. Phơi nhiễm tích tụ qua thời gian tiên sinh và hậu sinh đóng vai trò quan trọng trong việc gia tăng PFAS trong sữa mẹ. PFAS chuỗi dài có ái lực cao với protein huyết thanh, dẫn đến tích tụ và giảm thải trong nước tiểu. Khi vào cơ thể phụ nữ mang thai/cho con bú, chúng dễ bị vận chuyển vào sữa mẹ do cơ chế bài tiết tự nhiên. Trong khi đó, mức PFAS trong các mẫu sữa công thức được kiểm tra vẫn nằm dưới ngưỡng trung bình được ghi nhận trong tài liệu đối với cả sữa mẹ và sữa công thức. Sữa công thức thường được sản xuất từ nguyên liệu đã được kiểm định và xử lý qua lọc, xử lý nhiệt… nên PFAS – nếu có – thường từ nguồn nước hoặc vật liệu đóng gói. Các PFAS chuỗi ngắn (ví dụ PFBA) dễ tồn dư do độ hòa tan cao, nhưng cá thể này không bị tích lũy lâu dài như PFAS chuỗi dài trong cơ thể con người .
Tổng hợp các kết quả cho thấy sữa công thức hiện nay có hàm lượng PFAS thấp hơn đáng kể so với sữa mẹ, đặc biệt ở các sản phẩm nhập khẩu từ Anh và Úc. Tuy nhiên, sự hiện diện của các hợp chất như PFBA ở mức cao trong một số công thức từ Mỹ làm nổi bật nhu cầu giám sát chặt chẽ nguồn nước và nguyên liệu đầu vào. Đồng thời, nồng độ PFAS cao trong sữa mẹ cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát phơi nhiễm PFAS trong cộng đồng, nhất là đối với phụ nữ mang thai và cho con bú.
4. Kết luận
Ghi chú kỹ thuật này cho thấy độ nhạy của hệ thống SCIEX 7500 cho phép xây dựng một phương pháp đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của AOAC SMPRs trong phân tích PFAS trong sữa công thức. Trong nghiên cứu, MDL của 34 hợp chất PFAS đã được xác định, hầu hết ở mức dưới 5 pg/g. Ngoài ra, nghiên cứu hồi phục cho thấy kết quả chính xác và phù hợp với khoảng yêu cầu đối với các hợp chất PFAS chính. Cuối cùng, nồng độ PFAS trong các mẫu sữa công thức thấp hơn đáng kể so với dữ liệu trong tài liệu, trong khi sữa mẹ có nồng độ tương đương với mức trung bình được báo cáo trước đó.
5. Tài liệu tham khảo
1. Fujii, Y., Yan, J., Harada, K.H., Hitomi, T., Yang, H., Wang, P. and Koizumi, A., 2012. Levels and profiles of long-chain perfluorinated carboxylic acids in human breast milk and infant formulas in East Asia. Chemosphere, 86(3), pp.315-321. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.10.035
2. Macheka, L.R., Olowoyo, J.O., Mugivhisa, L.L. and Abafe, O.A., 2021. Determination and assessment of human dietary intake of per and polyfluoroalkyl substances in retail dairy milk and infant formula from South Africa. Science of The Total Environment, 755, p.142697. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142697
3. Tao, L., Ma, J., Kunisue, T., Libelo, E.L., Tanabe, S. and Kannan, K., 2008. Perfluorinated compounds in human breast milk from several Asian countries, and in infant formula and dairy milk from the United States. Environmental science & technology, 42(22), pp.8597-8602. https://doi.org/10.1021/es801875v
4. Zheng, G., Schreder, E., Dempsey, J.C., Uding, N., Chu, V., Andres, G., Sathyanarayana, S. and Salamova, A., 2021. Per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in breast milk: concerning trends for current-use PFAS. Environmental science & technology, 55(11), pp.7510-7520.
https://doi.org/10.1021/acs.est.0c06978
5. Criswell RL, Bauer JA, Christensen BC, Meijer J, Peterson LA, Huset CA, Walker DI, Karagas MR, Romano ME. Associations of per- and polyfluoroalkyl substances with human milk metabolomic profiles in a rural North American cohort. Environ Epidemiol. 2024 Oct 28;8(6):e352. doi: 10.1097/EE9.0000000000000352. PMID: 39474471; PMCID: PMC11521063.
6. González, N., Domingo, J.L. PFC/PFAS concentrations in human milk and infant exposure through lactation: a comprehensive review of the scientific literature. Arch Toxicol 99, 1843–1864 (2025). https://doi.org/10.1007/s00204-025-03980-x
