细说高关注新污染物PFAS的“毒”与“治”——访上海交通大学戴家银教授

新污染物是指未纳入常规监测，导致潜在的健康效应的化学物质。主要包括环境内分泌干扰物、持久性有机污染物、抗生素、微塑料等。新污染物对生态环境或人体健康存在较大风险，近些年来，其监测和治理成为生态环境工作的新热点。

全氟和多氟烷基化合物（PFAS）是新型污染物中的一类，具有生物毒性、环境持久性、生物累积性和远距离迁移能力四大特性，是当前全球最受关注的新污染物之一。近期人民日报等媒体报道的“日本大阪府部分居民血检异常”新闻中，罪魁祸首就是这类物质。PFAS究竟是什么？它有什么危害？国内外对这类物质的研究进展如何？研究过程中，对分析仪器和技术有怎样的需求？带着这些问题，仪器信息网走进上海交通大学环境学院新大楼，与国内PFAS研究领域领军人物戴家银教授进行了深入交流。

戴家银教授 上海交通大学

认识PFAS：一类实用的“永久化学品”

PFAS是一类人工合成有机物，其家族成员多达上万种，包括全氟辛酸（PFOA）及其铵盐、全氟辛烷磺酸（PFOS）等。碳链中所有氢原子被氟原子取代的化合物称为全氟化合物，部分被取代的称为多氟化合物。由于分子中的C-F键非常稳定，使其具有表面活性高、耐热、耐酸碱、疏水和疏油等性质。基于这些性质，PFAS得到广泛应用。

最早的应用可追溯到上世纪四十年代初，在第二次世界大战期间，美国“曼哈顿计划”开始实施利用核裂变反应来研制原子弹，将PFAS用于铀的提取；二战结束后逐渐改为民用，知名制造企业3M公司和杜邦公司是最早生产民用PFAS产品的公司。如今，在我们生活中随处都可以看到PFAS的身影，如不粘锅涂层、户外冲锋衣、食品包装防水层、灭火泡沫、衣物整理剂等等。就像塑料袋一样，这类物质给人们的生活带来了极大便利的同时也给环境和大众健康带来不利影响。

PFAS的毒性究竟有多强？这是公众最关心的问题。戴家银长期致力于PFAS毒理学研究，对于这个问题，他用科学家的语言作了回答。

半致死浓度是物质急性毒性大小的判断标准，从半致死浓度来看，PFAS的毒性属于中等毒性，不似传统污染物如带苯环的DDT等污染物那般具有急性毒性。不同于后者的亲脂性，含氟化合物具有亲蛋白性，容易与蛋白质发生相互作用，常常在人体的血清、肝脏等组织和器官中被检测到，体内浓度比其他POPs污染物低1-2个数量级。但作为一类新污染物，PFAS最大的特点是持久性，无论是在环境中还是人体中都一直存在，因此PFAS也被称为“永久化学品”。在我国，所有人的体内一定都能够检测到PFAS，它们主要来自于食物和水，其半衰期很长，常见的两类含氟化合物PFOS和PFOA的半衰期分别约为6.8年和3.8年。

至于PFAS究竟会导致什么疾病，戴家银表示，这需要环境毒理学和流行病学研究结合来给出答案。他解释道：“人群数据与动物暴露实验很不一样，动物暴露实验中的污染物浓度会普遍较高，在环境剂量下不太容易看到明显的健康效应，还需结合流行病学的研究方法才能得到可靠结果，而样本量、不同地区、不同人群的数据都会对结果造成影响。”

目前还没有研究明确表明PFAS会直接导致某种疾病，“就像不能下结论说抽烟一定会导致肺癌一样。”戴家银如是说。但相关环境流行病学研究表明，PFAS关联的不良健康效应有高血脂和癌症等疾病。

发表超百篇论文 成为国内PFAS研究的先锋队

戴家银最初确定将PFAS作为研究方向是在2005年，那一年他结束了在美国康奈尔大学的博士后工作，回国加入中国科学院动物研究所。在此之前，戴家银本科到博士有着生物化学和环境化学的系统学习经历。刚回国的研究人员会面临着申请项目的难题，而动物所的强势领域是生态研究，鉴于戴家银具有环境学和生物化学的交叉学科背景，单位认为他开展生态毒理研究非常合适。几经调研，戴家银选择了PFAS作为方向。问及为什么会选择PFAS，戴家银坦言：“因为那时国内很少有人做这个方向，竞争少，大家刚起步都在同一水平线上。”后来，戴家银常常将这些选择课题的经验分享给年轻人。

戴家银是国内最早开展PFAS研究的学者之一，为了讲清楚我国在这一领域研究的开端，他特意在采访前将国内早期相关文章都打印了出来，可见他对待事情之严谨。从文章的发表时间来看，国内最早开展PFAS研究的是中国医科大学的金一和教授（后调入大理理工大学），2004年其团队在中文核心期刊上发表了三篇文章，内容涉及水体和人体中全氟化合物的检测以及相关的毒理研究；2006年，国内首篇英文文章发表在ES&T上，中国科学院生态环境研究中心江桂斌院士是通讯作者之一；同样在2006年稍晚些时候，戴家银团队的第一篇文章也见刊于ES&T，此时，距离戴教授回国开展研究仅一年多的时间。

近些年，PFAS成为环境领域的热点，据戴家银介绍，仅国内就有超过70个团队在开展含氟化合物的研究。他说，之所以热门，一则是因为国家对于新污染物的重视度增加，含氟化物就是一个典型的新污染物，并且是一类高关注物质；二则是因为PFAS研究有标准品，三重四极杆质谱仪的普及极大地支持了这类研究的发展。

戴家银也提出，含氟化物的确值得关注，但很多其他物质也同样需要关注。污染物没有“贵贱”之分，不宜一味追逐所谓“热点”，我国很多新污染物都还没有健康指导值，都应该去好好研究。如果每一类物质都有十几个团队去研究透彻，国家就不缺各种各样的标准。

目前，全球PFAS相关的文章约有1万篇，其中高被引论文119篇，戴家银团队的高被引文章就有3篇，文章总数更是多达102篇，是国内唯一一个该领域文章数量超过百篇的团队。对此，他解释说，“团队之所以能有这么多成果，是因为研究全面，除了污染物的筛查，还大量、全面、深入地毒理研究，并基于此指导合成新型替代品。”显然，戴家银团队已成为我国PFAS研究领域的排头兵。

戴家银教授向我们展示实验室保存的样品时如数家珍

“没有性能的化学品毒性研究没有意义”

2009年，PFOS正式被列入斯德哥尔摩公约，这之后，PFAS家族的PFOS、PFOA、全氟己烷磺酸（PFHxS）等逐渐被欧盟国家禁用。我国也于2013年通过立法，规定到2023年禁止使用PFOS产品（部分豁免的物质除外）。

“这类化学品具有不可或缺性，完全停止使用，让人类生存环境退回到原始社会、生活品质极大下降也不现实。环境污染是社会进步必然要付出的代价，我们最终的目标是找性能和环境友好性两者兼得的物质，研究这些物质的合理剂量和更安全的使用方法。”戴家银讲到。

所谓环境友好性，就是让这些污染物质更易于降解、累积性和毒性下降。结构决定性质，新的化合物通常是在原化合物基础上进行原子替代或者结构改变，这类物质被称为新型含氟替代品，如替代PFOA的GenX、我国特有的替代PFOS的铬雾抑制剂F-53B等都属于新型替代品。

戴家银介绍了几种常用的替代策略：第一种是将污染物原来化学结构的两个碳之间加入氧原子，碳碳键变为醚氧键，使化合物更具亲水性，从而易于排出体外；第二种策略是将化学结构中部分碳氟键变为碳氢键，使其毒性降低，亲水性增加；第三种是改变碳原子数量，长链变短链，使其毒性减小，但这类替代策略的产物不能算作新的替代品，相应性能也会有所下降，使用时需要增加用量。

如戴家银所言，没有性能的化学品毒理研究没有意义，对于科研工作而言，毒理研究的目的最终也是为性能服务的。企业在开发产品的时候更多的是关注经济效益，为了追求产品性能，他们可能会大量增加某些修饰基团，导致物质毒性急剧增加。环境研究与工业产品开发结合起来，能够帮助企业在追求产品性能的同时兼顾环境友好性。

经过多年系统的研究，戴家银基于毒性规律指导化学品绿色替代与合成的工作也已经在多个项目中实现成果产业化。如基于斑马鱼、小鼠实验等一系列毒性研究后指导开发出一类PFOA替代品已经被列入福建三明市海斯福化工有限责任公司的产品目录中；在参与的基金委重点项目中，基于化合物结构与生物毒性之间的构效关系指导开发了性能类似F-53B的新型含氟化合物，该化合物相较于F-53B减少了两个碳氟键，物质毒性进一步下降，三明市海斯福公司也已经建立了生产线；此外还有福建省科技厅支持的其他项目，也贯彻了替代理念并落实到产业化当中。

新的替代品也并不意味着对环境完全没有影响，虽然它们在环境、人体和野生动物体内累积的浓度有所下降，但这些物质仍然具有环境持久性，有研究表明，一些短链的替代品含量在环境中也在逐渐增加。戴家银说，随着技术的发展，科研在向无人区挺进，也许未来有一天合成不含氟、毒性小或者易于被微生物转化的环境友好型替代品会成为现实。就像现在科学家已经将二氧化碳合成了淀粉，看似简单的工作却是从无机物到有机物的巨大进步。

这样看来，对PFAS及新型替代品的研究将是环境学家们长期的课题。

国内新型含氟化合物研究现状：没有健康指导值、亟需数据库

在PFAS的研究方面，我国和国外基本处于同步的水平。但整体来看，国内在新型全氟和多氟化合物方面还存在许许多多的问题。

首先，对于新的替代品，我国一个健康指导值都还没有，欧盟和美国在这方面更加完善，美国环境保护署（EPA）已经发布了GenX的健康指导值。事实上，我国新型污染物的健康指导值很多时候都依赖国外，但中国人与欧美国家人群在体质等各方面存在差异，因此科学家们一直在努力希望将相关标准本土化。谈到这里，戴家银表现出些许无奈，他说：“确立发布一个健康指导值需要有一个过程，需要先立项，再由风险评估中心和国家卫健委等部门发布，通常要长达几年的时间，仅凭基础研究的结果去推动不现实。我们一直在呼吁，希望监管部门、企业和科研单位三方协同起来共同推进PFAS健康指导值的建立。”

然而，政府机构、企业和科研单位的交流及协同性还很不够。“政府监管部门在监测过程中有什么困难，各级监管部门有多少三重四极杆质谱仪，是否能够满足相关标准的执行等，研究人员不了解；企业不公开化学品配方或排放物所含成分，科研人员只能从企业排放的污水及周边环境中采样检测，再去反推，这不仅给科研工作带来阻力，也会影响监管部门做决策。”

在鼓励替代目录中，戴家银也发现了问题，2016年，工业信息化部、生态环境部、科技部三部门联合发布了一个与GenX结构非常类似的三聚体物质进入鼓励替代的目录，但当时并没有充足的数据表明它是一个好的替代品。近几年，戴家银团队围绕该物质开展了大量研究，发现它在累积性和多种毒性层面恐怕并非好的替代品。

此外，戴家银还特别指出，数据库的重要性还没有被充分重视，这是我们的短板。因为做数据库工作无法发文章，很多研究人员不愿意去做这个工作，并且研究人员创建的数据库不具有权威性，还是需要生态环境部、科技部等国家部门或者行业协会来牵头创建。戴家银认为，无论是健康指导值还是数据库，我们不能一直“拿来主义”，这种管理还是太粗放。

希望开发“进一针样品出千百种物质”的方法

本次采访，戴家银教授团队的潘奕陶和盛南两位老师也全程陪同，他们从很早就跟随戴教授进行PFAS研究，后来又一同从中科院动物所来到上海交通大学，两位也正是前面所提到的高被引文章的第一作者。在新污染物的研究中，质谱仪可以称得上是“当家”工具，采访最后，两位分别从实际科研工作出发，分享了他们在PFAS研究中所用到的质谱技术和仪器，并对仪器发展提出新的期待。

潘奕陶的研究方向侧重于新型全氟及多氟烷基化合物的识别和健康效应，他的工作中常用到的质谱仪，包括定量常用的三重四极杆质谱仪和筛查常用的高分辨质谱仪。他谈到，做新污染物研究，无论是识别还是高通量检测，遇到的瓶颈都是相似的：

第一，对于新发现的污染物，通常会面临缺乏标准物质的困扰，尽管可以借助高分辨质谱初步解析物质结构，但置信度不高，缺乏标准品时的半定量结果往往存在较大误差，缺乏抗基质干扰能力；

第二是目前还缺乏足够全面和智能化的质谱库和毒性数据库，帮助科学家高通量、高精度、自动化的解谱和筛选真正高风险、高关注的物质；

第3， 每一类新污染物后面都是一个大家族，大家研究的对象各不相同，都希望把广谱性或高关注的化合物“一网打尽”。由于每一类化合物各有一套定量和识别方法，分别研究就会花费大量的时间和人力成本。

潘奕陶提出，希望仪器厂商或分析化学家能够开发一种解决方案，开发尽可能兼容大多数化合物的广谱富集方法，且一次进样就能分析几百种甚至上千种新污染物，而不是像现在每次只能分析某类污染物中的几十种化合物。他也指出当下仪器本身的问题：如果成百上千种化合物同时分析，仪器本身的扫描时间有限，灵敏度也达不到，仪器不够稳定，这是目前新污染物检测过程中仪器存在的瓶颈。

SCIEX Triple Quad™ 6500+ LC-MS/MS 系统是他们用的最多的质谱仪。潘奕陶说，高分辨质谱是近几年新污染物识别研究火起来后，才被大家更多关注到，三重四极杆质谱则一直是核心工具。谈到他们正在使用的这台三重四极杆质谱，他说：“SCIEX的仪器毋庸置疑是我们组用的最多的。在性能方面，同样的灵敏度下，他们的仪器抗基质干扰能力更强。此外，离子源的结构比较特殊，更不容易发生源内裂解，特别是针对一些新型全氟醚类化合物，灵敏度也要更好一些。”

戴家银实验室中的 SCIEX Triple Quad™ 6500+ 液质联用仪

盛南的研究方向主要是新污染物的毒理效应机制，在毒理研究中，除了高内涵分析系统和共聚焦显微镜，三重四极杆和高分辨质谱仪也常被用到。盛南介绍道，团队对PFAS的毒理研究已经深入开展多年，各种体内、体外毒理学相关实验都做过，已全面掌握PFAS的毒性机制。她也介绍了在毒理研究中质谱仪所发挥的作用。

由于PFSA会与蛋白质结合产生一定的毒性效应，现在盛南在做的工作主要是寻找一些核心的蛋白质，以效应为导向去筛查血清或者环境中可以与这种核心蛋白质结合的物质，这类物质就可能产生相应的毒性效应。这个过程中，要用到三重四极杆和高分辨两种质谱仪。

因PFAS清除半衰期长，在体内中会不断累积，毒性与累积的量有关，往往累积能力越强的PFAS，毒性效应越强。在做动物暴露实验时，比较同等剂量污染物暴露后哪些组织或者器官中累积更多，有助于解释其毒性效应的差异，这个过程就靠三重四极杆质谱仪来定量分析。此外暴露组和代谢组学研究也依赖于质谱仪。盛南表示，在毒理研究中，现有的质谱仪已经能够满足实验需求。

为国家新污染物治理建言献策

针对上述问题，在全国政协委员等一行领导前来调研新污染物治理时，戴家银诚恳提出了五条建议：

第一， 我国特有的新型替代品如铬雾抑制剂F-53B，毒性比PFOS更强，这类物质需要加强监管，既然不能直接禁止，可以要求零排放治理；

第二， 前面所述2016年鼓励替代的三聚体物质，与人体中蛋白亲和能力及动物毒性均更强，建议不鼓励大面积替代应用；

第三， 建议将基于毒性规律指导化学品绿色替代和合成的理念向全国推广，不仅化学品，后续塑料添加剂、抗氧化剂、防紫外剂等都可践行，如此，毒性研究才能够发挥作用；

第四， 监管部门、科研单位和企业协同起来，共同从源头管控污染物，更高效地推动政策发展；

第五， 建立数据库，让研究不同污染物的团队共享，提高科研效率。

总结

新污染物治理是建设美丽中国、健康中国的重大战略任务，是一项长期的系统工程，新污染物治理将成为未来国家基础研究和科技创新的重点领域之一。科研院所、科研人员、科研仪器单位将形成合力，强化科技支撑，共同加强新污染物相关科技研究，推动环境危害机理、迁移转化规律及毒性效应研究和替代品及替代技术研发，不断强化新污染物治理高水平科技创新平台建设。

戴家银和团队成员（从左到右：赵砚彬 张琨 戴家银 盛南 潘奕陶）