全氟化合物的液相色谱-串联质谱检测方法研究

2020-10-27张静洁李运运

纺织检测与标准 2020年5期

张静洁，李运运

（上海天祥质量技术服务有限公司，上海200237）

0 引言

全氟化合物作为一种最难降解的有机化学污染物之一，持久存在于环境中，具有高生物蓄积性和多种毒性，被生物体摄入后与蛋白质键合，存在于血液中，并在肝脏、肾脏、肌肉等处蓄积，呈现出显著的生物富集性，严重威胁着人类生存的环境及身体健康。此外，因其远距离环境迁移能力而导致的全球性污染也引起全世界范围的广泛关注。

当前，在全球范围内已经有多个国家提出相应的法律法规对其进行使用约束。2006年1月，美国环保署提出了全氟辛酸铵（PFOA）自主削减计划。2006 年12 月27 日，欧洲议会和部长理事会联合发布《关于限制全氟辛烷磺酸销售及使用的指令》（2006/122/EC），该指令是对理事会《关于统一各成员国有关限制销售和使用禁止危险材料及制品的法律法规和管理条例的指令》（76/769）的第三十次修订，限制全氟辛烷磺化物（PFOS）在产品、半成品、零件及用于特定零部件中及产品的涂层表面（如纺织品中的使用），要求：对销售和使用的物质和制剂中PFOS 的质量分数≤0.005%（50 ppm）；半成品、物品或零部件中的PFOS 质量分数≤0.1%（1 000 ppm）；对纺织品和其他涂层材料，PFOS的单位面积质量≤1µg/m2。2011 年3 月2 日，欧盟委员会公布第207/2011 号法规，将原第53 项PFOS 从REACH 法规附件XVII 中删除，因为该物质已被认定为持久性有机污染物质（POPs），应禁止生产及销售，但对纺织品或其他涂层材料的限量要求仍旧为＜1 µg/m2。2017 年6 月15 日，REACH 法规附件XVII 新增第68项关于PFOA的限制，当物品或混合物中PFOA（包括其盐类）的质量浓度≥25 µg/L 或PFOA 相关物质的质量浓度≥1 000 µg/L 时不得投放市场，此要求自2020 年7 月4 日执行；部分其他全氟化合物（PFCs）也被列入REACH 高度关注物质。鉴于PFCs 的危害，全球各大服装品牌采取了PFCs 淘汰行动，发布分阶段淘汰声明以应对PFCs带来的健康与环境问题。除此之外，STANDARD 100 by OEKO-TEX®、Bluesign、GOTS 等国际认证以及ZDHC-MRSL 也对纺织品及纺织染整助剂中的PFCs 的限制逐步扩充，从最初的PFOA、PFOS 扩充至PFOA、PFOS的盐类及其衍生物[3]。

针对全氟化合物的检测方法，常用的有GB/T 31126—2014《纺织品全氟辛烷磺酰基化合物和全氟羧酸的测定》（LC-MS/MS）、GB/T 24169—2009《氟化工产品和消费品中全氟辛烷磺酰基化合物（PFOS）的测定高效液相色谱-串联质谱法》、SN/T 2392—2009《进出口化工产品中全氟辛烷磺酸的测定液相色谱-质谱/质谱法》（HPLC/TOF/MS）及气相色谱-质谱法（GC-MS）等。其中，串联质谱是文献报道中使用最广泛的全氟类化合物定量检测方法，虽然所用检测设备较为昂贵，但该方法的选择性和灵敏度却很高，对样品的前处理要求较低，检测范围大，检测极限低，得到国内外研究者的青睐。

然而，关于纺织染整助剂中PFCs 的检测文献报道却较少。本文针对纺织染整助剂中的7 种全氟化合物建立了液相色谱-串联质谱检测方法，并对样品前处理、流动相等条件进行了优化，希望研究结果可为相关研究人员提供帮助。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

高效液相色谱串联四级杆质谱仪，配有电喷雾离子源（API 3200）；超声波，工作频率40 kHz。

1.1.2 试剂

7 种PFCs 标准品（详见表1），乙腈、甲醇、乙酸铵均为色谱纯。分别称取适量PFCs 标准品，用甲醇配制成单标标准储备液。分别吸取适量PFCs单标标准储备液，用甲醇配制成质量浓度为20 mg/L的一级混合标准中间溶液，然后吸取适量的一级混合标准中间溶液用甲醇配制成质量浓度为0.1 mg/L的二级混合标准中间溶液，临用前用甲醇稀释成质量浓度分别为0.4 、1、2、5、10 μg/L 的标准工作溶液。

1.2 样品处理

准确称取0.2 g 试样（精确至0.01 g），置于提取器中，加入10.0 mL甲醇，加塞密闭。将提取器置于超声波浴常温提取30 min 后，冷却至室温，用一次性注射器将样品溶液通过0.45µm再生纤维过滤头过滤至样品瓶中，用甲醇稀释10 倍后进行HPLCMS/MS分析。

1.3 仪器分析条件

1.3.1 色谱条件

C18 柱，2.1 mm ×150 mm，粒径3.5 µm 或相当者。流动相，5 mmol/L 乙酸铵溶液（A）与乙腈（B）。洗脱梯度：0～20 min，70%～0%，A；20～25 min，0%，A；25～25.1 min，0%～70%，A；25.1～30 min，70%，A。流速0.3 mL/min，柱温40 ℃，进样量10µL。

1.3.2 质谱条件

离子源ESI，离子源温度为400 ℃，电离电压为-4 500 V，检测模式为多反应检测模式（MRM）。其中，7 种全氟化合物的定性定量离子对及仪器参数见表1。

表1 PFCs 的定性定量离子对及仪器参数

2 结果与讨论

2.1 样品提取

称取0.2 g纺织染整助剂于50 mL试管中，分别加入10 mL甲醇、乙腈与四氢呋喃到空白基质样品中，加入混合标品，在室温下使用常见频率40 kHz的超声波提取器对空白加标样品提取30 min，提取液经再生纤维素滤膜过滤后用甲醇稀释10倍进样分析，平行测定5 个样品，每个样品平行测定6 次。考察不同提取溶剂对7 种全氟化合物的萃取效果的影响时发现：对大部分化合物来说，用甲醇做提取溶剂，萃取效率相对较好，且纵观国内外的标准与相关文献资料，用于全氟化合物的提取溶剂基本是甲醇。因此，本试验采用甲醇做提取溶剂。

以甲醇为提取剂，比较不同时间对超声提取效果的影响，发现7 种全氟化合物的提取率在超声提取时间达到30 min 后，再延长超声时间至90 min时，对提取效果的影响较小，因此本文确定超声提取时间为30 min。然后，再以甲醇为提取剂，超声时间30 min，比较样品在常温、40 ℃、60 ℃下的提取效果发现，提取温度对7种全氟合物的萃取效率的影响很小，目标物浓度标的变化不大。因此，选择在室温条件下进行超声提取。

2.2 色谱条件优化

采用乙酸铵缓冲溶液以改善色谱峰性，通过优化流动相的梯度洗脱条件，使7 种PFCs 在20 min内得到分离。当流动相水相中未加乙酸铵时，PFCs几乎没有质谱信号响应，说明PFCs 无法有效地进行离子化；而在水相中加入5 mmol 的乙酸铵时，各个化合物的响应已经满足要求。由于盐离子的浓度越大，对柱子的伤害越大，所以本文选5 mmol 乙酸铵。再次调整流动相，除了水相加入乙酸铵外，有机相乙腈中加入5 mmol 乙酸铵。与不加乙酸铵相比，对各个离子的峰性与响应变化不大，因此只在水相中加入乙酸铵。

2.3 线性关系、检出限及测定低限

在2.1 和2.2 条款所确定的在常温下以甲醇为提取溶剂、超声提取时间为30 min 的仪器条件下，对质量浓度分别为0.4、1、2、5、10 μg/L 的7 种PFCs标准工作溶液进行分析测定，发现浓度与响应值具有良好的线性关系，相关系数R2大于0.995；检出限的测定方式是以3倍信噪比物浓度分析而得，7种全氟化合物的检出限范围为0.04～0.10 mg/kg。根据检出限和方法条件可计算得到7 种全氟化合物的方法测定低限为0.14～0.33mg/kg，可以满足ZDHC 对于全氟化合物的限制要求。

2.4 回收率和重复性测试

本试验分别将液体、膏状与粉末三种助剂样品加入混合标准溶液后进行检测，其添加量分别为0.2、1、5 mg/kg，对每个添加剂的混合溶液水平平行测定6 次。计算得到试样的回收率和相对标准偏差分别见表2、表3 和表4。由表2～表4 可知：液体助剂的加标回收率为77%～109%，相对标准偏差RSD 在2%～8%；膏体助剂回收率为89%～111%，相对标准偏差RSD为3%～9%；粉末助剂回收率为68%～110%，相对标准偏差RSD 为3%～15%。由于液体基质干扰较小，且样品比较均匀，故液体基质的回收率最好，相对标准偏差较小；粉末样品基质干扰大，在质谱检测时产生离子增加或者抑制，回收率范围较大，粉末颗粒的不均匀也导致加标回收的相对偏差较大；膏体的样品基质处于两者之间，结果也处于两者之间。对于纺织染整助剂的这三种基质，检测方法的精密度和回收率都较好，能够满足检测分析要求。