高效液相色譜-串聯質譜法測定紡織品中16種全氟烷酸類化合物

鄭建國，劉　葳，張子豪，劉瑩峰，李全忠，

李　丹1，彭　瑩1，張增強2，周明輝1

(1.廣東出入境檢驗檢疫局，廣東　廣州　510623；2.五邑大學　紡織服裝學院，廣東　江門　529020)

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高效液相色譜-串聯質譜法測定紡織品中16種全氟烷酸類化合物

鄭建國1*，劉葳2，張子豪1*，劉瑩峰1，李全忠1，

李丹1，彭瑩1，張增強2，周明輝1

(1.廣東出入境檢驗檢疫局，廣東廣州510623；2.五邑大學紡織服裝學院，廣東江門529020)

摘要：采用高效液相色譜-串聯質譜(LC-MS/MS)技術建立了紡織品中16種全氟烷酸類化合物的測定方法。樣品以甲醇為溶劑，超聲提取，C18(100 mm×2.1 mm，2.7 μm)色譜柱分離，流動相為水和甲醇，梯度洗脫，多反應監測(MRM)模式進行分析檢測。16種全氟烷酸類化合物在1~1 000 ng/mL濃度范圍內與對應峰面積呈線性關系。方法定量下限(S/N=10)為0.21~1.53 μg/m2。加標回收率為84.8%~107.4%，相對標準偏差(RSD)不大于7.2%。該方法快速簡便、準確可靠，適用于紡織品中全氟烷酸類化合物的分析檢測。

關鍵詞：紡織品；全氟烷酸；高效液相色譜-串聯質譜；測定

全氟烷酸是一類人工合成的化合物，由于具有優良的熱穩定性、化學穩定性、高表面活性及疏水疏油性能，大量地應用于化工、紡織、皮革和炊具制造等諸多與生活息息相關的領域[1]。隨著對其研究的日益深入，人們逐漸認識到全氟烷酸類化合物具有在生物體內富集的作用，危害人們的健康，因而受到了人們越來越多的關注[2]。ECHA發布的歐盟REACH法規中包含了6種全氟高關注度物質[3]。歐盟規定市場上紡織品中全氟辛烷磺酸的限制含量為1 μg/m2。基于歐盟REACH法規中高關注全氟化合物清單，國際環保紡織協會-Oeko-Tex在2014版的Oeko·Tex Standard 100中新加入了全氟十一酸至全氟十四酸等4種高關注全氟烷酸物質[4]。在國內，部分紡織品存在一種或幾種全氟烷酸類化合物，這勢必對紡織品的出口造成影響。因此建立一個完善準確的全氟烷酸類化合物的分析方法對應對國外紡織技術貿易措施十分必要。

目前國內外已有許多關于全氟化合物污染[5]和檢測技術的報道[6]。對于紡織品中全氟烷酸類化合物的檢測主要采用液相色譜-質譜法[7]和氣相色譜-質譜法[8]，主要檢測PFOA和PFOS這兩種物質[9-11]。近年來由于對全氟烷酸類化合物毒性認識的加深，對于同時檢測多種全氟化合物的研究也越來越多。文獻[12-14]采用LC-MS/MS聯用技術檢測不同食品中的多種全氟化合物，文獻[15-16]建立了LC-MS/MS法測定紡織品中多種全氟化合物的分析方法，但對于一系列的全氟化合物，從短碳鏈C4至長碳鏈C16的系列直鏈全氟羧酸和C4至C10的系列直鏈全氟磺酸化合物的分析檢測方法尚未見報道。本文建立了液相色譜-串聯質譜技術同時測定16種全氟烷酸類化合物的分析檢測方法，檢測化合物涉及常見的全氟羧酸(C4-C16)與全氟磺酸(C4-C10)目標化合物，方法的靈敏度高、準確可靠，可用于紡織品中全氟烷酸類化合物的檢測分析。

1實驗部分

1.1儀器與試劑

Agilent 1200液相色譜(美國安捷倫公司)，配有G1312B二元混合泵；Agilent 6410三重四極桿串聯質譜儀(美國安捷倫公司)，配有電噴霧離子源(ESI)和MassHunter軟件數據處理系統；Poroshell 120 EC-C18(100 mm×2.1 mm,2.7 μm)色譜柱；AS20500A 超聲波發生器(AUTO Science 公司)；Milli-Q超純水機。

全氟丁酸(PFBA)、全氟戊酸(PFPeA)、全氟己酸(PFHxA)、全氟庚酸(PFHpA)、全氟壬酸(PFNA)、全氟癸酸(PFDA)、全氟十一酸(PFUnA)、全氟十二酸(PFDOA)、全氟十三酸(PFTRIDA)、全氟十四酸(PFTEDA)、全氟十六酸(PFHeDA)和全氟丁烷磺酸(PFBS)均購自挪威Chiron公司；全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)購自德國Dr.Ehrenstorfer公司；全氟己烷磺酸(PFHxS)和全氟癸烷磺酸(PFDS)購自加拿大Wellington公司。上述標準品純度均為99.0%。甲醇(HPLC級)購自Tedia公司，氨水(分析純)購自廣州化學試劑廠，實驗用水為超純水。

1.2標準工作溶液

稱取全氟烷酸系列標準物質各5 mg，分別用甲醇溶解定容至100 mL，配制成濃度為50 μg/mL的16種全氟烷酸單標儲備液。移取50 μL和500 μL以上各儲備液，分別用甲醇定容至25 mL，配制成濃度分別為0.1 μg/mL和1 μg/mL的全氟烷酸標準混合中間液。

移取以上全氟烷酸混合標準中間液，以甲醇為溶劑，配制成濃度分別為1，2，5，10，20，50，100，200，500，1 000 ng/mL的標準工作溶液。

1.3樣品預處理

取面積為100 cm2的紡織樣品，剪碎后放入100 mL帶旋蓋的螺口玻璃瓶中，加入50 mL甲醇，若不能將樣品完全浸沒則繼續加入甲醇保證溶劑完全浸沒樣品，70 ℃下超聲萃取60 min，將提取液過濾至150 mL圓底燒瓶內，再用10 mL甲醇多次洗滌試樣和玻璃瓶壁,并用玻璃棒盡量將試樣中吸附的溶劑擠壓干，合并洗滌液于圓底燒瓶中。將提取液于50 ℃下旋轉蒸發近干，甲醇定容至5 mL，用0.22 μm針式尼龍濾膜過濾，待測定。

1.4液相色譜-串聯質譜條件

色譜條件：PoroShell 120 EC-C18(100 mm×2.1 mm，2.7 μm)色譜柱；柱溫25 ℃；進樣體積2 μL；流動相A：水，B：甲醇，采用梯度洗脫程序：0~2 min，10%B；2~3 min，10%~20%B；3~4 min，20%~45%B；4~5 min，45%~70%B；5~11 min，70%~85%B；11~18 min，85%~100%B；18~19 min，100%~75%B；19~20 min，75%~50%B；20~21 min，50%~20%B；21~24 min，20%~10%B；流速：0~11 min，0.3 mL/min；11~19 min，0.2 mL/min；19~24 min，0.3 mL/min。

質譜條件：電噴霧離子源(ESI)，多反應監測(MRM)，掃描方式為負離子模式，干燥氣溫度：350 ℃，氮氣流速：7 L/min，霧化器壓力：50 psi，毛細管電壓：4 000 V，碰撞能量0~60 V(見表1)，駐留時間20~50 ms。

2結果與討論

2.1樣品提取方式的選擇

將監督抽查得到的含有全氟烷酸的同一陽性化纖材質樣品剪碎，分別采用微波提取、快速溶劑提取、超聲提取3種方法提取全氟烷酸類化合物，每個方法進行3次平行試驗。圖1為不同提取方式對樣品中7種全氟烷酸類化合物提取濃度的比較。

圖1　不同提取方法提取濃度的比較

結果表明，樣品中全氟烷酸化合物PFPeA，PFNA，PFTEDA采用超聲提取時效率最高，快速溶劑提取效率次之，微波提取效率相對較低；化合物PFBS，PFHpA和PFTRIDA采用快速溶劑提取時效率相對較低，超聲提取與微波提取效率相當；化合物PFOS采用超聲提取時效率較高，其他兩種提取方法效率相當。綜合以上結果，超聲提取的效率最高，因此實驗選擇超聲提取為紡織樣品中全氟烷酸類化合物的萃取方式。

2.2流動相的選擇

分別采用甲醇-水、甲醇-5 mmol/L醋酸銨水溶液(pH 4.5)、甲醇-0.1%氨水溶液作為流動相，對濃度均為10 ng/mL的混合標準溶液進行測定。結果表明，目標物質在甲醇-5 mmol/L醋酸銨水溶液體系中的響應最弱，在甲醇-0.1%氨水溶液體系的響應比甲醇-水體系稍強。原因可能是待測物質母離子均為[M-H]-的分子離子，中性或偏堿性流動相提供了待測物質容易脫去質子的環境，增加了母離子的形成。但在甲醇-0.1%氨水溶液體系中，PFBA與PFPeA離子的干擾大，基線較高，化合物PFBA分成3個峰，PFPeA與PFBS出峰時間長，峰形較差。因此實驗選擇甲醇-水溶液作為流動相。

2.3質譜條件的優化

將16種全氟烷酸標準溶液逐個在ESI負離子模式下以不同傳輸電壓進行一級質譜掃描，結果表明12種全氟羧酸化合物的最強峰為準分子離子峰[M-H]-或分子失去羧基時的分子離子峰[M-45]-，4種全氟磺酸化合物的最強峰為[M-H]-的準分子離子峰和磺酸基團分子離子峰[SO3]-。分別對各準分子離子以0~80 V的碰撞能量進行子離子模式掃描，得到子離子信息和對應的碰撞能量值。全氟羧酸類化合物的子離子為分子失去羧基官能團后分子間相差若干個CF2片段的系列碎片離子，如[C3F7]-,[C4F9]-,[C5F11]-等[CnF2n+1]-離子片段；全氟磺酸類化合物的子離子為失去若干CnF2n+1飽和碳鏈基團并帶有磺酸官能團的[CnF2nSO3]-碎片離子和[SO3]-、[FSO3]-離子。最后選取響應最大、干擾較少的碎片離子作為定量、定性離子。為得到較好的靈敏度，分別對子離子的選擇、碎裂電壓、碰撞能量等參數進行優化。圖2A為PFNA的ESI-MS負模式掃描一級質譜圖，在Fragmentor為120 V時，顯示很強的PFNA準分子離子峰和失去羧基時的分子離子峰，即[C9F17O2]-和[C8F17]-；圖2B為PFNA在碰撞能量為10 V時的子離子掃描質譜圖，經準分子離子失去羧基后產生m/z為219，269，419的系列碎片離子峰，分別對應[C4F9]-，[C5F11]-和[C8F17]-。16種全氟烷酸類化合物優化后的參數和多反應監測色譜圖見表1和圖3。

表1　16種全氟烷酸類化合物優化后的定量、定性離子對、碎裂電壓及碰撞能量

2.4線性范圍與定量下限

在優化條件下，對系列濃度全氟烷酸混合標準工作溶液進行測試，以各物質的濃度(X,ng/mL)為橫坐標，對應峰面積(Y)為縱坐標繪制標準曲線，16種全氟烷酸在1~1 000 ng/mL范圍內線性關系良好，相關系數(r)為0.995 2~0.999 9。以10倍信噪比(S/N)作為定量下限，得出16種全氟烷酸的方法定量下限為0.21~1.53 μg/m2。16種全氟烷酸化合物的線性方程、相關系數及定量下限見表2。

表2　16種全氟烷酸的線性回歸方程、相關系數及定量下限

(續表2)

CompoundRegressionequationCorrelationcoefficient(r)Limitofquantitation(μg/m2)PFHxAY=1678X+1.438×1040.99870.35PFHpAY=1771X+1.264×1040.99780.39PFOAY=3609X+1.671×1040.99970.46PFNAY=1242X+1.370×1040.99840.60PFDAY=2879X+2.257×1040.99520.49PFUnAY=4778X+3.130×1040.99870.63PFDOAY=4798X+2.099×1040.99850.23PFTRIDAY=4855X+1.801×1030.99990.21PFTEDAY=3435X-5.408×1030.99970.39PFHeDAY=2095X+5.001×1030.99920.48PFBSY=479.3X+4.023×1030.99830.45PFHxSY=635.0X+4.287×1030.99920.21PFOSY=1825X+1.276×1040.99820.72PFDSY=1005X+2.642×1030.99520.25

2.5回收率與精密度

將面積為100 cm2的空白棉紡織樣品剪碎后置于螺口玻璃瓶中，分別向樣品中定量添加1 ng/mL混合標準溶液1 mL和10 mL，10 ng/mL混合標準溶液10 mL，得到最終添加質量為1 ng，10 ng和100 ng的空白基質加標樣品。向其中加入50 mL甲醇，并使樣品完全浸泡，每個添加水平平行測試6次。結果表明，16種全氟烷酸類化合物在空白基質中的加標回收率為95.3%~103.1%，相對標準偏差(RSD)不大于7.2%(見表3)。

對某含有7種全氟烷酸化合物(PFPeA,PFHxA,PFHpA,PFOA,PFNA,PFDA,PFDOA)的尼龍化纖實際樣品進行加標回收實驗，分別向樣品中定量添加1 ng/mL混合標準溶液1 mL和10 mL，得到最終添加質量為1 ng和10 ng的基質加標樣品。每個加標水平平行測試6次。結果表明：樣品原來含有的7種全氟烷酸類化合物的加標回收率為84.8%~107.3%，其余9種全氟烷酸化合物的加標回收率為88.0%~107.4%，RSD不大于6.2%(見表3)。

表3　16種全氟烷酸類化合物的回收率與相對標準偏差

2.6實際樣品的測試

對6種材質共100個紡織樣品進行檢測，其中34個樣品中檢出全氟烷酸類化合物，且以化纖類紡織品的檢出率最高(檢出率達47%)；其次是棉紡織品和混紡紡織品，檢出率為19%；毛、麻、絲綢中均未檢出。陽性樣品中基本都含有多種全氟烷酸，且以C4~C9的全氟烷酸為主。表4為某化纖樣品(涂層尼龍)和棉混紡樣品(65%滌綸,35%棉)中全氟烷酸的檢測結果，圖4為其多反應監測色譜圖。

表4　兩個典型樣品中全氟烷酸的含量

*no detected

3結論

本文建立了高效液相色譜-串聯質譜法同時測定紡織品中16種全氟烷酸含量的方法。該方法具有操作簡便、靈敏度高、精密度及準確性好的特點，適用于紡織品中上述全氟烷酸化合物的快速定量檢測。

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Determination of 16 Perfluoroalkyl Acids in Textiles by HPLC-MS/MS

ZHENG Jian-guo1*,LIU Wei2,ZHANG Zi-hao1*,LIU Ying-feng1,LI Quan-zhong1,LI Dan1,PENG Ying1,ZHANG Zeng-qiang2,ZHOU Ming-hui1

(1.Guangdong Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Guangzhou510623,China;2.School of Textiles and Clothing,Wuyi University,Jiangmen529020,China)

Abstract：A high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometric(HPLC-MS/MS)method was developed for the determination of 16 perfluoroalkyl acids in textiles.Samples were extracted with methanol through ultrasonic method.The target ingredients were separated on a C18column(100 mm×2.1 mm，2.7 μm) using a mixture of methanol-water system as mobile phase by gradient elution.The 16 perfluoroalkyl acids were analyzed by MS under multiple reaction monitoring mode(MRM).The linear ranges of 16 perfluoroalkyl acids were between 1 ng/mL and 1 000 ng/mL.The limits of quantitation were between 0.21 μg/m2and 1.53 μg/m2.The recoveries ranged from 84.8%to 107.4%,with relative standard deviations(RSDs,n=6) not more than 7.2%.This method was fast,sensitive,accurate,precise and convenient to operate,and it was appropriate for the determination of perfluoroalkyl acids in textiles in routine tests.

Key words：textile;perfluoroalkyl acids;high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry(HPLC-MS/MS)；determination

中圖分類號：O657.63;F768.1

文獻標識碼:A

文章編號：1004-4957(2016)02-0213-06

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2016.02.013

*通訊作者：鄭建國，博士，研究員，研究方向：分析化學，Tel：020-38290376，E-mail:zhengjg@iqtc.cn

基金項目：國家質檢總局科研項目(2013IK003，2013IK095)；質檢公益性行業科研專項(2012104020)

收稿日期：2015-09-02；修回日期：2015-10-21

張子豪，碩士，助理工程師，研究方向：分析化學，Tel：020-38290373，E-mail:zhang_ziho@126.com