包裝印刷材料全氟烷基化合物檢測方法研究

朱翔，汪宣，徐文君，沈建敏

（上海煙草包裝印刷有限公司，上海 200137）

全氟和多氟化合物(PFAS)是一類人工合成的脂肪烴類化合物。OECD和EPA等國際機構將全氟化合物中取代的C原子數目大于等于6的PFSAs、大于等于7的PFCAs定義為長鏈PFASs，反之則稱之為短鏈PFASs[1-3]。PFAS因其獨特的惰性、疏水疏油性、良好的滑動性、拒污性等，被廣泛應用于紡織品、涂料、化工、紙張和包裝等領域。在食品接觸材料相關領域，PFAS最廣泛的用途是作為生產聚四氟乙烯(PTFE)、不粘鍋涂層以及被添加到用于盛放熱的油膩食品的紙制品中，而N-乙基全氟辛基磺酰氨基乙醇(EtFOSE)則被廣泛用于造紙處理。由于全氟化合物是一種出色的表面活性劑，因此也常常添加入油墨中，幫助其中的組分進行分散。目前，全氟化合物用于紙質材料涂層或添加物中的主要是些低分子量（C6，C8等）或者以他們為主鏈含有一定側鏈的高分子量（如C10和C12）的全氟化合物。[4]

PFAS中的C-F使得此類化合物難降解，排放至環境后能夠在自然界中穩定存在，并在生物鏈中不斷傳遞和累積。已有的毒理研究表明長鏈PFAS可引發多種疾病，因此許多國際氟化工生產商就開展了短鏈PFASs的替代研究，但短鏈PFASs與長鏈PFASs一樣對肝和甲狀腺有毒性效應，區別是短鏈PFASs需要更高的劑量以達到長鏈PFASs相似的效應。因此，研究PFAS需要同時關注長鏈和短鏈的使用情況。[5-7]

1 主要國家管控要求

目前一些主要國家都發表了PFAS的管控要求：1）中國只有生態環境部出臺相關公告，2019年底10號《關于禁止生產、流通、使用和進出口林丹等持久性有機污染物的公告》中涉及在物質和產品中到不得使用全氟辛烷磺酸及其鹽類、全氟辛基磺酰氟。執行日期為2019.3.26。2）歐盟POPs法規(2019/1021)中闡明物質、混合物、物品中：a）全氟辛酸及其鹽類：≤0.025 mg/kg；b）全氟辛酸相關物質：≤1 mg/kg。執行日期為2020.7.4。3）REACH法規高度關注物(SVHC)中規定物質、混合物、物品中：a）全氟十三酸：≤ 0.1%；b）全氟十二烷酸：≤ 0.1%；c）全氟十一烷酸：≤ 0.1%；d）全氟代十四酸：≤ 0.1%；e）全氟辛酸銨(APFO)：≤ 0.1%；f）全氟辛酸(PFOA)：≤ 0.1%；g）全氟壬酸(PFNA)及其鈉鹽和銨鹽：≤ 0.1%；h）全氟癸酸(PFDA)及其鈉鹽和銨鹽：≤ 0.1%；i）全氟己基磺酸(PFHxS)及其鹽類：≤ 0.1%；j）全氟丁烷磺酸(PFBS)及其鹽類：≤ 0.1%；k）3,3,3-四氟-2-（七氟丙氧基）丙酸及其鹽和酰鹵化物：≤ 0.1%。均已實行。其法規附錄REACH法規附錄XVII規定物質、混合物、物品中：a）C9-C14全氟羧酸(C9-C14 PFCAs)及其鹽：＜ 0.025 mg/kg (25 ppb)；b）C9-C14全氟羧酸(C9-C14 PFCA)相關物質：＜ 0.026 mg/kg (260 ppb)（總和）。正在提議。4）丹麥的行政命令第681/2020號規定食品接觸用紙和紙板中全氟和多氟烷基物質(PFAS)：不得使用，執行日期為2020.7.1。5）加拿大SOR/2012-285及其修訂SOR/2016-252規定物品、產品中：a）全氟辛基磺酸(PFOS)及其鹽類和其相關物質：不得含有；b）全氟辛酸(PFOA)及其鹽類：不得含有；c）C7-C8全氟烷基物質(C7-C8 PFAS)：不得含有；d）C9-C21全氟羧酸(C9-C21 PFCAs)及其鹽類：不得含有；e）C8-C20全氟烷基物質(C8-C20 PFAS)：不得含有。執行日期：2017.1.1。6）與我們貿易摩擦最嚴重的美國包裝中的有毒物質公示法案(TPCH)規定包裝或包裝部件全氟和多氟烷基物質(PFAS)：不得檢出。正在公眾評議階段[8]。可以看出中國對于全氟化合物的管控還比較寬松，因此很多全氟化合物的使用都被得到允許，加之許多供應商對其使用量及添加成分是商業機密，因此很難直接知悉可能存在的風險。然而一旦我們的產品出口到國外，許多國家的法律法規是非常嚴格的，可能遭遇“綠色壁壘”。

全氟烷基化合物的主要分析包括氣相色譜類方法、液相色譜類方法、光譜法、酶聯免疫法及電化學方法。目前一些標準中，如GB 31604.35-2016《食品接觸材料及制品 全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的測定》[9]、SN/T 2393-2009《進出口洗滌用品和化妝品中全氟辛烷磺酸的測定 液相色譜——質譜/質譜法》[10]、SN/T 3544-213《出口食品中全氟辛酸和全氟辛烷磺酸鹽的測定 液相色譜——質譜/質譜法》[11]、SN/T 3694.1-2014《進出口工業品中全氟烷基化合物測定 第1部分：化妝品 液相色譜——串聯質譜法》[12]、SN/T 3694.6-2014《進出口工業品中全氟烷基化合物測定 第6部分：油墨 液相色譜——串聯質譜法》[13]、SN/T 3694.13-2013《進出口工業品中全氟烷基化合物測定 第13部分：食品接觸材料 液相色譜-串聯質譜法》[14]、SN/T 3694.14-2013《進出口工業品中全氟烷基化合物測定 第14部分：塑料制品 液相色譜——串聯質譜法》[15]，基本采用HPLCMS/MS進行檢測，其靈敏度高、分析對象比較廣、且能夠準確定性定量，因此本研究中采用HPLC-MS/MS對多種全氟烷基化合物進行檢測。

我國對全氟化合物的研究還處于國際發展水平，相關的管控措施也并不完善，然而，隨著全氟烷基化合物的關注度持續提升，相關政策和法規的建立只是時間問題。本文基于液相色譜——串聯質譜法，旨在對開發檢測方法的關鍵點進行探索研究，特別是色譜柱、流動相及進樣量對色譜圖峰形以及標準曲線相關系數的影響，在此基礎上開發了用于包裝印刷材料中全氟烷基化合物檢測的液相色譜——串聯質譜法。

2 實驗部分

2.1 儀器、耗材、標準品與試劑

2.1.1 儀器及耗材

儀器：Agilent 1290 II-6470超高效液相色譜三重四極桿液質聯用儀（美國Agilent公司）；電子天平（感量：0.1 mg，瑞士Mettler Toledo公司）；移液器（德國brand公司）；5804R高速離心機（德國eppendorf公司）；Milli-Q超純水儀（美國Millipore公司）；2700TH超聲波清洗器（上海安普實驗科技股份有限公司）；各種規格具塞錐形瓶（德國witeg公司）；各種規格色譜柱。

2.1.2 試劑及標準品

全氟烷基化合物混合標準溶液(2000 μg L-1)、內標物標準品(2000 μg/L)；色譜純甲醇、乙酸銨（上海安普實驗科技股份有限公司）；符合GB/T6682規定的一級水。

2.2 內標溶液的配制

取20 μL內標物標準品(2000 μg L-1)于10 mL容量瓶，甲醇定容，配制成濃度為4 μg L-1的內標溶液。

2.3 系列標準溶液的配制

取0.25 μL全氟烷基化合物混合標準溶液(2000 μg L-1)于50 mL容量瓶，甲醇定容，配制成濃度為10 μg L-1的標準儲備溶液；分取0.1、0.5、1、2、5、10 mL的標準儲備溶液，加入100 μL內標溶液，用甲醇定容至10 mL容量瓶中，得到0.1、0.5、1.0、2.0、1.0、5.0、10.0 μg L-1系列標準溶液。

3 結果與討論

3.1 色譜柱的選擇

全氟烷基化合物由于同時兼具疏水性和親水性，因此選擇C18反相色譜柱進行實驗即可滿足化合物的分離分析。然而，雖然固定相種類相同，但粒徑、柱長、柱直徑都會影響出峰時間、峰形和分離情況。本文選擇C18 RRHD 1.8 μm×2.1 mm×100 mm（圖1a）、C18 RRHD 1.8 μm×2.1 mm×150 mm（圖1b）、C18 RRHD 1.8 μm×3.0 mm×50 mm（圖1c）進行研究。

圖1a） C18 RRHD 1.8 μm×2.1 mm×100 mm色譜柱圖

圖1b） C18 RRHD 1.8 μm×2.1 mm×150 mm色譜柱圖

圖1c） C18 RRHD 1.8 μm×3.0 mm×50 mm色譜柱圖

圖2a） 乙酸銨-水：乙酸銨-甲醇體系中的色譜圖

圖2b） 乙酸-水：乙酸-甲醇體系中的色譜圖

圖2c） 乙酸銨：水-甲醇體系中的色譜圖

在使用C18 RRHD 1.8 μm×3.0 mm×50 mm色譜柱時，色譜峰出峰時間較晚，同時峰形較差。改用C18 RRHD 1.8 μm×2.1 mm×150 mm時，出峰位置前移，峰形得到改善。進一步優化，使用C18 RRHD 1.8 μm×2.1 mm×100 mm時，色譜峰出峰時間更快，同時峰形較為對稱。因此，后續實驗采用C18 RRHD 1.8 μm×2.1 mm×100 mm進行檢測。

3.2 流動相體系的選擇

流動相對于色譜峰的分離效果也是一個重要因素，甚至影響出峰情況。目標化合物帶有COO-、SO32-等集團，難于質子化，故在流動相中需要提供酸性環境以幫助目標化合物進行質子化，同時采用ESI-模式進行全掃描。實驗中加入乙酸銨和乙酸進行酸性調節。當采用①乙酸銨-水：乙酸銨-甲醇體系進行實驗時，色譜峰分離度較好、出峰均在18 min內完成。當采用②乙酸-水：乙酸-甲醇體系時，色譜峰分離度沒有體系①效果好，并且出峰較慢，均在20 min內完成，因此采用乙酸銨體系進行酸度調節可以獲得滿意的實驗結果。

進一步實驗結果表明，乙酸銨在甲醇中的溶解度隨著溫度升高而增大，在溫度較低的環境，例如冬天的實驗環境，乙酸銨容易在甲醇中析出，產生微小結晶，當隨著流動相進入系統會液相堵塞系統、堵塞色譜柱，使液相系統的壓力波動較大，同時在樣品采集過程中壓力不斷增大會影響出峰時間穩定性、出峰峰形。由于乙酸銨與水是互溶的，溫度對其溶解度影響較小，進一步進行優化，采用③乙酸銨：水-甲醇體系進行實驗。采用該體系時，其出峰時間與體系①相比，差別較小，均在17.5 min內完成出峰，同時峰形的影響較小。而采用該體系可以有效解決乙酸銨在甲醇中靈敏度的問題，故后續實驗采用體系③進行。

3.3 進樣量選擇

進樣量對液相體系影響較大，特別是其中涉及到的溶劑效應。實驗中進行10 μL和5 μL進樣量進行研究。結果表明，當進樣量為10 μL時，會產生較大的溶劑效應，峰不僅出現裂分，并且出現變形（如圖3b所示）。當用甲醇對標樣進行稀釋或者降低進樣量時，峰形得到明顯改善（如圖3a所示），因此后續實驗采用5 μL進行實驗。

圖3a） 進樣量為5 μL的色譜圖

圖3b） 進樣量為10 μL的色譜圖

3.4 標準曲線的建立

在最優條件下，進行標準曲線的建立，具體結果如表1所示，所有物質的線性相關系數均在0.99以上。

表1 標準曲線建立的具體結果

4 結論

本文利用液相色譜——串聯質譜法對全氟烷基化合物進行檢測，著重研究色譜柱、流動相及進樣量對色譜峰峰形、出峰時間等的影響，并完成相關檢測方法的開發，標準曲線的相關系數均大于0.99。該方法有望為包裝印刷材料中全氟烷基化合物檢測和篩查提供技術保障和技術支撐，填補相關技術空缺。