纺织品中全氟己烷磺酸及其盐类测定方法研究.pdf

86iles检测与标准2023年第7 期针织工业纺织品中全氟己烷磺酸及其盐类测定方法研究卢金，保琦蓓，程利江，于纪棉（宁波卫生职业技术学院，浙江宁波31510 0)摘要：基于REACH法规将全氟已烷磺酸及其盐类（PFHxS)列为高度关注物质SVHC清单，限量为0.1%，开展试验室全氟已烷磺酸及其盐类的测定方法研究非常必要。文章采用制备的阳性样品建立了高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)分析方法，对纺织品中PFHxS的含量进行测定。结果表明，该测定方法的定量下限为0.0 3mg/kg，在3个加标浓度水平下平均加标回收率为9 1.8%9 7.4%，相对标准偏差(RSD)为2.6 0%7.50%，该方法操作简便、科学适用、定量下限远低于REACH法规的限量要求，可用于纺织品中PFHxS含量的日常检测关键词：纺织品；全氟已烷磺酸及其盐类；高效液相色谱-串联质谱法；定量限中图分类号：TS107文献标志码：B文章编号：10 0 0-40 33(2 0 2 3)0 7-0 0 8 6-0 5Determination of Perfluorohexane-1-Sulphonic Acid and Its Salts in TextLu Jin,Bao Qibei,Cheng Lijiang,Yu Jimian(Ningbo College of Health Sciences,Ningbo,Zhejiang 315100,China)Abstract:Based on the regulation of REACH,perfluorohexane-1-sulphonic acid and its salts(PFHxS)are listedsubstances of high concern in the SVHC,which is restricted to a limit of 0.1%.It is necessary to study the deter-mination method of PFHxS in laboratory.An effective method was developed for the determination of PFHxS intextiles by high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry(HPLC-MS/MS).The results showthat the limit of quantification is 0.03 mg/kg,the blank sample is spiked at three levels and the spiked averagerecoveries varied from 91.8%to 97.4%while the relative standard deviation varied from 2.60%to 7.50%.Thismethod is convenient to operate and also sensitive.The limit of quantification of this method is far less than thelimited requirements of REACH regulations.This method is appropriate to the routine analysis of PFHxS in textiles.Key words:Textiles;Perfluorohexane-1-Sulphonic Acid and Its Salts(PFHxS);High Performance Liquid Chro-matography-tandem Mass Spectrometry(HPLC-MS/MS);Limit of Quantification近年来，全氟化合物的环境问题日益受到关注，该物质可通过大气、土壤、水体等迁移，影响人类健康和生态环境 1-2 。全氟已烷磺酸及其盐类（简称PFHxS）是一类常见的生产加工助剂类物质，由于其疏水疏油以及耐温度和成膜的特性，广泛应用于纺织品、纸张和包装、表面活性剂的制造，被作为全氟辛烷磺酸(PFOS)的替代物使用。与PFHxS关联性较高的全氟辛烷磺酸早在2 0 0 8 年就被欧盟纳人了REACH法规监管。2 0 17 年6 月，欧盟又发布新规（EU)2017/1000,正式限制了全氟辛烷磺酸及其盐类(PFOA和PFOS）的生产和使用。2017年7 月6 日，欧洲化学品管理局（简称ECHA）发布决议正式将PFHxS加人高度关注物质SVHC清单。此次清单更新后，使用PFHxS物质的企业将要对这些物质承担REACH法规所规定的一系列法律义务，意味着物品中如果含有该高度关注物质浓度超过0.1%时，物品的生产商和进口商须在6 个月内向欧洲化学品管理局进行通报2019年，国际斯德哥尔摩公约第9作者简介：卢金（19 8 6 一），女，讲师，硕士。主要从事生态纺织品检测与研究。87检测与标准2023年第7 期针织工业次缔约方大会上18 0 多个国家形成共识，禁止生产和使用PFOA及其盐类和PFOA相关化合物 3。此次ECHA将全氟已烷磺酸列人高关注物质，说明该类物质也被欧盟认定具有和全氟辛酸相似的高持久性、高生物累积性，意味着对此类物质的监管将大大升级 45本方法测定的目标物为6 个碳原子与13个氟原子连接的磺酸及其盐类的一类化合物，虽然与全氟辛基磺酸及其化合物有类似的结构，但因为其碳链的缩短，整个仪器分析过程必定会出现差异，因此需要进行方法开发。GB/T311262014纺织品全氟辛烷磺酰基化合物和全氟羧酸的测定等标准，是基于欧盟对纺织品或涂料中全氟辛烷磺酸限制含量为1g/m基础上建立的定量检测方法，待测样品以面积为单位进行定量计算。然而，随着欧盟对全氟化合物的管控加严，对可以作为全氟辛烷磺酸替代物的PFHxS以质量百分比0.1%限量进行管控，因此对定量检测的方法计算也应根据需要进行调整 6-7 。目前，国际上与生态纺织品相关的标准或法规中还没有限制该类物质在纺织品中使用的相关规定，但基于REACH法规的管制，相关标准下一步极有可能会加入对PFHxS的限量并提出相应的检测要求。因此，本文开展纺织品中全氟已烷磺酸及其盐类的试验室测定方法研究，加强纺织品检验能力，为纺织品的生态安全和我国纺织品顺利出口提供强有力的技术保障。1试验1.1材料与仪器试剂：色谱纯甲醇，甲酸标准品，PFHxS（纯度 9 9.0%）：全氟已烷磺酸钾（CAS：38 7 1-9 9-6)或全氟已烷磺酸(CAS:355-46-4)。仪器：12 0 0-6 410 型高效液相色谱-串联质谱仪 HPLC-MS/MS,美国Agilent公司，配有电喷雾离子源（ESI)，提取器（50 mL，带螺旋盖的聚丙烯或聚乙烯管），SB-300DTY型超声发生器（工作频率为40 6 0 kHz，宁波新芝）,TG328A型电子天平（分度值分别为0.0 0 0 1g和0.0 10 0 g，上海精科仪器有限公司），有机相针筒过滤器（孔径为0.22 m)。1.2PFHxS标准溶液配制配制PFHxS标准储备溶液：准确称取适量PFHxS标准品，用甲醇溶液稀释，配制成所需浓度的标准储备溶液,浓度为10 0 0 mg/L。在04避光保存条件下，标准储备溶液的有效期为12 个月。配制PFHxS标准溶液：吸取适量PFHxS标准储备溶液，用甲醇配制成浓度为10 mg/L的标准溶液。在0 4避光保存条件下，标准溶液的有效期为6 个月配制PFHxS标准工作溶液：吸取适量PFHxS标准溶液，用甲醇配制成浓度为1、3、5、7、10 g/L的标准工作溶液。标准工作溶液为现用现配。配制0.0 5%的甲酸溶液：取一定体积的甲酸，配制成体积分数为0.05%的水溶液，过滤膜后使用1.3阳性样品的制备以全氟已烷磺酸钾作为目标物，先用甲醇将目标物配合偶联剂一起配制成浓度为1mg/L的溶液，将棉、聚酯两种标准贴衬布分别裁剪2 张A4纸大小放人上述溶液中，在染色小样机上浸轧后，150烘干2 3min，然后放人干燥器中冷却，同时制备不含目标物的空白样品（只用甲醇进行浸轧烘干）。上述过程重复3次，分别制备了每种纤维类型6 张A4纸大小的阳性样品。将制备的每一份A4纸大小的样品剪成5.0 mm5.0mm的小片混匀，每份选取2 个样品按照相同的提取方法测定每种目标物的含量，确保每一种织物类型的12个样品之间的目标物偏差不超过2%。将满足上述要求的制备样品用于样品前处理条件的优化1.4前处理与分析测试1.4.1HPLC-MS/MS分析条件a.色谱分析条件色谱柱C18,2.1 mmx50.0 mm,1.7m或相当者;流速0.3mL/min;柱温为30；进样量为5L；流动相：A为甲醇B为0.0 5%的甲酸溶液，流动相洗脱梯度见表1。表1流动相梯度洗脱程序时间/min流动相A/%流动相B/%010902.5080203.5080203.6010905.001090b.质谱分析条件采用电喷雾离子源（ESI)；扫描极性为负离子模式；扫描方式为多反应监测（MRM）。定性离子、定量离子、碎裂电压、碰撞能量和驻留时间见表2。1.4.2前处理根据上述的优化条件，取代表性样品，剪成5.0 mmx5.0mm小片，称取代表性试样1.0 0 g（精确至0.0 1g），置于提取器中并加人30mL甲醇，将提取器置于超声波发生器中萃取50 min，用针筒过滤器将样液过滤至进样瓶中,用HPLC-MS/MS测定2结果与讨论2.1前处理条件优化为了操作方便，样品提取方法采用常用的超声波提取与传统的88检测与标准2023年第7 期针织工业索氏提取方式进行比较。图la为提取结果的比较示意图，可以看出，索氏提取法和超声法提取效果没有显著差异，但是索氏提取需要的时间长，消耗的有机溶剂多,所以选择简便易行的超声法作为纺织品的前处理提取方法考虑不同固液比对提取的影响，分别采用固液比1:15、1:2 0、1:30和1:40 在室温下直接超声提取30min后，测定提取溶液的峰面积来选取最优的固液比。测试结果如图1b所示，可以看出固液比为1:30，采用甲醇超声30 min直接测定的提取率最高。分别加人30 mL不同极性的低毒溶剂（甲醇、正已烷和二氯甲烷)到阳性样品中，在室温下超声30 min，正已烷和二氯甲烷的提取物使用氮吹到近1mL再用甲醇定容至5mL,过膜进行测定，甲醇提取物直接过膜进行测定。以每种阳性样品提取率最高的数值作为分母进行提取率的归一化处理，处理后的测试结果如图1c所示，结果表明甲醇的提取效果最理想。在室温下，使用超声波提取器对阳性样品进行超声萃取时间选择的试验，萃取时间分别为2 0、30、40、50 6 0、7 0 m i n。图1d的结果显示，在50 min后目标物的提取率变化不大，因此选用50 min作为提取时间，2.2色谱条件优化2.2.1色谱柱的选择选择合适的色谱柱是试验的关键，本试验在其他条件相同的情况下,考察常用的ACQUITYUPLC?BEH C18(1.7 m,2.1 mmx50.0 mm)色谱柱和Poroshell Phenyl Hexyl(2.7 m,2.1 mmx100.0 mm)色谱柱对目标物分离情况和峰面积的影响。结果显示,目标物在PoroshellPhenylHexyl柱上的保留时间较差，峰形不理想，只有采用ACQUITYUPLC?BEHC18色谱柱进行分离时能够得到理想的峰形且在较短时间内出峰，因此本研究采用此色谱柱进行目标物的分离2.2.2流动相的选择本方法优化时，分别考察了甲醇二甲酸铵、甲醇-水、甲醇_甲酸、乙腈-水、乙腈-甲酸5种不同流动相体系对目标物的分离机离子对信号强度的影响，发现采用乙睛体系在选择的色谱柱上对目标物的洗脱效果不理想，采用甲醇体系可以实现目标物跟基线的有效分离，在水相中加人微量的甲酸(0.0 5%)可以更加有效地得到更漂亮的色谱峰，如图2 所示。因此，本方法采用甲醇_甲酸水溶液作为流动相，通过优化后的流动相梯度洗脱曲表2PFHxS的多反应监测条件母离子质荷子离子质荷碰撞能量/驻留时间/化合物保留时间/min碎裂电压/V比(m/z)比(m/z)eVms79.65065100PFHxS3.03399.298.5*5065100注：代表用于定量。5001054001009530090质2 0 08510080075棉聚酯棉聚酯纤维种类纤维种类口.超声法；回索氏提取法。.1:15;.1:20;图.1:30;.1:40。(a)样品提取方式对比(b)不同固液比对提取的影响102120r10010098一E96809492609040888620840棉聚酯203040506070纤维种类时间/minm.甲醇提取；.正已烷提取；.二氯甲烷提取。圆.棉；图.聚酯。(c)提取溶剂对目标物提取效率的影响(d)超声提取时间对目标物提取率的影响图1前处理条件的优化线见表1。100r5001.002.003.00 4.005.00时间/min图2最优流动相洗脱下目标物的色谱图2.2.3质谱条件优化为探究质谱条件，使用浓度为5ng/mL的全氟已烷磺酸钾标准溶液，以流动注射的方式注人电喷雾(ESI)质谱,扫描范围为质荷比(m/z)50.0600.0。由于全氟磺酸带有S0;，较难进行质子化，不适合采用ESI正离子模式，所以选择ESI负离子模式进行一级质谱分析，得到准分子离子峰，以此作为母离子进行二89检测与标准期2023年第针织工业级质谱的质谱条件优化。图3a为PFHxS的ESI-MS一级质谱图,显示了很强的准分子离子峰，质荷比(m/z)为39 9.2,即 C-Fi3SO,-。准分子离子经过二级质谱主要产生质荷比(m/z)为7 9.5、9 8.4、118.3、16 8.8、229.6等一系列碎片离子峰，如图3b所示，分别对应 SO,-、FSO,-、F,SO,-、C FSO,-和 C,F.SO,-。质谱条件优化参数中的电喷雾电压（2 0 0 0 40 0 0 V）、雾化气(N2)压力(30 6 0 psi)、干燥气温度(270350）、干燥气流量（10 15L/min)参数,通过设置不同的参数值后，采用5ng/mL的标样比较目标物母离子与子离子的峰面积大小，确定最优参数，通过优化得到最优参数为电喷雾电压为：350 0V,雾化气(N2)压力为45psi,干燥器温度为30 0，干燥气流量为11L/min。质谱的碎裂电压是毛细管的出口电压，决定母离子在4级杆中的传输能力，因此也是需要优化的参数之一，而碰撞电压是使母离子具有一定动能来与碰撞气中的气体相撞从而碎裂成下一级的子离子，不同的离子对所需要的碰撞能力不同。利用安捷伦Optimizer软件对子离子、碎裂电压和碰撞能力参数进行自动优化，基于优化结果建立多反应监测（MRM）质谱分析参数（见表2），所得到的质谱多反应监测（MRM）选择离子流图如图4所示。2.3方法验证2.3.1线性关系和检出限在方法验证中，配制浓度分别为1、3、5、7、10 ng/mL的标准溶液进行标准曲线绘制。以质量浓度(ng/mL)为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，计算回归方程，目标物全氟已烷磺酸根的线性回归方程为A=356.7c+50.5，线性相关系数为0.9 9 0 5。结果表明，目标物定量离子对峰面积与浓度呈现良好的线性关系，满足定量分析的要求。逐级稀释标样加人样品中，采用优化的仪器条件进行测定，以信噪比(S/N)不低于3计算方法的检出限（LOD)，以信噪比（S/N)不低于10 计算方法的定量限（LOQ），结果得出，目标物全氟已烷磺酸根的检出限为0.0 1mg/kg，定量限为0.03mg/kg。针对REACH法规对该类物质0.1%的限量要求，本检测方法的定量限足够满足其定量检测的要求。2.3.2准确性和精密度称取试验室选取的棉、聚酯及棉涤混纺3个样品，经测定，不含有目标物质。分别加人3种不同水平添加浓度(0.10、1.0 0、10.0 0 mg/kg)的标准品，每种添加浓度准备6 份样品进行测定，计算回收率和精密度,结果见表3。可知，目标物的平均回收率在9 1.8%9 7.9%,相对标准偏差(RSD)为 2.6 0%7.50%2.3.3试验材料的干扰分析为排除选用的试验器具带来的全氟化合物的干扰，本试验主要考虑了液相色谱液相管路、一次性注射器与针头滤器带来的目标物干扰。a.液相色谱管路的影响使用色谱纯甲醇试剂进行空白进样，比较甲醇空白与定量限标样的强度值，同时通过标准曲线的100r100r%/丰%/丰50500050.0150.0250.0350.0450.050.0150.0250.0350.0450.0质荷比(m/z)质荷比(m/z)(a)ESI-MS一级质谱图(b)ESI-MS-MS二级质谱图图3PFHxS的一级与二级质谱图100r100r%/丰X%/丰5050F01.002.003.004.005.0001.002.003.004.005.00保留时间/min保留时间/min(a)子离子质荷比(m/z)98.5(b)子离子质荷比(m/z)79.6图4PFHxS的质谱多反应监测(MRM)选择离子流图表3方法的回收率和精密度试验结果标准添加量为0.10标准添加量为1.0 0标准添加量为10.0 0样品（材质）mg/kgmg/kgmg/kg回收率/%RSD/%回收率/%RSD/%回收率/%RSD/%棉91.86.2096.73.4097.43.30聚酯93.25.4097.95.4097.42.60棉涤混纺（棉94.27.5096.84.2093.43.6054.3%、涤45.7%)90检测与标准2023年第7 期针织工业测试来评价管路的干扰。在选择离子扫描模式下，甲醇空白强度值（9.9 10）与定量限标样的强度值（5.6 x 10 5）相差了2 个数量级，通过标准曲线图发现，用标样进行定量分析的标准曲线相关性较好，因此常用管路对本方法目标物的测定影响较小，特别是目标物在REACH法规中的限量较高，因管路带来的影响非常小，可以不用特别考虑b一次性针头滤器的影响为评价不同材质批次的一次性针头滤器带来的目标物测试干扰，收集了试验室常用几种材质的针头滤器，同时也通过5个不同的厂家购买不同批次的滤器进行考核，用甲醇空白样品过滤膜后，在选择离子模式下测定信号值并与甲醇空白相比，来评价滤膜带来的干扰情况。结果表明,PTFE滤膜带来的空白干扰也几乎可以忽略不计，但考虑到不同批次的PTFE滤膜可能会有区别，在标准中采用锦纶材质的滤膜进行过滤2.3.4协同验证试验结果为了验证本方法，分别选取了具有全棉材质的黑色和红色两种面料，全聚酯材质的黑色和红色两种面料，协同试验样品信息见表4，根据1.3中的方法进行阳性样品的制备。取一定量制备好的阳性样品密封后发送至5个不同试验室进行方法验证试验，具体数据见表5。验证结果表明，采用本标准建立的方法对织物中PFHxS的测定结果试验室间相对偏差在10.0 0%以内。3结束语本文对于纺织品中全氟已烷磺酸及其盐类的测定方法，从阳性样品的制备、HPLC-MS/MS仪器参数的优化、样品前处理条件的优化，以及方法验证确定等技术要点出发，建立了纺织品中全氟已烷磺酸及其盐类的测定方法。采用甲醇超声提取50 min、A C QU IT YU PL C?BEHC18色谱柱分离、以甲醇_甲酸水溶液作为流动相、ESI负离子模式进行一级质谱分析，得到准分子离子峰，以此作为母离子进行二级质谱的质谱条件优化，优化后得到最优参数：电喷雾电压为350 0V、雾化气(N2)压力为45psi、干燥器温度为30 0、干燥气流量为11L/min，并利用安捷伦Optimizer软件对子离子、碎裂电压和碰撞能力参数进行自动优化。该测定方法操作简便、科学适用，而且具有实用性，线性范围宽，检出限和协同验证试验结果再现性良好，测试结果变异系数不大于10.0 0%，符合纺织品中全氟已烷磺酸及其盐类的测定要求。参考文献1LEE Y J,CHOI S Y,YANG J H.PFHxs induces apoptosis of neuronalcells via ERK1/2-mediated pathway J.Chemosphere,2014,94:121-127.2吴楠,晏新程,周梅，等.皮革及纺织表4协同试验样品信息样品编号面料材质样品颜色目标物浓度/(mgkg)1100%棉红色8.450.042100%棉黑色8.780.073100%聚酯黑色2.870.014100%聚酯红色2.670.02表5试验室间验证数据目标物浓度/(mgkgl)验证单位1#样品2#样品3#样品4#样品试验室18.208.302.402.50试验室27.908.102.102.70试验室37.809.002.602.10试验室48.408.202.402.70试验室58.908.702.602.30注：经计算，相对标准偏差（RSD)分别为4.7 7%、3.9 9%、7.57%9.48%。行业中的全氟辛酸和全氟辛烷磺酸及其检测方法 C/2016第十一届全国皮革化学品学术交流会暨中国皮革协会技术委员会第2 1届年会摘要集.济南：2016第十一届全国皮革化学品学术交流会暨中国皮革协会技术委员会第2 1届年会,2 0 16:10 5.3陈茜.基于散射、荧光和紫外吸收光谱技术多信号检测环境水样中的全氟辛烷磺酸 D.重庆：西南大学，2 0 19.4刘海山，奚君阳，汤杭燕，等.超高效液相色谱-串联质谱法测定纺织品中4种全氟烷基醇 J.分析科学学报,2 0 19，35(6):411-416.5周佳,汤娟，郭亚飞，等.2 0 17 版0 eko-Tex(R）St a n d a r d 10 0 修订内容及应对措施 J.印染助剂,2 0 17,34(4)：55-57.6卢晓东，都占元，刘璐平，等.内标法定量测量全氟辛烷磺酸 J.中国纤检，2013(16):72-73.7CHENG Z,DONG H,LIANG J,et al.Highly selective fluorescent visual de-tection of perfluorooctane sulfonate viablue fluorescent carbon dots and berbe-rine chloride hydrateJ.SpectrochimicaActa Part A:Molecular and Biomole,2019,207:262-269.收稿日期2022年10 月8 日