液相色谱-质谱/质谱法测定纺织品中全氟己烷磺酸

蔚 彪,冯徐根,白子竹,韩 军,杨 萌,孙 敬,吴秀芳,王 贺

(北京市产品质量监督检验研究院 国家纺织及皮革产品质量监督检验中心,北京 100025)

全氟己烷磺酸及其盐类(PFHxS)是在人体中经常监测到的是一种六碳全氟化合物(PFCs),2017年欧洲化学品管理局(ECHA)将该物质正式加入SVHC候选清单,作为全氟辛烷磺酸及其盐类的优质替代物,该物质具有较高的耐摩擦性、耐热性、防水性、防油脂特性,因此PFHxS被广泛用于地毯、皮革、服装、家用纺织品、造纸等各种消费品以及食品包装物、不粘锅等日用品,由于其结构特别稳定,经过富集作用,在环境和人体中被经常检测到,并且被证明对生物体肠道菌群与机体功能紊乱有影响[1],对神经系统和认知功能造成影响[2]。基于近年来国际上对PFHxS的重视,OEKO-TEX STANDARD 100将PFHxS加入附录5中。

目前,针对PFHxS的报道主要在食品[3-7]、食品接触材料[8-9]、血液[10-12]、尿液[13-14]、土壤[15-16]、水体[17-21]、空气[22]等方向,在纺织品方向对PFHxS则鲜有报道,即使涉及PFHxS也是作为PFCs众多物质中的一个,并没有专门对纺织品中的PFHxS进行报道。采用超声萃取,经液相色谱-质谱/质谱法测定,通过对色谱条件、质谱条件、提取溶剂和提取温度等条件的优化,实现了对纺织品中PFHxS含量的精确测定。

1 试验部分

1.1 主要仪器及试剂

仪器:Agilent 1200 LC-Agilent 6410安捷伦三重串联四级杆质谱仪(美国安捷伦科技有限公司);电子天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司);JP-040超声波发生器(深圳市洁盟清洗设备有限公司);全玻璃微孔过滤器(规格1 000 m L,天津津腾实验设备有限公司);QL-866旋涡混合器(江苏海门市其林贝儿仪器制造有限公司);0.45μm 100锦纶过滤膜(美国安捷伦科技有限公司)。

试剂:PFHxS标准品(BePure);色谱级甲醇、乙腈(Fisher Scientific);色谱级丙酮(Dikma Technologies);色谱级正己烷、乙酸乙酯(Fisher Scientific);试验用水均为超纯水。

1.2 标准品配制

称取适量PFHxS标准品,以色谱级甲醇为溶剂,配制成浓度为100μg/m L的标准储备液。取0.1 m L标准储备液,以色谱级甲醇为溶剂,定容至5 m L,得到浓度为2μg/m L的中间储备液。按试验所需依次将标准工作液稀释到特定浓度。

1.3 试验步骤

取代表性纺织品样品,将其剪碎至5 mm×5 mm小片,混匀。称取1.0 g(精确至0.01 g)试样2份(供平行试验用),置于50 m L具塞锥形瓶中,加入20 m L甲醇,将反应器密闭,摇匀,使所有试样浸于液体中,于超声波提取器中水浴提取50 min后过滤,过0.45μm滤膜后,供液相色谱测定和确证。

1.4 HPLC条件

色谱柱:Aglient Zorbax Eclipse XDB C18(4.6 mm×50 mm×5μm);

流速:0.1 m L/min;

柱温:30℃;

进样量:3μL;

流动相A:超纯水;

流动相B:甲醇;

等度洗脱,0～4 min,流动相B:70%;后运行时间:0.5 min。

1.5 质谱条件

电喷雾离子源(ESI);离子化模式:负模式;毛细管电压:4 000 V;雾化气压力(Nebulizer):40 psi;干燥器流量(Gas Flow):9 L/min;干燥器温度(Gas Temp):350℃。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

2.1.1 色谱柱选择

考察了Aglient Eclipse XDB C18柱(4.6 mm×50 mm×5μm)、Aglient Eclipse Plus C18柱(4.6 mm×150 mm×3.5μm)和Aglient Eclipse XDB C18柱(4.6 mm×250 mm×5μm),对PFHxS的出峰时间和峰面积情况的影响。同等条件下,Eclipse XDB C18柱(4.6 mm×50 mm×5μm)的出峰时间最早,为0.546 min,峰面积最大;Eclipse Plus C18柱(4.6 mm×150 mm×3.5μm)的出峰时间居中,为4.2 min,峰面积小;Eclipse XDB C18柱(4.6 mm×250 mm×5μm)的出峰时间最后,为5.5 min,PFHxS峰有肩峰。因此选择Eclipse XDB C18柱(4.6 mm×50 mm×5μm)作为本试验的分离柱,不同色谱柱的TIC图如图1所示。

图1 PFHxS在不同色谱柱条件下的TIC图

2.1.2 流速选择

以甲醇-水为流动相,以常规的流速0.3 m L/min(甲醇90%,超纯水10%)进10 ppb PFHxS标准品,保留时间为0.546 min,为了将保留时间后移,将甲醇的比例依次减小为70%、50%、30%、10%,当70%和50%时,保留时间和90%基本没有变化;当30%和10%时,PFHxS的保留时间超过10 min。将流速调整为0.1 m L/min时,保留时间为1.3 min,因此以0.1 m L/min作为试验的流速,不同流速的TIC图如图2所示。

图2 PFHxS在不同流速条件下的TIC图

2.1.3 流动相选择

在液相色谱质谱的应用中,流动相的选择不仅影响了目标峰的分离情况,同时也影响了离子化的效率,因此选择一个合适的流动相就极其重要。比较了甲醇-水、甲醇-水(0.1%甲酸)、甲醇-水(0.01%甲酸)和甲醇-水(0.1%乙酸铵)4种不同的流动相,比较结果如图3、4所示。

图3 PFHxS在甲醇-水和甲醇-甲酸水溶液的TIC图

由图4可知,虽然PFHxS在甲醇-甲酸水溶液中的保留时间比甲醇-水往后推迟了2～4 min,但是在甲醇-甲酸水溶液的响应值远远低于甲醇-水。究其原因是由于PFHxS(C6F13O3SH)在水中水解为[C6F13O3S]-,方法中的分子离子峰就是389.8,即[C6F13O3S]-,在水中加入甲酸会导致[C6F13O3S]-结合H+形成分子,抑制了C6F13O3SH的电离,导致响应值大大下降。甲醇-乙酸铵水溶液体系对峰形有所改善,但是乙酸铵的加入导致了响应值的下降,因此最终选择甲醇-水作为试验的流动相。

图4 PFHxS在甲醇-水和甲醇-乙酸铵水溶液的TIC图

2.2 质谱条件优化

首先在定性软件中计算C6F13O3SH在负模式下—H的分子离子峰为398.8,流动相采用100%甲醇直接进样方式,将质量浓度为100 ng/m L的PFHxS以进样量1μL进样,以负离子模式进行质量50～500全扫描(scan),得到PFHxS的分子离子峰398.8。以该分子离子峰为母离子对不同的裂解电压进行优化,得到145 V为最佳裂解电压。以398.8为母离子、145 V为裂解电压,通过不同的碰撞能量撞击母离子,进行二级质谱扫描,得到碎片离子,选择响应最高的碎片离子m/z79.8作为定量离子,其对应的碰撞能量为40 V;响应次高的碎片离子m/z98.7作为定性离子,其对应的碰撞能量为30 V,质谱条件参数汇总于表1。

表1 质谱条件

2.3 提取条件

2.3.1 提取溶剂选择

称取1.0 g白色阴性纯棉样品,添加0.1 m L 2 000 ng/m L的PFHxS标准溶液,于室温下放置24h。考察了用20 m L甲醇、乙腈、正己烷、丙酮、乙酸乙酯5种提取溶剂的超声提取效率,结果如图5所示。

由图5可知,以甲醇作为提取溶剂时,PFHxS的回收效率最高,所以试验选择甲醇作为最优提取溶剂。

图5 PFHxS在不同提取溶剂条件下的回收率

2.3.2 提取温度选择

以1.0 g自制PFHxS阴性纯棉样品,考察了30、40、50、60、70℃不同温度下的超声提取效率,试验过程中通过在超声过程中增减冰块控制温度,回收率结果如图6所示。

由图6可知,随着温度的升高回收率几乎没有变化,因此试验过程中不对提取温度做出要求。

图6 PFHxS在不同提取温度条件下的回收率

2.4 线性方程和检出限

取一阴性白色纺织品样品,按1.3法进行处理得到空白基质溶液,移取适量中间储备液用空白基质溶液配制浓度分别为1.0、3.0、5.0、7.0、10.0、20.0 ng/m L的标准溶液工作曲线,按1.4仪器条件进行上机分析,PFHxS在上述浓度范围内具有良好的线性关系,线性方程Y=2 025.138 1X+36.883 9,相关系数R2=0.998 9,可以能很好满足定量分析的需要。方法检出限采用空白基质添加标准溶液完成前处理步骤后进行仪器分析,当S/N=5.8时得出PFHxS的方法检出限为0.3μg/kg;当S/N=147.3时作为PFHxS的方法定量限为1.5μg/kg。

2.5 回收率和精密度

对同一待测样品(样品中PFHxS未检出)添加不同浓度水平的PFHxS标准品溶液,测定方法的回收率和精密度,每个浓度水平制备5个平行样,按1.3样品前处理进行测试,测试结果见表2。试验证明PFHxS的平均回收率为88.13%～93.04%,相对标准偏差(RSD)为2.05%～4.37%,说明试验测试精密度较好,满足日常检测要求。

表2 方法的回收率和精密度

2.6 实际样品测试

经过对60批次市售的棉、涤纶与棉的混纺和蚕丝等不同材料纺织品及纺织品上的涂层等按照本方法测定,其测试结果均低于检出限。

3 结束语

运用高效液相色谱-质谱/质谱分析方法,采用甲醇超声波萃取,优化液相色谱和前处理条件,能够对纺织品中的PFHxS进行精确定性和定量。本方法简便、快捷,能在4 min内出检测结果,测定结果准确。在20～400μg/kg浓度范围内具有良好的线性关系,相关系数为0.998 9,加标回收率在88.13%～93.04%之间,相对标准偏差在2.05%～4.37%之间,方法定量限为0.001 5 mg/kg。