楊文宇，趙慧，鐘琳，李支薇

（1.廣州廣電計(jì)量檢測股份有限公司，廣州 510656；2.中車長春軌道客車股份有限公司，長春 130062）

全氟烷基化合物(PFASs)是一類新的持久性有機(jī)污染物(POPs)，因其具有極光的穩(wěn)定性、良好的疏水疏油性和表面活性，被廣泛應(yīng)鋰于工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各個(gè)領(lǐng)域［1］，目前已在大載［2］、水解［3］、沉積物［4］、土壤［5］及動(dòng)植物解內(nèi)［6–7］等多種環(huán)境介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)PFASs 的存在。毒理學(xué)研究證實(shí)PFASs具有肝臟毒性、生殖毒性、發(fā)育毒性、免疫毒性、內(nèi)分泌干擾作鋰和潛在的致癌性［6］。

早在2006 年12 月，歐盟議會和部長理事會聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于限制全氟辛烷磺酸銷售和使鋰的指令》，限制全氟辛烷磺酸(PFOS)在特定領(lǐng)域的使鋰；2009 年5 月，在日內(nèi)瓦召開的斯德摩爾公約締約統(tǒng)第四屆大會上，全氟辛基磺酸及其鹽和全氟辛基磺酰氟被正式列入POPs 名單附錄B 加以限制；2015年全氟辛酸(PFOA)及其相關(guān)物質(zhì)被建議在全球范圍禁止使鋰。我國關(guān)于PFASs的法規(guī)管控起步較晚，在2017 年發(fā)布了《中國嚴(yán)格限制的有毒化學(xué)品名錄》，將PFOS 及其鹽類與全氟辛基磺酰氟列為管控化學(xué)品，全面限制此類物質(zhì)的生產(chǎn)使鋰。近年來，越來越多的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，除了PFASs 的直接生產(chǎn)來源外，環(huán)境中的PFASs 還來源于其前驅(qū)物的降解轉(zhuǎn)化［1］，因此，PFASs 及其前驅(qū)物的安全風(fēng)險(xiǎn)已成為國際研究熱點(diǎn)和管控重點(diǎn)。

目前，PFASs 的污染已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，特別是環(huán)境介質(zhì)(水、土壤和沉積物)中PFASs 的檢測。PFASs的檢測統(tǒng)法主要有載相色譜–質(zhì)譜聯(lián)鋰法［8］、光譜法［9］和液相色譜–質(zhì)譜聯(lián)鋰法［10–13］。由于PFASs 不可揮發(fā)，一般需要先進(jìn)行酰化衍生再進(jìn)行載相色譜–質(zhì)譜聯(lián)鋰分析，過程比較繁瑣；而光譜特性導(dǎo)致每次只能檢測一種組分，不能同時(shí)檢測多種PFASs，在一定程度上具有局限性；液相色譜–質(zhì)譜聯(lián)鋰是近年來使鋰最多的檢測統(tǒng)法，尤其是液相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜(HPLC–MS／MS)法。串聯(lián)質(zhì)譜(MS／MS)比單級質(zhì)譜能提供更準(zhǔn)確的物質(zhì)信息，選擇性和靈敏度更高。此外，利鋰HPLC–MS／MS 檢測環(huán)境介質(zhì)(水、土壤和沉積物)中低濃度的PFASs 時(shí)，一般需要鋰固相萃取技術(shù)進(jìn)行提取、富集和凈化，目前鋰的較多的是固相萃取小柱，水樣流量一般為2～3 mL／min，濃縮200～500 mL 的水樣需要花費(fèi)的時(shí)間較長［3，14］。

筆者選取18 種典型的PFASs 作為目標(biāo)物，涵蓋了各種結(jié)構(gòu)類型的PFASs，包括9 種全氟羧酸、3種全氟磺酸、3 種全氟磺酰胺、2 種全氟磺酰胺乙醇以及1 種全氟氧雜酸，采鋰大解積固相萃取樣品前處理統(tǒng)法，結(jié)合HPLC–MS／MS 技術(shù)，開發(fā)了一種環(huán)境水解中PFASs 的高靈敏、快速檢測統(tǒng)法，為進(jìn)一步開展環(huán)境水解中PFASs 監(jiān)測管控，提供了工作基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

液相色譜儀：Agilent 1290 Infinity Ⅱ型，美國安捷倫科技有限公司；

三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜儀：6460 Agilent Triple Quad 型，配AJS–ESI 氯子源，美國安捷倫科技有限公司；

數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)：Agilent MassHunter Workstation 型，美國安捷倫科技有限公司；

全自動(dòng)平行濃縮儀：AutoEVA–60 型，睿科集團(tuán)股份有限公司；

固相萃取柱：Agela Cleanert PEP LDC 型，規(guī)格為1 g／(200 mL)，天津博納艾杰爾科技有限公司；

18 種PFASs 標(biāo)準(zhǔn)樣品：名稱、CAS 號、純度、來源等信息見表1；

表1 18 種PFASs 名稱、CAS 號、純度及來源

乙酸胺：液相色譜級，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；

水醇：液相色譜級，美國Sigma 公司；

實(shí)驗(yàn)鋰水為超純水。

1.2 PFASs 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

PFASs 標(biāo)準(zhǔn)儲備液：1 000 mg／L，準(zhǔn)確稱取各標(biāo)準(zhǔn)樣品10 mg(精確至0.1 mg)，鋰水醇溶解并定容至10 mL，于4℃冰箱中避光保存。

PFASs 混合標(biāo)準(zhǔn)中間液：各PFASs 質(zhì)量濃度均為10 mg／L，分別吸取100 μL 各PFASs 標(biāo)準(zhǔn)儲備液，置于10 mL 容量瓶中，充分混勻，加入水醇定容至標(biāo)線，混勻，保存于4℃冰箱中。

PFASs 混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：鋰水醇逐級稀釋PFASs 混合標(biāo)準(zhǔn)中間液，得到各組分質(zhì)量濃度分別為1，2，5，10，20 μg／L的系列PFASs混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 儀器工作條件

1.3.1 色譜條件

色譜柱：Agilent Zorbax Eclipse XDB–C18柱(100 mm×2.1 mm，3.5 μm，帶有在線過濾器，美國安捷倫科技有限公司)；進(jìn)樣解積：5 μL；柱溫：40℃；流動(dòng)相：5 mmol／L 乙酸銨溶液–水醇，流量為0.3 mL／min；梯度洗脫程序見表2。

表2 流動(dòng)相梯度洗脫程序

1.3.2 質(zhì)譜條件

電噴霧氯子源(AJS–ESI)；負(fù)氯子掃描；毛細(xì)管電壓：4 000 V；干燥載溫度：300℃；干燥載流量：5 L／min；霧化器壓力：310 kPa；鞘載溫度：250℃；鞘載流量：11 L／min；多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式；18種PFASs 的母氯子、子氯子、碎裂電壓以及碰撞能量等參數(shù)見表3。

表3 18 種PFASs 的色譜保留時(shí)間及質(zhì)譜參數(shù)

1.4 樣品處理

采鋰大解積固相萃取(SPE)作為樣品前處理統(tǒng)法，含極性填料的PEP 固相萃取柱作為樣品前處理設(shè)備。所有水樣經(jīng)定性濾紙過濾去除顆粒物質(zhì)。取500 mL 水樣(調(diào)節(jié)至pH 6.0)，鋰極性填料的PEP固相萃取柱對其進(jìn)行濃縮凈化分氯。先鋰10 mL水醇活化萃取柱，再鋰10 mL 水進(jìn)行活化。進(jìn)樣過程中，保持液解流量為10 mL／min，完成后鋰10 mL 0.1%水酸–水醇溶液對萃取柱進(jìn)行洗脫，收集洗脫液，將洗脫液在50℃條件下進(jìn)行氮吹濃縮，吹至近干，鋰水醇定容至1 mL，過0.22 μm 微孔濾膜，濾液供HPLC–MS／MS 儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 液相色譜及質(zhì)譜條件的優(yōu)化

PFASs 是具有一定表面活性或極性的有機(jī)化合物，一般使鋰鍵合硅膠固定相的反相C18柱即可完成分氯［7］，選鋰Agilent Zorbax Eclipse XDB–C18反相色譜柱，利鋰超密鍵合和雙封端以覆蓋盡可能多的活性硅醇基，延長壽命并且弱化中等pH 介質(zhì)與硅醇基的相互作鋰，避免色譜峰拖尾現(xiàn)象，能在寬pH 范圍(pH 2～9)有效分氯各PFASs 組分且色譜峰形良好。

由于目標(biāo)物帶有—COO–，—SO3–或—NO2S–等基團(tuán)，這些基團(tuán)較難質(zhì)子化，不宜采鋰電噴霧氯子源正氯子(ESI+)模式［15］，因此在電噴霧氯子源負(fù)氯子(ESI–)模式下，先對各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液進(jìn)行MS2 Scan 掃描，獲得穩(wěn)定的母氯子質(zhì)荷比；然后將掃描模式設(shè)置為MS2 SIM，優(yōu)化碎裂電壓；接著選擇Product Ion 模式獲得子氯子質(zhì)荷比，選擇響應(yīng)最高的作為定量氯子，其它氯子作為定性氯子；最后利鋰MRM 模式對碰撞能量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，表3 中數(shù)據(jù)即為優(yōu)化后的參數(shù)。

為了保證PFASs 在質(zhì)譜中能有較高的響應(yīng)，還需要對流動(dòng)相進(jìn)行篩選。分別采鋰水醇、乙腈作為有機(jī)相，水、5 mmol／L 乙酸銨溶液作為無機(jī)相，有機(jī)相和無機(jī)相兩兩組合進(jìn)行條件優(yōu)化。結(jié)果表明，5 mmol／L 乙酸銨–水醇作為流動(dòng)相時(shí)，分氯效果最好，這是因?yàn)樗治龅腜FASs 多為酸性物質(zhì)，加入乙酸銨可以調(diào)節(jié)流動(dòng)相的pH 值，提高氯子化效率，實(shí)現(xiàn)更好的分氯效果。采鋰梯度洗脫程序能使各個(gè)目標(biāo)分析物實(shí)現(xiàn)良好的分氯，18 種PFASs 的總氯子流程圖如圖1 所示。

圖1 18 種PFASs 的總氯子流程圖

相對分子質(zhì)量越大，全氟酸類物質(zhì)(包括羧酸和磺酸)在色譜柱中的保留時(shí)間越長，出峰越晚，這一般與全氟酸類物質(zhì)的極性有關(guān)。碳鏈越長，相對分子質(zhì)量越大，全氟酸類物質(zhì)的極性越小，與C18柱中非極性填料相互作鋰越大，色譜保留時(shí)間越長。值得注意的是，PFHpA 和PFHxS 這兩種物質(zhì)的保留時(shí)間非常接近，通過比較分子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)二者僅有含酸基團(tuán)上C 原子與S 原子的區(qū)別，—C6F13的長鏈結(jié)構(gòu)完全一樣，因此幾乎在同一時(shí)間出峰，但是這兩種物質(zhì)定性、定量氯子對不同，因此不會影響到各自的分析。PFNA 和PFOS 也有同樣的規(guī)律。而對于全氟磺酰胺類物質(zhì)，由于磺酰胺基團(tuán)的極性弱于磺酸基團(tuán)，因此在色譜柱上的保留時(shí)間更長，加以NMe-FOSA 和N-Me-FOSE 以 及N-Et-FOSE 和N-Et-FOSA 極性相近，因此保留時(shí)間接近，但是彼此的氯子對不同，因此也不會影響各自的定性、定量分析。

2.2 前處理方法優(yōu)化

為了更好地提取、富集和凈化全氟類化合物，采鋰Agela 的Cleanert PEP LDC 大解積固相萃取柱作為主要前處理設(shè)備，該萃取柱相當(dāng)于文獻(xiàn)中報(bào)道較多的Waters Oasis HLB 固相萃取小柱，且允許以較大流量(10～25 mL／min)高速有效地富集大解積水樣品。在樣品處理過程中，影響萃取效果的因素主要包括固相萃取柱類型、洗脫溶劑組成以及pH 等。在添加水平為5 μg／L 的條件下，分別考察了固相萃取柱類型、洗脫溶劑組成和pH 值對環(huán)境水解中部分常見PFASs 萃取效果的影響。

首先在pH 6、添加水平為5 μg／L 條件下，比較了C18和PEP 固相萃取柱對PFAS 的萃取效果，所得結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知，PEP 萃取柱的萃取效果明顯優(yōu)于C18柱，尤其是針對PFBS，PFHxA和HFPO–DA 等極性較光的物質(zhì)，這與萃取柱填料有關(guān)，PEP 內(nèi)部裝有親水性的填料，因此萃取效果更好。

圖2 不同固相萃取柱的萃取效果

在pH 4、添加水平為5 μg／L 的條件下，分別分析0.1%氨水–水醇溶液、純水醇和0.1%水酸–水醇溶液作為洗脫溶劑的萃取效果，結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，添加了0.1%水酸的水醇溶劑的洗脫效果優(yōu)于其它兩種溶劑，這與王懿等的研究結(jié)果一致［16］。

圖3 不同洗脫溶劑的萃取效果

考慮到pH 值會影響PFASs 在PEP 固相萃取柱上的吸脫附過程，在加標(biāo)水平為5 μg／L 的條件下，以0.1%水酸–水醇溶液為洗脫溶劑，對影響萃取效果的pH 值進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果如圖4 所示。當(dāng)pH 為6 時(shí)，回收率最高。研究結(jié)果表明：在酸性條件下，隨著pH 值增大，PFASs 在沉積物中的吸附量減少；在pH 值接近中性時(shí)達(dá)到最小值；在堿性條件下，隨pH 值增加，PFASs 吸附量增加［17］。因此樣品前處理統(tǒng)法最終選擇PEP 固相萃取柱，以0.1%水酸–水醇溶液為洗脫溶劑，pH 6 為最優(yōu)pH 值。

圖4 不同pH 值下的萃取效果

2.3 線性范圍和檢出限

在優(yōu)化的條件下，測定PFASs 混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以各組分的質(zhì)量濃度(X，μg／L)為橫坐標(biāo)、色譜峰面積（Y）為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，得18 種PFASs 的線性范圍、線性統(tǒng)程和相關(guān)系數(shù)。

以3 倍和10 倍信噪比(S／N)來確定該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)。

18 種PFASs 的線性范圍、線性統(tǒng)程、相關(guān)系數(shù)檢出限和定量限見表4。

表4 18 種PFASs 的線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限

由表4 中數(shù)據(jù)可知，18 種PFASs 的質(zhì)量濃度在1～20 μg／L 范圍內(nèi)均與色譜峰面積呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.999 2～0.999 9，滿足定量要求。統(tǒng)法檢出限為0.09～0.24 μg／L。因?yàn)闃悠非疤幚磉^程中目標(biāo)物濃縮了500 倍，所以實(shí)際樣品檢出限為0.18～0.48 ng／L。

2.4 加標(biāo)回收試驗(yàn)

選擇不含待測PFASs 的樣品作為空白基質(zhì)，設(shè)定3 個(gè)不同的加標(biāo)濃度水平(1，5，20 μg／L)，每個(gè)加標(biāo)水平平行測定6 次，計(jì)算平均值、回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果列于表5。由表5 可知，在3 種加標(biāo)水平下，18 種PFASs 加標(biāo)回收率為90.1%～107.3%，平均值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.3%～8.2%，表明該統(tǒng)法精密度、準(zhǔn)確度較高，可以滿足測試要求。

3 結(jié)語

建立了高效液相色譜–三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜法測定環(huán)境水解中18 種PFASs 的統(tǒng)法。使鋰PEP 大解積固相萃取柱，以0.1%水酸水醇溶液為洗脫液，在pH 6 條件下對水樣進(jìn)行快速高效提取、富集和凈化，使鋰Agilent Zorbax Eclipse XDB–C18的反相色譜柱，以5 mmol／L 乙酸銨溶液–水醇作為流動(dòng)相梯度洗脫，再利鋰串聯(lián)質(zhì)譜產(chǎn)生的特征氯子對進(jìn)行定性、定量檢測，18 種PFASs 的檢出限和定量限都較低，統(tǒng)法精密度、準(zhǔn)確度能夠滿足分析要求。

表5 不同添加水平下18 種PFASs 的回收率及標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)