液-液萃取/氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定紙制食品接觸材料中9種揮發(fā)性全氟化合物前體物的遷移量

張子豪，肖 前，鐘懷寧，李全忠，劉瑩峰，李 丹，鄭建國(guó)

(廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局，廣東 廣州 510623)

全氟化合物(PFCs)是一類人工合成的化合物，因具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、高表面活性及疏水疏油性能，被大量地應(yīng)用于金屬制品、紡織品、食品接觸材料等諸多與生活息息相關(guān)的領(lǐng)域中[1]。隨著對(duì)PFCs研究的日益深入，人們發(fā)現(xiàn)全氟類化合物能在生物體內(nèi)富集，且部分全氟化合物具有生殖毒性，會(huì)危害人類健康[2-3]。2017年1月，歐洲化學(xué)品管理局(ECHA)發(fā)布的歐盟REACH法規(guī)中包含了7種全氟高關(guān)注度物質(zhì)[3]，基于歐盟REACH法規(guī)，2017版Oeko-Tex[4]中的全氟化合物增至24種，這將對(duì)PFCs的監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估推向了一個(gè)新高度。全氟脂肪醇和全氟磺酰胺類物質(zhì)分別為全氟羧酸和全氟烷基磺酸類物質(zhì)的揮發(fā)性前體物[5-6]，其中1H,1H,2H,2H-全氟癸烷-1-醇(8∶2FTOH)為全氟辛酸(PFOA)的前體，1H,1H,2H,2H-全氟十二醇(10∶2FTOH)為全氟癸酸(PFDA)的前體，十七氟-N-(2-羥乙基)-N-甲基-1-辛基磺酰胺(N-MeFOSE)則為全氟辛烷磺酸(PFOS)的前體。研究表明，攝入人體的揮發(fā)性全氟化合物的前體物質(zhì)通過(guò)體內(nèi)轉(zhuǎn)化最終氧化生成全氟羧酸與全氟烷基磺酸[6-8]。因此，通過(guò)攝入揮發(fā)性全氟化合物，在體內(nèi)轉(zhuǎn)化得到全氟酸可能是人體PFCs的主要暴露途徑之一[5,8]。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)全氟化合物的檢測(cè)技術(shù)，主要采用液相色譜-質(zhì)譜法[9-12]和氣相色譜-質(zhì)譜法[13]。而對(duì)于全氟化合物的前體物質(zhì)全氟脂肪醇、全氟脂肪醇丙烯酸酯和全氟磺酰胺的檢測(cè)較少，對(duì)于紙制食品接觸材料中揮發(fā)性全氟化合物前體物遷移量的檢測(cè)方法尚未見(jiàn)報(bào)道，因此亟需建立揮發(fā)性全氟化合物前體物的檢測(cè)方法，以降低或控制風(fēng)險(xiǎn)。本文利用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)建立了9種揮發(fā)性全氟化合物前體物的檢測(cè)方法，該法靈敏度高、準(zhǔn)確可靠，可用于紙制食品接觸材料中全氟化合物前體物的檢測(cè)分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890B-7000C氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀(美國(guó)安捷倫公司)，Chemstation和MassHunter軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；DB-5MS毛細(xì)管柱30 m×0.25 mm(內(nèi)徑)×0.25 μm(膜厚)色譜柱(美國(guó)安捷倫公司)；Milli-Q超純水機(jī)(美國(guó)密理博公司)；可調(diào)移液器(德國(guó)普蘭德公司)；10 μL微量注射器。

1H,1H,2H,2H-全氟己烷-1-醇(4∶2FTOH，97.0%)、1H,1H,2H,2H-全氟己醇丙烯酸酯(6∶2FTA，99.0%)、1H,1H,2H,2H-全氟辛烷-1-醇(6∶2FTOH，99.0%)、1H,1H,2H,2H-全氟癸烷-1-醇(8∶2FTOH，99.0%)、1H,1H,2H,2H-全氟十二醇(10∶2FTOH，97.0%)、1H,1H,2H,2H-全氟辛醇丙烯酸酯(8∶2FTA，97.0%)、1H,1H,2H,2H-全氟癸醇丙烯酸酯(10∶2FTA，98.0%)均購(gòu)自挪威Chiron 公司；十七氟-N-(2-羥乙基)-N-甲基-1-辛基磺酰胺(N-MeFOSE，98.0%)和十七氟-N-(2-羥乙基)-N-乙基-1-辛基磺酰胺(N-EtFOSE，99.0%)均購(gòu)自德國(guó)Dr.Ehrenstorfer GmbH。甲醇、二氯甲烷、乙腈均為HPLC級(jí)，購(gòu)自Tedia公司。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

稱取一定量的各全氟化合物前體物質(zhì)系列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，配成50 mg/L的9種全氟化合物單標(biāo)儲(chǔ)備液。移取一定量各單標(biāo)儲(chǔ)備液，配成0.5、5.0 mg/L的全氟化合物前體物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)混合中間液。

水基模擬物(3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇)：分別移取0.5 mg/L的全氟化合物前體物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)混合中間液 20、40、100 μL至10 mL容量瓶中，用對(duì)應(yīng)的水基模擬物定容；分別移取5.0 mg/L的全氟化合物前體物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)混合中間液20、100、200 μL至10 mL容量瓶中，用對(duì)應(yīng)的水基模擬物定容。將上述6個(gè)容量瓶中的溶液分別轉(zhuǎn)入6個(gè)20 mL頂空瓶中，各加入2 mL二氯甲烷，蓋上瓶蓋，渦旋振蕩5 min，靜置分層，下層有機(jī)相溶液即為全氟化合物前體物質(zhì)的水基模擬物標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，9種全氟化合物前體物質(zhì)的質(zhì)量濃度分別為5、10、25、50、250、500 μg/L。

橄欖油模擬物：分別移取10 g(精確至0.01 g)橄欖油于6個(gè)20 mL頂空瓶中，向其中加入0.5 mg/L的全氟化合物前體物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)混合中間液20、40、100 μL，再加入5.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)混合中間液20、100、200 μL，加入2 mL 乙腈，渦旋振蕩5 min，靜置分層，上層乙腈萃取液即為全氟化合物前體物質(zhì)的橄欖油模擬物標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，9種全氟化合物前體物質(zhì)的含量分別為5、10、25、50、250、500 ng/g。

1.3 樣品預(yù)處理

樣品按照歐盟(EU)2017/752[14]進(jìn)行處理，每6 dm2紙制食品接觸材料用1 L模擬物浸泡。水基食品模擬物(3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇)：取10 mL食品模擬物于20 mL PCR 管中，加入2 mL二氯甲烷，渦旋振蕩5 min，靜置分層，取下層溶液，過(guò)0.22 μm針式尼龍濾膜，待測(cè)定。橄欖油模擬物：取10 g橄欖油至20 mL PCR 管中，加2 mL 乙腈，渦旋振蕩5 min，靜置分層，取上層溶液過(guò)濾，待測(cè)定。

1.4 氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜條件

氣相色譜條件：高純氦氣為載氣，柱流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度250 ℃，脈沖不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量2 μL，進(jìn)樣脈沖壓力：20.7 kPa，脈沖時(shí)間：1.5 min，分流出口的吹掃流量：100 mL/min，吹掃時(shí)間：2 min，色譜柱為DB-5MS石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，升溫程序?yàn)椋撼鯗?5 ℃(保持3 min)，以30 ℃/min升溫至250 ℃，再以50 ℃/min快速升至300 ℃(保持5 min)。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源(EI)溫度為 230 ℃,四極桿質(zhì)量分析器溫度為 150 ℃,傳輸線溫度為300 ℃，電離能量：70 eV，多反應(yīng)監(jiān)測(cè)負(fù)離子模式(MRM)，溶劑延遲2 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 橄欖油提取溶劑的選擇

橄欖油食品模擬物中的全氟化合物需通過(guò)液-液萃取轉(zhuǎn)移到有機(jī)溶劑后進(jìn)行測(cè)試。以甲醇配制10 mg/L的混合標(biāo)樣，用橄欖油模擬物進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)。稱取10.00 g空白橄欖油模擬物，向其中加入0.1 mL 10 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別考察了甲醇、乙醇、乙腈、甲醇-乙腈(1∶1) 4種萃取溶劑及其體積(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL)和萃取時(shí)間(5、10、15 min)對(duì)橄欖油模擬物中含氟化合物回收率的影響。結(jié)果表明：甲醇和乙腈的萃取效率最高，乙醇次之。用乙腈和甲醇-乙腈(1∶1)進(jìn)行萃取時(shí)，上層溶劑與橄欖油分層清晰，回收率較高；而用甲醇或乙醇為萃取溶劑時(shí)，雖然含氟脂肪醇的回收率較高，但醇類與橄欖油混合后萃取溶液均存在界面乳化現(xiàn)象，分層不明顯。

圖1 根據(jù)Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)得到的方程擬合曲面結(jié)果Fig.1 Box-Behnken central composite design and the results of experiments

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用響應(yīng)面模型進(jìn)一步對(duì)橄欖油中8∶2FTOH的萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化。以乙腈體積分?jǐn)?shù)(A，%)、萃取溶劑體積(B，mL)、萃取時(shí)間(C，min)作為變量，8∶2FTOH的回收率為響應(yīng)值，根據(jù) Box-Behnken 中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行3因素3水平共15次實(shí)驗(yàn)，得到回歸模型方程：Recovery=77.57+8.84A+2.40B+2.69C+3.76A2-1.89C2，根據(jù)方程擬合的曲面模型見(jiàn)圖1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，模型擬合程度良好，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間有較好的相關(guān)性。運(yùn)用Box-Behnken中心合成設(shè)計(jì)計(jì)算F值的結(jié)果為A：263.72，B：19.45，C：24.39，A2：25.18，B2：0.07，C2：6.37。從F值可以看出，模型的一次項(xiàng)A影響極顯著，B、C影響不顯著。各因素對(duì)回收率的影響順序依次為A>C>B，即乙腈體積分?jǐn)?shù)>萃取時(shí)間>萃取溶劑體積; 二次項(xiàng)A2影響顯著，B2影響不顯著。在萃取溶液體積考察時(shí)，使用2.0 mL乙腈進(jìn)行萃取，目標(biāo)化合物回收率最好，乙腈大于或小于2.0 mL時(shí)，回收率有所降低。此外，萃取時(shí)間對(duì)目標(biāo)物回收率的影響較小，渦旋萃取時(shí)間為5～15 min時(shí)，目標(biāo)化合物的回收率基本不變。因此選取萃取時(shí)間為5 min。綜上所述，最終選定乙腈作為萃取溶劑，萃取體積為2.0 mL，萃取時(shí)間為5 min，此時(shí)的萃取效率最大。

2.2 水基食品模擬物提取溶劑的選擇

考察了正己烷、二氯甲烷、乙醚-正庚烷(1∶1) 3種萃取溶液及其體積(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL)對(duì)兩種水基模擬物(3%乙酸，50%乙醇)中含氟化合物回收率的影響。結(jié)果表明，上述3種萃取溶劑均能有效萃取水基模擬物中的含氟化合物，但弱極性的正己烷對(duì)含氟脂肪醇的萃取效率低；乙醚-正庚烷(1∶1)的萃取效率一般，且乙醚的沸點(diǎn)較低，渦旋時(shí)壓力較高，存在一定危險(xiǎn)性；而采用二氯甲烷作為萃取溶劑時(shí)，含氟脂肪醇與含氟丙烯酸酯的回收率較好，且二氯甲烷的密度大，萃取液在水基溶液的下方，因此選擇二氯甲烷為萃取溶劑。

2.3 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

將9種全氟化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液逐個(gè)在EI全掃描模式下進(jìn)行一級(jí)質(zhì)譜掃描，發(fā)現(xiàn)全氟脂肪醇和全氟丙烯酸酯易于形成質(zhì)荷比小的碎片分子離子峰，如[C3H3O]+(M=55)或[C3H5F2O]+(M=95)，見(jiàn)圖2；其次，9種全氟化合物分子中均含有[C3H3F4O]+(M=131)分子離子峰。以0～60 eV的碰撞能量進(jìn)行子離子模式掃描，結(jié)果表明，9種全氟化合物均含有離子對(duì)[C3H3F4O]+(M=131)→[CF3]+(M=69)；全氟脂肪醇類化合物含有離子對(duì)[C3H5F2O]+(M=95)→[CF3]+(M=69)；全氟丙烯酸酯因具有丙烯酸基團(tuán)而存在[C3H3O]+(M=55)→[C2H3]+(M=27)離子對(duì) ；9種全氟化合物優(yōu)化后的參數(shù)見(jiàn)表1。多反應(yīng)監(jiān)測(cè)色譜圖見(jiàn)圖3。

No.Compound(abbreviation)StructureRetentiontime(min)MRM transition(m/z)Collisionenergy(eV)11H,1H,2H,2H-Perfluoro-1-hexanol(4∶2FTOH)1.78196.0>51.0?,95.0>69.025,2521H,1H,2H,2H-Perfluoro-1-octanol(6∶2FTOH)2.4695.0>69.0?,131.0>69.023,2731H,1H,2H,2H-Perfluoro-1-decanol(8∶2FTOH)3.6995.0>69.0?,131.0>69.025,2541H,1H,2H,2H-Perfluoro-1-dodecanol(10∶2FTOH)4.7895.0>69.0?,131.0>69.026,2551H,1H,2H,2H-Perfluorooctylacrylate(6∶2FTA)4.4055.0>27.0?,131.0>69.015,3061H,1H,2H,2H-Perfluorod-ecylacrylate(8∶2FTA)5.3455.0>27.0?,131.0>69.05,2071H,1H,2H,2H-Perfluorod-ecylacrylate(10∶2 FTA)6.0555.0>27.0?,131.0>69.060,458N-Methyl-perfluoroctanesul-fonamidoethanol(N-MeFOSE)7.29131.0>69.0?,526.0>169.0259N-Ethyl-perfluoroctanesul-fonamidoethanol(N-EtFOSE)7.53131.0>69.0?,540.0>169.025

*quantitative ions

圖3 9種全氟化合物(0.01 mg/L)的多反應(yīng)監(jiān)測(cè)色譜圖Fig.3 MRM chromatogram of 9 perfluorinated compounds(0.01 mg/L) 1.4∶2FTOH，2.6∶2FTOH，3.8∶2FTOH，4.6∶2FTA，5.10∶2FTOH，6.8∶2FTA，7.10∶2FTA，8.N-MeFOSE，9.N-EtFOSE

2.4 線性范圍與定量下限

采用本方法對(duì)9種全氟化合物混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液以MRM模式進(jìn)行測(cè)試，以各物質(zhì)的質(zhì)量濃度(X,μg/L)為橫坐標(biāo)，峰面積(Y)為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，9種全氟化合物在5～500 μg/L范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)為0.995 2～0.999 7。以10倍信噪比(S/N=10)作為定量下限，并通過(guò)實(shí)際樣品模擬液加標(biāo)實(shí)驗(yàn)得出，9種全氟化合物在3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇及橄欖油模擬物中的定量下限分別為3.3～4.4、3.5～4.2、3.3～4.9 μg/L和4.2～5.1 ng/g，均小于5 μg/L(見(jiàn)表2)。

表2 9種全氟化合物的線性方程與相關(guān)系數(shù)(r)

2.5 回收率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

分別在3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇和橄欖油基質(zhì)空白的模擬物中對(duì)9種全氟化合物進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。定量添加3個(gè)不同水平的全氟化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，經(jīng)上述方法處理后，得到最終添加質(zhì)量分別為10、100 、500 ng的基質(zhì)加標(biāo)溶液，每個(gè)加標(biāo)水平平行測(cè)試6次(見(jiàn)表3)。結(jié)果表明：9種全氟化合物在3%乙酸基質(zhì)加標(biāo)液中回收率為85.6%～112%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤7.8%；在10%乙醇基質(zhì)加標(biāo)液中回收率為89.0%～112%，RSD≤7.3%，在50%乙醇基質(zhì)加標(biāo)液中回收率為85.7%～109%，RSD≤5.1%；在橄欖油基質(zhì)加標(biāo)液中回收率為85.0%～115%，RSD≤7.6%，方法的精密度和準(zhǔn)確度均滿足定量分析的要求。

表3 9種全氟化合物的回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 3 Recovery and RSDs of 9 perfluorinated compounds

(續(xù)表3)

CompoundRecovery/%(RSD/%)3% Acetic acid10% Alcohol50% AlcoholOlive oil10 ng100 ng500 ng10 ng100 ng500 ng10 ng100 ng500 ng10 ng100 ng500 ng10∶2 FTA93.1(6.2)102(2.9)100(3.0)98.3(6.8)96.8(3.3)104(3.1)109(3.1)102(3.0)96.4(2.8)89.1(5.7)95.1(4.8)97.5(4.1)N-MeFOSE89.2(7.8)93.2(4.1)103(4.2)94.1(3.6)98.6(3.2)102(3.6)106(2.9)96.7(2.2)104(3.1)85.1(4.8)107(4.9)102(4.6)N-EtFOSE90.4(5.2)95.6(4.3)102(3.5)104(3.2)101(3.4)96.4(3.3)87.2(2.6)85.7(1.9)94.3(2.8)85.7(5.2)98.2(4.8)96.7(3.9)

圖3 涂布卡紙食品包裝材料樣品的MRM色譜圖Fig.3 MRM chromotagram of a coated card board

2.6 實(shí)際樣品的測(cè)試

采用本方法對(duì)市場(chǎng)上帶涂層的紙制品、耐熱食品包裝紙、烘焙吸油紙、防水食品包裝紙和涂布包裝卡紙等紙制食品接觸材料進(jìn)行上述9種全氟化合物前體物的遷移量檢測(cè)。結(jié)果表明，涂布包裝卡紙檢出率近20%，其次為防水功能的食品包裝紙，主要檢出物質(zhì)均為全氟脂肪醇類化合物，其檢出量：某涂布卡紙樣品為6∶2FTOH 5.48 μg/L，N-MeFOSE 7.83 μg/L；某防水包裝紙樣品為8∶2FTOH 4.64 μg/L，8∶2FTA 6.43 μg/L；帶涂層紙杯樣品為10∶2 FTA 6.56 μg/L。某涂布卡紙樣品的MRM色譜圖見(jiàn)圖3。

3 結(jié) 論

本文建立了紙制食品接觸材料中9種揮發(fā)性全氟類化合物前體物的測(cè)定方法。利用響應(yīng)面法和比較實(shí)驗(yàn)對(duì)前處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)對(duì)全氟脂肪醇類、全氟丙烯酸酯類和全氟磺酰胺類化合物進(jìn)行測(cè)定。該方法具有操作較簡(jiǎn)便、靈敏度高、精密度好的特點(diǎn)，能滿足紙制食品接觸材料中全氟化合物前體物質(zhì)的測(cè)定要求。對(duì)市場(chǎng)上紙制食品接觸材料的檢測(cè)結(jié)果表明，這些含氟化合物有一定程度的存在，應(yīng)引起關(guān)注。