全氟化合物PFOA和PFOS檢測標準分析

韋錦萍 夏 俊 王學軍

(1.桓臺縣食品藥品檢驗所，山東桓臺 256400;2.山東東岳高分子材料有限公司，山東桓臺 256401)

0 前言

全氟烷基化學品(PFASs，通常默認為直鏈結構)已被廣泛用于許多工業和商業應用，而全氟烷基化學品是全氟烷基酸的潛在前體。當它們被釋放到環境中，非氟化官能團通過非生物及微生物降解，會生成全氟烷基羧酸和磺酸，如全氟辛基磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)［1］。全氟烷基所提供的低表面能作用與其空間立體結構、氟烷基長短和氟含量大小有關。一般認為，隨著氟碳鏈長度增加，其表面屏蔽作用逐漸增強，具有8個碳原子的直鏈碳原子的全氟烷基可使纖維表面能因氟原子的富集和飽和而達到最低。所以，過去數十年都是用PFOS和PFOA衍生物得到的共聚物作為拒水、拒油、防污整理劑。PFOA及其銨鹽還用于四氟乙烯聚合及氟橡膠等高效能氟聚合物生產時的加工助劑。而這些高效能氟聚合物可被廣泛應用于航空科技、運輸、電子行業以及廚具等民生用品。全氟辛碳類化合物與其他鹵代化合物的相分配行為不同，全氟烷基不但疏水而且疏油，因此，一些全氟化合物與碳氫化合物和水混合時會出現三相互不相溶的現象;羧基、磺酸基、銨基等帶電基團的引入，又賦予其一定親水性和表面活性。PFOS和PFOA的這些特殊性質使其具有低表面張力、高表面活性，而且在氟取代聚合物生產中，尚未找到完全合適的替代品。

1 PFOA和PFOS毒性危害

PFOS的大量使用使其以各種途徑進入到土壤、水體等環境介質中，并通過食物鏈進入許多動物組織，對環境和人類健康造成極大的危害，由此人們開始關注與其結構非常相似的PFOA(通常以其銨鹽形式存在:APFO)。PFOA和PFOS具有與其他持久性污染物不同的特性，包括在環境中的高持久性、生物儲蓄性和多種毒性(包括生殖毒性、誘變毒性、發育毒性和神經毒性等)，是一類具有全身多臟器毒性的環境污染物，被認為是21世紀需要重點研究和防治的新型持久性有機污染物之一［2］。

Siemens等［3］通過研究不同實驗室發布的濃度和分配系數，研究了PFOA和PFOS在地表水、土壤和廢水中的吸附和分配情況。結果表明，除去分散動力學因素，被污染土壤中的多數PFOA和PFOS將被遷移到地下水和地表水體。研究顯示，我國常熟、太湖和阜新等地的氟化學工業園區周圍的水環境、生物樣品和居民血液中都發現了全氟化合物［4-6］。飲用水處理廠數據表明，存在于原水中的PFASs，基本上不會被大多數的飲用水處理工藝去除，包括混凝、絮凝、沉淀、過濾、生物過濾、氧化(氯化、臭氧、高級氧化)、紫外線照射及低壓膜［7］。眾多研究表明，人體即使持續暴露于相對低濃度PFOA的飲用水，也會增加對健康影響的風險［8］。還可以通過食品包裝材料轉移到食品上，威脅消費者的身體健康［9］。因此，加強PFOA和PFOS的分析、測定、監督和控制是一項十分緊迫的任務。

2 PFOA和PFOS相關法規情況

2004年11月11日，旨在減少和消除持久性污染物排放的《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》正式對中國生效。2005年3月18日，歐盟健康與環境危險科學委員會對全氟化合物的危害作用進行了確證。

2006年1月，美國環保署(EPA)提出了PFOA自主削減計劃。即至2010年PFOA排放量削減到2000年水平的5%，2015年不再使用PFOA。2007年，在EPA的倡導下，阿科瑪、旭硝子、亨斯邁、科萊恩、大金、杜邦、3M和蘇威等公司與 EPA簽署了PFOA削減協議，同意分階段停止和使用PFOA，并于2015年全面禁止PFOA的使用。

2006年12月27日，歐洲議會和部長理事會聯合發布《關于限制全氟辛烷碳酸銷售及使用指令》(06/122/EC)，指出PFOA及其鹽被懷疑有與PFOS大致相似的危害性。該指令于2008年6月執行，該指令同時提到對PFOA及其鹽的問題，雖然沒有禁用但已經引起了廣泛關注。

2009年，PFOS被收人《斯德哥爾摩公約》附錄，PFOA也被列入持久性有機污染物的觀察名單。出臺關于PFOA及所有直鏈全氟辛基衍生物的禁令已成為趨勢。

3 PFOA和PFOS檢測標準

近年來，中國、歐盟及世界各國都對相關產品中PFOA和PFOS提出限制要求。因此，相關的檢測方法標準也于近幾年陸續發布實施，見表1。

表1 PFOA和PFOS相關標準情況統計(截至2013年12月5日)

序號 標準號 中文標準名稱 起草單位15 ISO 25101-2009水質-全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的測定-使用固相萃取和LC/MS法測定水樣的方法Technical Committee ISO/TC 147，Water quality，Subcommittee SC 2水質-全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的測定-使用固相萃取和LC/MS法測定水樣的方法17 JIS K 0450-70-10-201116 BS ISO 25101-2009工業用水和廢水中全氟辛烷磺?；衔?PFOS)和全氟辛酸銨(PFOA)的檢測方法18 DIN SPEC 1038-2010涂覆和浸漬的固體顆粒，液體和消防泡沫內可萃取全氟辛烷磺酸鹽的測定用LC-qMS或液相-串聯/質譜(LC-tandem/MS)進行取樣，萃取和分析的方法

表1中，GB/T為中國推薦性國家標準，SN/T為中國出入境檢驗檢疫推薦性行業標準，ISO為國際標準化組織標準，BS為英國標準，JIS K為日本工業標準(K為化學代碼)，DIN SPEC為德國標準中的預標準(是在標準化項目制定過程中，對標準的內容還有保留意見，或者是沒有嚴格按照正式的標準制定程序制定，或者是如果作為正式標準發布將與歐洲標準化規范相沖突，而發布的一種標準)。

從發布日期來看，表1中有關PFOA和PFOS的標準都是在2009年之后頒布實施的現行標準。這其實是全球對PFOA和PFOS相關物質的高度重視和嚴格限制在相關標準上的反映。

從PFOA和PFOS檢測所針對的對象來看，涉及到了幾乎所有的氟化工產品和消費品，包括小型家用電器、食品、工業用水、廢水、飲用水、紡織品、皮革及制品、涂料、食品包裝、不黏鍋涂層、染整助劑、洗滌用品、化妝品、滅火劑、殺蟲劑和一般輕工產品等，都是與人類生活息息相關的日常用品。從這個意義上來講，PFOA和PFOS可能出現在我們每個人身邊甚至身上。

從起草單位來看，僅中國的國家標準和行業標準中涉及進出口和出入境的標準就達到13項，考慮到ISO、BS和JIS標準也均為國際間的標準，可以認為PFOA和PFOS已經成為進出口商品和國際貿易不可回避的檢測目標。

從檢測方法來看，PFOA和PFOS的檢測方法主要是高效液相色譜-質譜法(LC-MS)、高效液相色譜-串聯質譜法(LC-tandem/MS)和氣相色譜-質譜法(GC-MS)，分別有5項、13項和1項標準采用了上述方法。其中DIN SPEC 1038-2010標準允許采用LC-MS或LC-tandem/MS方法。英國BS ISO 25101-2009標準和日本JIS K 0450-70-10-2011標準在不同程度上采用了ISO 25101-2009國際標準，在對分析儀器的要求上相對要低，都是僅采用LC-MS進行分析即可。

4 液質聯用與串聯質譜

從表1可以看出，LC/MS法在PFOA和PFOS的檢測中具有舉足輕重的地位。這源于LC具有高速、高效高靈敏度和應用范圍廣等特點。而液質聯用體現了色譜和質譜優勢的互補，將色譜對復雜樣品的高分離能力，與MS具有高選擇性、高靈敏度及能夠提供相對分子質量與結構信息的優點結合起來，在藥物分析、食品分析和環境分析等許多領域得到了廣泛的應用。

1985年版中國藥典首次介紹了LC法，并有8個品種使用了LC法進行質量控制，從此LC的使用次數逐版增加。2005年藥典一部二部共計采用LC測定品種達到1327種。2010年版藥典中液質聯用法首次進入了正文，有3個品種用于含量測定和雜質檢查。2004年美國藥典中采用LC進行含量測定的比例超過83%，可見液相色譜的應用勢不可擋。

相關國際標準采用LC-MS充分考慮到了國際上不同國家經濟和技術水平上的國情差異。而采用HPLC-tandem/MS(串聯質譜法，也叫質譜-質譜法、二維質譜法、多級質譜法等)則可以加強被監控物質的敏感性和準確性。如于文佳等［10］將高效液相色譜-串聯質譜法用于快速測定電子電氣產品中的PFOA和PFOS，檢出限分別為0.5 μg/L和1 μg/L，在1 min內即完成了相關檢測。

5 PFOA和PFOS替代研究

陳榮圻［11］詳細總結了PFOA和PFOS的危害性，結合非氟拒水整理劑的研發，介紹了全氟非PFOS、PFOA替代品的研發情況。

國內PTFE生產企業也都試圖在PFOA限制使用和替代方面做出自己的努力。如山東東岳高分子公司的PTFE車間采用真空濃縮方法回收真空烘箱、熱風循環烘箱、分散聚合母液中的PFOA，然后循環利用達到了降低生產成本，減少了PFOA污染的目的。山東華夏神舟新材料有限公司2008年上半年自主研發出全氟辛酸替代品，并已成功應用于聚全氟乙丙烯和氟橡膠的生產上，經檢測，替代品聚合物與原樹脂相比具有相同的性能。最近該公司又將其成功應用于聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂的生產上，所得產品性能與用PFOA制備的產品性能相當，完全可以滿足市場和環保要求［12］。

6 總結與展望

全氟化合物對環境污染的程度超出人們的預想，該問題的研究已經成為分析科學等領域所關注的研究熱點之一。有關毒性物質的監控越來越被強化，與之相對應的相關檢測技術及其標準化的要求也愈來愈高?？偨Y了PFOA和PFOS相關法規和現行標準情況，指出液質聯用甚至是液相色譜與串聯質譜聯用是目前采用最多、最快捷的分析方法。然而在實際工作中，對于全氟化合物的檢測研究應著重于復雜樣品的前處理技術，從而避免影響現代分析儀器的檢測。尤為重要的是，要盡快尋找出能夠替代全氟化合物作用的其他無害試劑，從而預防全氟化合物的持續污染。繼續完成相關的檢測標準，形成更為標準的提取、檢測、確證體系。

對于相關的氟化工企業，尋找相關 PFOS和PFOA及其鹽類的高效替代品是從根本上解決禁用問題的終極方案。國內許多氟化工企業已經在限制使用和替代應用方面進行了一些卓有成效的探索實踐，也取得了一些令人鼓舞的成績。但要實現PFOS和PFOA的全面禁用還任重道遠。建立水體和食品接觸材料中全氟化合物的分析技術和方法、建立完善相關測定標準、尋求PFOS和PFOA替代方案，從而能夠有效地控制并逐步消除全氟化合物的污染問題，既有利于新型分析技術的開發，也有利于保護人類的身體健康和自然環境。

［1］Liu J，Avenda ?o S M.Microbial degradation of polyfluoroalkyl chemicals in the environment:A review［J］.Environ.Inter.，2013，61:98-114.

［2］李玲，趙康峰，李毅民，等.全氟辛烷磺酸和全氟辛酸神經毒性機制研究進展［J］.環境衛生學雜志，2013(2):167-169.

［3］Zareitalabad P，Siemens J，Hamer M，et al.PFOA and PFOS in surface waters，sediments，soils and wastewater-A review on concentrations and distribution coefficients［J］.Chemosphere，2013，91(6):725-732.

［4］崔瑞娜，張亞婷，王建設，等.常熟氟化學工業園水環境和生物樣品中全氟化合物的分布［J］.環境化學，2013(7):1318-1327.

［5］Yu N，Shi W，Zhang B，et al.Occurrence of perfluoroalkyl acids including perfluorooctane sulfonate isomers in Huai river basin and taihu lake in Jiangsu province，China［J］.Environ.Sci.Technol.，2013，47(2):710-717.

［6］Bao J，Liu W，Liu L，et al.Perfluorinated compounds in the environment and the blood of residents living near fluorochemical plants in Fuxin，China［J］.Environ.Sci.Technol.，2011，45(19):8075-8080.

［7］Rahman M F，Peldszus S，Anderson W B.Behaviour and fate of perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances(PFASs)in drinking water treatment:A review［J］.Water Res.，2014，50:318-340.

［8］Post G B，Cohn P D，Cooper K R.Perfluorooctanoic acid(PFOA)，an emerging drinking water contaminant:A critical review of recent literature［J］.Environ.Res.，2012，116:93-117.

［9］繆璐，莫佳琳，干寧軍.全氟辛烷磺酸、全氟辛酸及其鹽類檢驗技術的研究進展［J］.現代食品科技，2011，27(1):101-105.

［10］于文佳，衛碧文，楊榮靜.液相色譜-串聯質譜法快速測定電子電氣產品中全氟辛酸和全氟辛烷磺酸［J］.分析試驗室，2010，29(9):35-38.

［11］陳榮圻.PFOS和PFOA替代品新進展［J］.染料與染色，2012，49(3):31-40.

［12］王漢利，李秀芬.不含 PFOA的 PVDF樹脂的研制［C］.2011氟硅涂料年會論文集，2011，9，濟南.