概述
全氟辛烷磺醯基化合物又叫PFOS全氟辛烷磺酸鹽是perfluorooctanesulphonate的英文縮寫,它由全氟化酸性硫酸基酸中完全氟化的陰離子組成並以陰離子形式存在於鹽、衍生體和聚合體中。術語Perfluorinated常常用於描述物質中碳原子裡所有氫離子都被轉變成氟。目前,PFOS已成為全氟化酸性硫酸基酸perfluorooctanesulphonicacid各種類型派生物及含有這些派生物的聚合體的代名詞。當PFOS被外界所發現時,是以經過降解的PFOS形態存在的。那些可分解成PFOS的物質則被稱作PFOS有關物質。當前PFOS已經在出口產品材料中被廣泛限制。
用途
全氟辛烷磺醯基化合物(PFOS)是用來生產整理劑和表面活性劑的重要原料,由於其特殊的化學和物理性能,在紡織品尤其是羽絨製品中被廣泛用作防水、拒油、易去污整理劑和特殊表面活性劑[1-2]。研究表明[3-4],PFOS是具有毒性的致癌物質,在環境中降解難,生物累積性強,可發生遠距離遷移。但是,目前PFOS仍然是最優秀的拒水、拒油、拒污整理劑原料,且在紡織行業中至今還沒有理想的替代品,PFOS的使用還有一定市場。針對PFOS仍被廣泛使用的現狀,一些已開發國家已頒布了相關法令,禁止或限量PFOS在紡織品中的使用,如歐盟《關於限制全氟辛烷磺酸銷售及使用的指令》(2006/122/EC)規定紡織品中PFOS含量不能超過50mg/kg。中國是世界上最大的羽絨及製品的生產和出口國,羽絨及製品的出口額約占世界出口市場的三分之二,PFOS的禁令嚴重影響了我國羽絨及其製品的出口。到目前為止,中國還沒有制定紡織品、羽絨製品中PFOS含量的檢測方法和檢測標準,因而研究羽絨製品中PFOS含量的檢測方法,具有十分重要的意義。由於PFOS大多為直鏈結構,國內外一般都先對PFOS進行衍生,然後採用HPLC、HPLC/Q-TOF、GC/MS等方法來進行含量測定[5-6]。本項目組探索開發運用超高效液相色譜蒸發光散射來檢測羽絨製品中PFOS的含量,該方法無需對PFOS進行衍生,具有方便快速、準確高效等特點。
有害影響
持久性:全氟辛烷磺酸的持久性極強,是最難分解的有機污染物,在濃硫酸中煮一小時也不分解。據有關研究,在各種溫度和酸鹼度下,對全氟辛烷磺酸進行水解作用,均沒有發現有明顯的降解;PFOS在增氧和無氧環境都具有很好的穩定性,採用各種微生物和條件進行的大量研究表明,PFOS沒有發生任何降解的跡象。唯一出現PFOS分解的情況,是在高溫條件下進行的焚燒。
PFOS鉀鹽經過49天50ºC溫度條件的水解,測試出的pH值範圍在1.5-11之間。PFOS物質沒有發生降解,根據這些結果,可以算出PFOS鉀鹽在25ºC溫度條件的半衰期為> 41年。
生物累積性:試驗研究表明,PFOS可以在有機生物體內聚積。已有諸多證據表明,水生食物鏈生物對PFOS有較強的富積作用。魚類對PFOS的濃縮倍數為500-12000倍。研究發現,彩虹鮭魚在受到相關濃度的PFOS影響後,其肝臟和血清中表現出的生物累積係數分別為2900和3100。水中的PFOS通過水生生物的富積作用和食物鏈向包括人類在內的高位生物轉移。
目前,在高等動物體內已發現了高濃度PFOS的存在,且生物體內的蓄積水平高於已知的有機氯農藥和二口惡英等持久性有機污染物的數百倍至數千倍,成為繼多氯聯苯、有機氯農藥和二口惡英之後,一種新的持久性的環境污染物。對各地的主要食肉動物的數據的監測表明,全氟辛烷磺酸的含量很高,表明全氟辛烷磺酸具有很高的生物累積和生物放大的特性。各種哺乳動物、鳥類和魚類的生物放大係數在兩個營養層次之間從22-160不等。在北極熊肝臟里測量到的全氟辛烷磺酸的濃度超過了所有其他已知的各種有機鹵素的濃度。
與許多持久性有機污染物的通常情況相反,全氟辛烷磺酸在脂肪組織中不會累積起來。這是因為全氟辛烷磺酸既具有疏水性,又具有疏脂性。相反,全氟辛烷磺酸依附於血液和肝臟中的蛋白質。據EPA、歐洲、日本及我國研究機構的研究結果表明:PFOS及其衍生物通過呼吸道吸入和飲用水、食物的攝入等途徑,而很難被生物體排出,尤其最終富集於人體、生物體中的血、肝、腎、腦中。
測定方法
以乙腈-乙酸銨水溶液作為流動相。乙腈和乙酸銨水溶液的比例不同,對實驗有很大影響。實驗分析比較了乙腈和10mmol/L乙酸銨水溶液比例分別為75:25、70:30、65:35、60:40時的PFOS標準溶液的超高液相色譜圖。由實驗可知,當乙腈含量大於75%時,PFOS譜峰與進樣峰重疊嚴重;當乙腈含量小於60%時,PFOS保留時間較長,峰展寬嚴重。綜合考慮譜峰形狀、樣品噪音峰的保留時間和峰展寬等因素,本實驗選擇的流動相為A1/B1=70/30,保留時間大約在0.508min左右,如圖1所示。
由於PFOS含有磺酸基(-SO3-),難以質子化,以甲醇為溶劑配製成300mg/L的PFOS標準溶液,以流動注射方式注入Q-TRAP質譜儀,選擇EMS負離子模式進行一級質譜分析,掃描範圍m/z200~600,選擇入口電壓為10V,離子肼電壓為4500V,選擇準分子離子峰m/z499([C8F17SO3]-)定性證PFOS,如圖2所示。
取PFOS標準儲備溶液,用甲醇逐級稀釋成10mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L和300mg/L系列標準溶液,以超高液相色譜峰面積(S)和標準溶液質量濃度(C,mg/L)的對數值繪製工作曲線,經擬合後得PFOS標準曲線,其中A=2.56598,B=1.17853,R=0.99899,如圖3所示。進樣量為0.5μL,是標準溶液進樣量的1/10,由此推得每千克羽絨製品樣品中PFOS含量的計算公式為:
PFOS是一種具有脂溶性和水溶性的表面活性劑,不同的萃取劑對PFOS萃取效果有較大的影響。圖4分別是用甲醇(a)、乙腈(b)和乙二醇(c)做萃取劑的質譜圖。由圖4可知,用乙腈作萃取溶劑時,PFOS萃取效果較好,但雜質含量過多且峰展寬較嚴重,易覆蓋所測PFOS峰而使所得結果產生較大誤差;採用乙二醇作萃取溶劑時,雜質含量較少,但分析結果精確性不高,無法準確測定羽絨製品樣品中實際PFOS含量,易造成較大誤差。綜上所述,採用甲醇作萃取溶劑,萃取效果明顯且萃取液中含雜質較少,適合做超高液相色譜及質譜分析。
限量要求
2006/122/EC規定,以PFOS作為配製品成分的,其濃度或質量等於或超過0.005%的不得銷售;對於紡織品或其他塗層材料,如果塗層材料中PFOS的量等於或超過1μg/m2,禁止銷售。如果在半成品中使用PFOS濃度或質量等於或超過0.1%的,則半成品及部件也被列入禁售範圍;指令限制範圍包括有意添加PFOS的所有產品,包括用於特定的零部件中及產品的圖層表面,例如紡織品。但限制僅針對新產品,對於已經使用中的以及二手市場上的產品不限制。
毒性學
有關專家對PFOS的毒性研究發現,PFOS具有肝臟毒性,影響脂肪代謝;使實驗動物精子數減少、畸形精子數增加;引起機體多個臟器器官內的過氧化產物增加,造成氧化損傷,直接或間接地損害遺傳物質,引發腫瘤;PFOS破壞中樞神經系統內興奮性和抑制性胺基酸水平的平衡,使動物更容易興奮和激怒;延遲幼齡動物的生長發育,影響記憶和條件反射弧的建立;降低血清中甲狀腺激素水平。大量的調查研究發現,PFOS具有遺傳毒性、雄性生殖毒性、神經毒性、發育毒性和內分泌干擾作用等多種毒性,被認為是一類具有全身多器髒毒性的環境污染物。
引起關注
同樣,歐洲議會也已經對PFOA以及PFOA鹽提出了歐盟限制要求,它們也被懷疑帶有與PFOS相同的危險性。PFOA及其衍生產品的套用包括家用產品表面處理(如不沾鍋炊具)、方便食品包裝等,已經要求歐洲委員會重新審查存在危險的事件、尋找更安全的替代方法,並定義出危險減少措施,PFOA在所有年齡階段人群中的潛在毒性、廣泛發生率、以及持續性,已經引起了美國公眾和監督局的高度重視。據檔案記載,PFOA可導致動物患上肝臟、胰腺的睪丸癌,PFOA被列入加州65提案致癌物質。
限制指令
2006年12月27日,歐洲議會和部長理事會聯合發布《關於限制全氟辛烷磺酸銷售及使用的指令》(2006/122/EC)。2006年10月30日,歐洲議會以632票比10票通過了該草案,2006年12月12日指令草案最終獲得部長理事會批准,2006年12月27日指令正式公布並同時成效。
歐盟將嚴格限制全氟辛烷磺酸(PFOS)的使用,歐洲議會集體投票通過了歐盟危險物質指令(76/769/EEC)的最後修正,該投票在其被納入新化學品法規(REACH)之前舉行。各成員國將有18個月的時間將該指令轉為本國的法令(即截至2008年6月27日)。2002年12月,OECD召開的第34次化學品委員會聯合會議上將PFOS定義為持久存在於環境、具有生物儲蓄性並對人類有害的物質。REACH法規規定,PFOS是使用前需要經過批准的主要化學品,因為它是眾所周知的持續性有機污染物。
因此,該指令的實施必將在一定範圍內對中國相關產品出口造成影響。
實施時間
指令於公布當日生效,即2006年12月27日;
各成員應於2007年12月27日前將指令內容轉換為其國內法。
各成員國應將擬採取的措施文本提交歐委會並列明擬採取措施與指令內容的關聯性;
各成員國應於2008年6月27日開始實施限制措施;
2006年12月27日已投放市場的消防泡沫可以繼續使用至2011年6月27日;
2008年12月27日前,各成員國應公布:(1)旨在減少電鍍工業使用和排放PFOS的具體措施;(2)庫存的含有PFOS的消防泡沫情況。