環(huán)境樣品中丙烯酰胺分析方法的研究

吳建剛，黃秋瑾

（1.廣東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，廣東廣州510308；2.廣州源美國(guó)際化妝品有限公司，廣東廣州510520）

丙烯酰胺是一種水溶性極強(qiáng)的化合物，是生產(chǎn)聚丙烯酰胺的原料之一。聚丙烯酰胺被作為絮凝劑廣泛應(yīng)用于水凈化、城市污水和工業(yè)廢水處理、水管內(nèi)壁涂層及造紙、化妝品等方面［1］。丙烯酰胺具有神經(jīng)毒性、生殖毒性、致畸性和致癌性［2］，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）將其列為“可能致癌”的2A類物質(zhì)之一［3］。飲用水是人體攝入丙烯酰胺的一種重要途徑，世界衛(wèi)生組織和我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)將飲用水中丙烯酰胺的含量限定在0.5μg／L以內(nèi)［4］；歐盟對(duì)飲用水中丙烯酰胺的含量限定更嚴(yán)格，不得高于0.1μg／L［5］；此外，我國(guó)國(guó)標(biāo)還規(guī)定了工作場(chǎng)所中丙烯酰胺的含量不得超過0.3mg／m3［6］。因此，監(jiān)測(cè)丙烯酰胺在環(huán)境中的含量具有重大意義。目前，文獻(xiàn)對(duì)環(huán)境樣品中丙烯酰胺分析的基體主要以空氣和水樣為主，本文旨在對(duì)此類樣品中丙烯酰胺的分析方法進(jìn)行綜述。

1 樣品預(yù)處理方法

通常儀器分析包括三個(gè)步驟：樣品的采集與預(yù)處理，樣品的分析，分析結(jié)果。樣品處理是否有效將直接影響分析測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。環(huán)境基體中丙烯酰胺的含量分析常存在含量低、基體干擾復(fù)雜等問題，因此絕大部分研究均對(duì)樣品進(jìn)行了預(yù)處理以獲得較低的基體背景或較高的富集倍數(shù)來方便分析、監(jiān)測(cè)。目前，環(huán)境樣品中丙烯酰胺的分析文獻(xiàn)，按照基體主要可分為空氣和水樣兩大類。

目前空氣樣品的預(yù)處理方法主要依據(jù)國(guó)標(biāo)方法，以水為吸收劑，將空氣樣品轉(zhuǎn)換為水樣來分析［7－8］。本文著重對(duì)水樣中丙烯酰胺的預(yù)處理方法進(jìn)行綜述，主要有衍生法、固相萃取法和共蒸發(fā)法。

1.1 衍生法

衍生法主要通過化學(xué)反應(yīng)改變被分析物的分子結(jié)構(gòu)，使其在特定的儀器、方法中便于分析或獲得較高的靈敏度。目前，對(duì)于環(huán)境樣品丙烯酰胺的衍生方法有溴化衍生法和五氟苯基硫氰酸酯（PFPIITC）兩種，其中以溴化衍生法使用最廣泛，此方法也是國(guó)標(biāo)和美國(guó)EPA8032A所規(guī)定的方法。

1.1.1 溴化衍生法

溴化衍生法［9］基本原理：在酸性條件下，丙烯酰胺與溴發(fā)生加成反應(yīng)，生產(chǎn)2，3－二溴丙烯酰胺，經(jīng)乙酸乙酯萃取、濃縮后，便可通過普通的GC－ECD進(jìn)行分析獲得較高的靈敏度，滿足國(guó)標(biāo)對(duì)飲用水中丙烯酰胺含量測(cè)定的要求。該方法對(duì)試驗(yàn)室設(shè)備要求不高，且能獲得較高靈敏度，但非常耗時(shí)，操作復(fù)雜，并且溴易揮發(fā)，可能對(duì)人體及環(huán)境會(huì)造成危害。

1.1.2 PFPIITC衍生法

PFPIITC衍生法基于纈氨酸是一種較好的親核試劑，具有較好的水溶性，將其與丙烯酰胺反應(yīng)，然后將該反應(yīng)產(chǎn)物與PFPITC再進(jìn)行反應(yīng)，獲得具有較大的分子質(zhì)量與較好質(zhì)譜響應(yīng)性能的衍生產(chǎn)物。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于樣品用量少（僅1mL），且靈敏度較高（最低檢出限為0.003μg／L），但也非常耗時(shí)，難以應(yīng)用于大批量樣品的快速分析。

1.2 固相萃取法［10］

固相萃取法是利用活性炭對(duì)水樣中的丙烯酰胺進(jìn)行吸附，使丙烯酰胺和干擾化合物分離，然后再用洗脫液洗脫，達(dá)到分離和富集的目的。

史箴等［11］將水樣通過裝有酸化過的活性炭小柱富集，甲醇洗脫，然后直接通過GC－FID測(cè)定，回收率較好（92%），但檢出限較高（0.016mg／L），不能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。張穎等［12］直接將酸化過的活性炭置于水樣中，超聲，洗脫，采用加壓電色譜測(cè)定，獲得了較高的靈敏度，但檢出限仍然較高（5ng／mL），且回收率低（60%），故該方法難以達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定的分析要求。王峰慧等［10］在前兩者的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了更詳細(xì)的研究，將一定量酸化過的活性炭置于較大體積（1L）的樣品中，超聲萃取，然后經(jīng)過GC－FID測(cè)定，獲得了較好的重現(xiàn)性與靈敏度；同時(shí)將該方法與乙酸乙酯液萃取法、ODS－C18固相萃取小柱法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)活性炭更適合該分析。

此外，將含活性炭的固相萃取膜置于真空裝置，活化，上樣，洗脫，然后將洗脫液進(jìn)行高效液相色譜（HPLC）分析，獲得了較高的富集倍數(shù)與靈敏度［13］。

1.3 共蒸發(fā)法［6］

共蒸發(fā)法基于丙烯酰胺在加熱條件下更容易揮發(fā)，能與水形成共沸物；在堿性條件下，其揮發(fā)更加迅速；而在酸性條件下，揮發(fā)則較慢。基于這一原理，將水樣置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，以氨水調(diào)節(jié)水樣的pH＝10，在真空度較低的情況下，加熱旋轉(zhuǎn)蒸餾（該步驟中排除了部分基體雜質(zhì)的干擾），將餾分以甲酸調(diào)節(jié)樣品的pH＝3重新蒸餾至近干狀態(tài)，然后加入少量甲醇，溶解后即可通過高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定（HPLC－MS／MS）。該方法獲得了較好的靈敏度（檢出限為0.02ng／mL），比較環(huán)保，但仍然耗時(shí)（每處理一個(gè)樣品需要90min）。

2 分析方法

2.1 氣相色譜及其聯(lián)用技術(shù)法

采用氣相色譜法應(yīng)用于丙烯酰胺的分析主要基于丙烯酰胺及其衍生物（如2，3－二溴丙烯酰胺）具有一定的揮發(fā)性，某些特定的檢測(cè)器（如：ECD）對(duì)其衍生物具有較高的靈敏度。目前，該類分析方法主要有GC－FID、GC－ECD、GC－MS及GC－MS／MS等。

2.1.1 GC－FID法

目前已有運(yùn)用GC－FID直接對(duì)空氣樣品、水和廢水樣品的分析［7，10－11］。該方法不需對(duì)丙烯酰胺進(jìn)行衍生化處理，簡(jiǎn)單，快速，對(duì)儀器的配置要求低。但由于FID檢測(cè)器對(duì)于丙烯酰胺的響應(yīng)不高，因此其靈敏度較差，通常采用該方法的檢出限都較高，難以達(dá)到國(guó)標(biāo)對(duì)限值的測(cè)定要求，但可達(dá)到國(guó)標(biāo)工作場(chǎng)所中有毒物質(zhì)的測(cè)定要求［7］。

2.1.2 GC－ECD法

該方法是國(guó)標(biāo)［4］對(duì)飲用水中丙烯酰胺含量規(guī)定的測(cè)定方法，主要基于ECD對(duì)鹵代有機(jī)物具有較高的靈敏度，目前應(yīng)用于環(huán)境基體中丙烯酰胺的分析最為廣泛［14－15］。此方法須對(duì)丙烯酰胺進(jìn)行衍生化處理，使其變成2，3－二溴丙烯酰胺；其具有較高的靈敏度，對(duì)試驗(yàn)配置要求較低，方法容易普及，其最低檢出限能滿足國(guó)標(biāo)要求，但預(yù)處理過程復(fù)雜。

2.1.3 GC－MS法與GC－MS／MS法

上文中提到GC－ECD法在測(cè)定溴化衍生化后的丙烯酰胺能獲得較高的靈敏度，但其定性常通過保留時(shí)間來確定，分析中難免出現(xiàn)假陽(yáng)性。質(zhì)譜特別是串聯(lián)質(zhì)譜能提供較多分子結(jié)構(gòu)信息，因此定性定量更加準(zhǔn)確。許歡等［16］采用GC－MS法測(cè)定了水中經(jīng)溴化衍生化之后的丙烯酰胺，獲得了較高的靈敏度（檢出限為0.03μg／L）與較好的回收率（平均回收率為86.0%～102.4%）。將GC－MS／MS運(yùn)用于經(jīng)過PFPTIC衍生化過的水樣中的丙烯酰胺分析，靈敏度獲得了進(jìn)一步的提高，檢出限低至0.003μg／L，比其他常規(guī)儀器報(bào)道的檢出限低一個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然GC－MS法和GC－MS／MS法對(duì)于丙烯酰胺的定性定量非常準(zhǔn)確，但試驗(yàn)配置相對(duì)較高，價(jià)格相對(duì)較昂貴，難以廣泛推廣應(yīng)用。

2.2 液相色譜及其聯(lián)用技術(shù)法

2.2.1 HPLC－UV法

將HPLC－UV法應(yīng)用于空氣和水中丙烯酰胺分析的文獻(xiàn)很多［17－18］。該方法儀器設(shè)備較簡(jiǎn)單，常規(guī)實(shí)驗(yàn)室即可配置，快速，不需復(fù)雜的預(yù)處理過程。其不足之處在于該方法的靈敏度不高，檢出限難以滿足國(guó)標(biāo)對(duì)于水中丙烯酰胺分析測(cè)定的要求，不過可運(yùn)用于工作場(chǎng)所中丙烯酰胺的測(cè)定要求。

2.2.2 HPLC－MS法與HPLC－MS／MS法

Cavalli等［3］將水樣未經(jīng)任何處理直接進(jìn)入HPLC－MS分析系統(tǒng)，采用離子排斥液相色譜柱代替反相色譜柱，以使丙烯酰胺在色譜柱中能較好地保留；此外，采用離子排斥色譜柱能增大柱容量，從而可以接收大體積進(jìn)樣（進(jìn)樣體積達(dá)500μL），而獲得較高的靈敏度（檢出限為0.2μg／L）；但應(yīng)用于歐盟規(guī)定的飲用水中丙烯酰胺的含量（低于0.1μg／mL）分析仍然有困難。José等［3］在前者的基礎(chǔ)上，采用HPLC－MS／MS法聯(lián)用技術(shù)，大氣壓離子化，大體積直接進(jìn)樣，獲得了較好的靈敏度（檢出限為0.03μg／L）。劉凌云等［22］也采用了直接進(jìn)樣，運(yùn)用HPLC－MS／MS法分析了飲用水中的丙烯酰胺含量，獲得了較滿意的靈敏度（檢出限為0.1μg／L）。采用HPLCMS法或HPLC－MS／MS法技術(shù)用于水中丙烯酰胺時(shí)，具有無需樣品預(yù)處理、快速、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。但直接進(jìn)樣應(yīng)用于基體比較復(fù)雜的樣品分析時(shí)較困難［4］，而且儀器配置較高，價(jià)格昂貴，廣泛普及該方法可能有些困難。

2.3 電化學(xué)法

Abdul等［23］采用微分脈沖極譜法測(cè)定了水中丙烯酰胺的含量，他們發(fā)現(xiàn)以LiCl為電極，當(dāng)?shù)獨(dú)鈮毫?.5kg／cm2時(shí)，有四甲基碘化銨存在的條件下，丙烯酰胺有較好的特征峰出現(xiàn)。該方法具有簡(jiǎn)單，儀器設(shè)備要求低，快速以及能直接應(yīng)用水中丙烯酰胺測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)，其不足之處在于靈敏度不高（檢出限為27μg／mL）。

3 小結(jié)與展望

對(duì)于丙烯酰胺的分析，目前還是以氣相色譜及其聯(lián)用技術(shù)和液相色譜及其聯(lián)用技術(shù)為主。GCECD法能較好地推廣應(yīng)用，靈敏度高，也能較好地滿足國(guó)標(biāo)對(duì)水中丙烯酰胺限定值的測(cè)定要求，但樣品預(yù)處理過程復(fù)雜、耗時(shí)。氣相色譜質(zhì)譜以及串聯(lián)質(zhì)譜法也能提供較高的靈敏度，但需經(jīng)過復(fù)雜的衍生化過程。液相色譜及其聯(lián)用技術(shù)無需復(fù)雜的樣品處理過程，甚至可以直接進(jìn)樣，但也僅限于基體干擾較小的樣品分析；而且直接進(jìn)樣技術(shù)所需儀器設(shè)備配置較高，難以廣泛推廣。據(jù)此，筆者認(rèn)為，開發(fā)能從環(huán)境基體中有效提取和富集低含量丙烯酰胺的研究具有重要意義；開發(fā)高效熒光衍生試劑，通過熒光衍生，采用簡(jiǎn)單設(shè)備（液相色譜熒光檢測(cè)）分析以獲得較低的檢出限，也是一個(gè)重要的研究方向；此外，開發(fā)快速、高效、靈敏的在線分析法也是將來發(fā)展的趨勢(shì)。

［1］ 董麗華，董玉蓮，吳建安，等.溴化衍生－液液萃?。瓪庀嗌V法檢測(cè)水中的丙烯酰胺［J］.分析儀器，2008，4：31－34.

［2］ 郭燦爛，李 斌，肖經(jīng)緯.丙烯酰胺神經(jīng)毒性機(jī)制研究概況［J］.衛(wèi)生研究，2010，39：（3）282－285.

［3］ Cavlli S，Polesello S，Saccani G.Determination of acrylamide in drinking water by large－volume direct injection and ion－exclusion chromatography－mass sepectrometry［J］.Journal of Chromatography A，2004，1039：155－159.

［4］ GB／T 5750－2006，生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法［S］.

［5］ European council Drinking water directive EU 98／93／EC［S］.Burssels，1998.

［6］ GBZ／T 160.62－2004，工作場(chǎng)所有毒物質(zhì)測(cè)定［S］.

［7］ 祝海珍，成國(guó)玉，汪錫燦.作業(yè)場(chǎng)所空氣中丙烯酰胺的氣相色譜直接測(cè)定法［J］.職業(yè)與健康，2009，25（18）：1912－1914.

［8］ 楊華梅.高效液相色譜法測(cè)定工作場(chǎng)所中丙烯酰胺的研究［J］.現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué)，2011，38（6）：1109－1100.

［9］ 楊麗莉，王美飛，胡恩宇，等。水中丙烯酰胺氣相色譜測(cè)定方法研究［J］.中國(guó)環(huán)境檢測(cè)，2012，28（1）：46－49.

［10］ 王峰慧，湯建新，魏 巍.活性炭超聲萃?。?xì)管柱氣相色譜法測(cè)水中痕量丙烯酰胺［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，43（1）：81－105.

［11］ 史 箴，李抗美.毛細(xì)管氣相色譜法測(cè)定水和廢水中的丙烯酰胺［J］.中國(guó)環(huán)境檢測(cè)，1998，14（6）：26－28.

［12］ 張 穎，錢曉敏，張錢麗，等.固相萃?。訅好?xì)管電色譜測(cè)定痕量丙烯酰胺［J］.常熟理工學(xué)報(bào)，2007，21（10）：65－69.

［13］ 張 勃，祁 悅，高赫男，等.固相萃取膜技術(shù)用于自來水中丙烯酰胺的測(cè)定［J］.色譜，2010，28（12）：1196－1199.

［14］ 李麗萍.氣相色譜法測(cè)定水中丙烯酰胺的方法改進(jìn)［J］.廣東化工，2010，37：63－64.

［15］ 楊文武.關(guān)于氣相色譜法測(cè)定水中丙烯酰胺的研究［J］，環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2011，30（4）：82－84.

［16］ 許 歡，巢 猛，李 慧.水中痕量丙烯酰胺的氣相色譜－質(zhì)譜測(cè)定法［J］.環(huán)境與健康雜志，2009，26：917－919.

［17］ 陳 玲，陳 皓.固相萃?。咝б合嗌V聯(lián)用分析水中的痕量丙烯酰胺［J］.色譜，2003，21（5）：534－534.

［18］ 尤海芹，李衛(wèi)兵，吳丹雯，等.高效液相色譜法測(cè)定水中痕量丙烯酰胺［J］.凈水技術(shù)，2011，30：72－74.

［19］ 劉凌云，劉 波，徐 榮，等.液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定飲用水中的丙烯酰胺［J］.環(huán)境化學(xué)，2010，29（1）：152－153.

［20］ Abdul Niaz，Sirajuddin，Afzal Shah，et al.A new simple sensitive differential pulse polarographic method for the determination of acrylamide in aqueous solution［J］.Talanta，2008，74：1608－1614.