丙烯酰胺中微量丙烯酸含量的高效液相色譜法分析

王 忠，劉天宇

（大慶煉化公司， 黑龍江 大慶 163411）

丙烯酰胺中微量丙烯酸含量的高效液相色譜法分析

王 忠，劉天宇

（大慶煉化公司， 黑龍江 大慶 163411）

建立了一種測(cè)定丙烯酰胺溶液中的微量丙烯酸含量的高效液相色譜法。采用常見(jiàn)的 Agilent ZORBAX NH2液相色譜柱(5μm，4.6 mm×250 mm)，流動(dòng)相為甲醇/水/磷酸鹽體系，檢測(cè)波長(zhǎng)是205 nm，丙烯酸的保留時(shí)間在4.30 min左右，檢出限為0.05 mg/L（S/N=3），外標(biāo)法定量測(cè)定。試樣濃度在0.5 mg/L到20.0 mg/L范圍內(nèi)均有良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.999 7；當(dāng)試樣加標(biāo)濃度為1.0、5.0、10.0 mg/L時(shí)，加標(biāo)回收率在87%～97%之間，RSD≤2.14%。此方法可成功應(yīng)用于測(cè)量丙烯酰胺中微量的丙烯酸含量。

丙烯酸；丙烯酰胺；液相色譜

丙烯酰胺是白色晶體化學(xué)物質(zhì)，做為合成聚丙烯酰胺的原料，是一種重要的化工原料。目前聚丙烯酰胺應(yīng)用十分廣泛，除了可用于水的凈化處理、紙漿的加工及管道的內(nèi)涂層等，同時(shí)也可用于油田的三次采油。用化學(xué)法合成的丙烯酰胺可能會(huì)生成微量的丙烯酸，而丙烯酸在丙烯酰胺單體聚合成聚丙烯酰胺的過(guò)程中，會(huì)與丙烯酰胺發(fā)生副反應(yīng)，影響聚丙烯酰胺產(chǎn)品的質(zhì)量。因此有必要監(jiān)控丙烯酰胺溶液中的微量丙烯酸，避免在聚合反應(yīng)中副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

1 氣相色譜法

1.1 色譜柱

DB-WAX，60 m×0.53 mm×1.0 μm。

1.2 色譜儀參數(shù)

色譜儀：GC-2010；

載氣氦氣，柱前壓100 kPa；

分流/不分流進(jìn)樣口溫度240 ℃；

FID檢測(cè)器溫度240 ℃；

柱溫130 ℃恒溫3 min, 以20 ℃/min的速度升至190 ℃恒溫30 min；

進(jìn)樣量1.0 μL；

分流比1∶100。

1.3 典型色譜圖

氣相色譜法丙烯酸典型色譜圖件圖1。

圖1 氣相色譜法丙烯酸典型色譜圖Fig.1 Typical chromatogram of acrylic acid by gas chromatography

1.4 氣相色譜法存在的問(wèn)題

丙烯酰胺和丙烯酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖2，其分子中都有共軛的C=O和C=C兩個(gè)雙鍵，這也決定了丙烯酰胺和丙烯酸易于聚合的性質(zhì)。

圖2 丙烯酰胺和丙烯酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.2 Chemical structure of acrylamide and acrylic acid

在實(shí)際分析中，由于進(jìn)樣口的高溫，樣品中的丙烯酰胺和丙烯酸十分易于聚合，污染玻璃襯管，嚴(yán)重時(shí)可能堵塞襯管。由于襯管的污染，不可避免地影響分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。[1]此外，在檢測(cè)器的不銹鋼噴嘴處，丙烯酰胺和丙烯酸的聚合反應(yīng)的后果更加嚴(yán)重，出現(xiàn)了堵塞噴嘴的情況，嚴(yán)重影響了丙烯酸的測(cè)定[2]。

鑒于液相色譜操作條件為常溫，不會(huì)產(chǎn)生樣品分解的問(wèn)題，因此繼續(xù)開(kāi)發(fā)了高效液相色譜法[3]。

2 液相色譜法

2.1 儀器和試劑

1100 LC高效液相色譜儀（美國(guó)Agilent公司）；

紫外檢測(cè)器（VWD）；

高效液相色譜淋洗液 甲醇；

超純水；

分析純 磷酸二氫鈉；

0.45μm水系濾膜；

丙烯酸，優(yōu)級(jí)純。

2.2 分析條件

（1）色譜柱

Agilent ZORBAX NH2液相色譜柱(5 μm，4.6 mm×250 mm)，常溫。

（2）流動(dòng)相

甲醇：0.02 mol/L磷酸二氫鈉水溶液=10∶90（V/V）。

（3）流速 1.0 mL/min。

（4）UV檢測(cè)器波長(zhǎng)205 nm。

（5）進(jìn)樣量20 μL[4]。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

2.3.1 丙烯酸母液的配制

稱取丙烯酸純品0.1 g，準(zhǔn)確讀數(shù)，用水稀釋并定容至1 000 mL。

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制

準(zhǔn)確移取0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 mL的丙烯酸母液分別放入100 mL的容量瓶中，用水稀釋到刻度，得到0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

2.4 樣品處理

稱取丙烯酰胺溶液0.10 g，準(zhǔn)確讀數(shù)，用水定容至1 000 mL容量瓶中，成為丙烯酰胺母液，經(jīng)過(guò)0.45μm濾膜過(guò)濾后用于液相色譜分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 色譜柱和流動(dòng)相的選擇

3.1.1 ODS色譜柱

ODS色譜柱穩(wěn)定、便宜易得，是大多數(shù)液相色譜分析的首選。然而，在分析丙烯酰胺與丙烯酸的時(shí)候，分離不是十分理想，而且色譜柱的性能不十分平衡，分析效果不理想。

3.1.2 氨基色譜柱

既然經(jīng)典的 ODS反相色譜不十分適合分析丙烯酰胺和丙烯酸，接下來(lái)進(jìn)行了極性色譜柱的嘗試，選擇了氨基色譜柱。由于重點(diǎn)是分析丙烯酸，因此對(duì)流動(dòng)相的pH值進(jìn)行了控制，選擇了將磷酸二氫鈉的濃度控制在0.025 mmoL/L，以保持流動(dòng)相的pH值的穩(wěn)定[5]。

3.1.3 流動(dòng)相的選擇

本著既高效又環(huán)保的原則，沒(méi)有選擇乙腈，而是選擇了甲醇，這在成本上也更有優(yōu)勢(shì)。首先選用50∶50的甲醇/水的流動(dòng)相，分離效果不好，丙烯酸的峰淹沒(méi)在丙烯酰胺的色譜峰尾部。逐漸減少甲醇的比例，出峰時(shí)間加長(zhǎng)，在甲醇/水為10/90的比例時(shí)，丙烯酰胺與丙烯酸得到了良好的分離[6]。

3.2 方法的線性方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限

以丙烯酸的峰面積為縱坐標(biāo)，以丙烯酸的濃度為橫坐標(biāo)，畫(huà)出工作曲線，線性回歸方程y=9.0557x-0.1241，線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 7, 線性關(guān)系良好。檢出限（MDL）為0.05 mg/L（S/N=3）。

圖3 丙烯酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Standard curve of acrylic acid

3.3 丙烯酰胺母液分析

（1）取濾后母液進(jìn)樣分析，由峰面積計(jì)算母液中丙烯酸濃度。

（2）由丙烯酸標(biāo)準(zhǔn)曲線可求得丙烯酰胺母液中丙烯酸濃度為7.12 mg/L。

3.4 加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

在配制樣品溶液時(shí)，每次取10 mL丙烯酰胺母液，依次加入丙烯酸母液使得最終濃度為1.0、5.0、10.0，按方法進(jìn)行 5次平行樣品分析，最終對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可見(jiàn)丙烯酸在下列3種濃度中加標(biāo)回收率為87%～97%，RSD≤2.14%。

對(duì)應(yīng)不同的母液濃度，其加標(biāo)量定值分別為：

1.0 mg/L 1.62 mg/L

5.0 mg/L 8.32 mg/L

10.0 mg/L 16.93 mg/L

表1 丙烯酸在三種濃度下的平均加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=5）Table 1 Average recovery of standard sample and relative standard deviation (n=5)of acrylic acid with three kinds of concentrations.

3.5 實(shí)際樣品分析

采用以上建立的分析方法，對(duì)本公司隨機(jī)5個(gè)時(shí)間點(diǎn)的丙烯酰胺樣品進(jìn)行平行分析，檢測(cè)結(jié)果均在線性范圍內(nèi)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 實(shí)際隨機(jī)樣品分析Table 2 Analysis of actual random sample

3.6 注意事項(xiàng)

3.6.1 流動(dòng)相的試劑等級(jí)

本次分析使用的是紫外檢測(cè)器，對(duì)流動(dòng)相的純度要求很高，一定要求是高效液相色譜專(zhuān)用淋洗液級(jí)別的試劑（甲醇），這樣才能保證流動(dòng)相在紫外區(qū)是透明的。此外，流動(dòng)相中的水也不可以用普通的蒸餾水，而是用離子交換法制取的超純水，因?yàn)橹挥谐兯拍鼙容^完全地脫除有機(jī)雜質(zhì)，并且也經(jīng)過(guò)了0.45μm濾膜的過(guò)濾，真正滿足液相色譜分析的要求[7]。

3.6.2 溶劑的過(guò)濾

在液相色譜分析中，需要注意流動(dòng)相中不可以有大的顆粒，以免堵塞柱塞泵系統(tǒng)，也不能有過(guò)多的空氣，以免柱塞泵抽空，產(chǎn)生柱前壓的波動(dòng)。因此，在溶劑使用前，需要用超聲波預(yù)先脫氣，并經(jīng)過(guò)0.45μm濾膜進(jìn)行真空抽濾，然后方可注入流動(dòng)相的試劑瓶中[8]。

3.6.3 儀器的運(yùn)行周期

液相色譜分析中，流動(dòng)相的消耗是一筆不小的開(kāi)支。如果頻繁關(guān)機(jī)也不好，因?yàn)橐合嗌V柱是一種有機(jī)體，每次使用前需要有一個(gè)泡脹的過(guò)程，才能達(dá)到柱前壓的恒定。頻繁的關(guān)機(jī)會(huì)大大增加儀器的平衡時(shí)間，產(chǎn)生試劑的無(wú)謂的消耗。較好的方式是將色譜儀在不用的短暫間隙時(shí)間里設(shè)定成過(guò)夜模式，也就是保持大約0.1～0.3 mL/min的低流量，既不會(huì)消耗太多的試劑，又可以在下次分析時(shí)迅速切換到工作狀態(tài)，保證儀器的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3.6.4 色譜柱的更換

色譜柱的使用效果會(huì)逐漸下降，具體表現(xiàn)是分離變差、分析結(jié)果重現(xiàn)性下降，但更方便的判斷依據(jù)是柱前壓，一旦柱前壓無(wú)法穩(wěn)定、持續(xù)上升的時(shí)候，一般情況下，色譜柱必須要進(jìn)行更換，因?yàn)檫@時(shí)在色譜柱頭已經(jīng)積累了太多的污染物。理論上來(lái)說(shuō)，可以手工取出柱頭的一小部分填料，再手工補(bǔ)填一部分填料，柱子就修補(bǔ)好了，但實(shí)際上價(jià)值不大，因?yàn)橐合嗌V柱的裝填是用勻漿機(jī)等專(zhuān)業(yè)設(shè)備完成的，手工修復(fù)的效果是不夠的[9]。

3.6.5 柱塞泵的維護(hù)

本次分析的流動(dòng)相中只含有濃度較低的磷酸鹽，對(duì)泵頭的危害較小，但仍應(yīng)予以注意。在每次徹底關(guān)機(jī)前，一定要過(guò)渡到純水流動(dòng)相，并且運(yùn)行至少30 min，以便徹底清洗系統(tǒng)中的磷酸鹽。

長(zhǎng)期使用的柱塞泵，仍舊有可能被磨壞，產(chǎn)生泄漏。此時(shí)可以手工修復(fù)，具體操作是更換單向閥、柱塞桿、柱塞環(huán)等部件，具體操作可以在儀器廠家的專(zhuān)業(yè)工程師指導(dǎo)下進(jìn)行。

4 結(jié) 論

本文建立了一種高效液相色譜法分析丙烯酰胺溶液中的微量丙烯酸單體的分析方法，色譜柱、流動(dòng)相比較常見(jiàn)，方法的線性相關(guān)系數(shù)、檢出限均比較好，尤其是分析條件比氣相色譜法柔和，樣品不會(huì)分解，是一種容易建立的分析方法。

［1］劉虎威. 氣相色譜方法及應(yīng)用［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

［2］吳烈均. 氣相色譜檢測(cè)方法［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

［3］傅若農(nóng). 色譜分析概論［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

［4］中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，塑料 聚丙烯酰胺 殘留丙烯酰胺含量測(cè)定方法，GB/T 22312-2008［S］. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［5］于世林.高效液相色譜方法及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

［6］中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)用丙烯酸及酯 第1部分：工業(yè)用丙烯酸，GB/T 17529.1-2008［S］. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［7］張曉彤, 云自厚. 液相色譜檢測(cè)方法［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

［8］張莉莉, 江婷, 趙汝松, 等. 高效液相色譜法分析高吸水性樹(shù)脂中的丙烯酸單體［J］. 光譜實(shí)驗(yàn)室，2010，27（6）.

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Determination of Trace Acrylic Acid in Acrylamide by High Performance Liquid Chromatography

WANG Zhong，LIU Tian-yu
(Daqing Refining and Chemical Company, Heilongjiang Daqing 5613326, China)

A high performance liquid chromatography (HPLC) method was established to determine trace acrylic acid content in acrylamide solution. Through external standard method, the quantity of acrylic acid was determined by utilizing Agilent ZORBAX NH2liquid chromatographic column (5 μm, 4.6 mm×250 mm), mobile phase of methanol / water / phosphate system, 205 nm detection wavelength. The retention time of acrylic acid is at about 4.30 min, and the detection limit is 0.05 mg/L (S/N=3). As a result, when the sample concentration is between 0.5 mg/L to 20.0 mg/L , a good linear relationship can be obtained, and the linear correlation coefficient can reach to 0.999 7; When the external standard sample concentration is individually 1.0, 5.0, 10.0 mg/L, the recovery rate of standard sample is in the range of 87%～97%, RSD is less than or equal to 2.14%. This method can measure the trace content of acrylic acid in acrylamide.

Acrylic acid; Acrylamide; Liquid chromatography

O 657

A

1671-0460（2015）08-1990-03

2015-03-09

王忠（1970-），男，黑龍江大慶人，中級(jí)職稱，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：煉廠化驗(yàn)分析。E-mail：wangz-dl@petrochina.com.cn。