氣相色譜法檢測水中丙烯酰胺含量的研究

王激揚， 李常虹

(沈陽水務(wù)集團水質(zhì)檢驗中心，遼寧沈陽110003)

丙烯酰胺是一種白色晶體物質(zhì)，易溶于水、乙醇等，遇熱穩(wěn)定，室溫下可升華，易聚合和共聚，具有潛在的神經(jīng)毒性、遺傳毒性和致癌性。世界衛(wèi)生組織(WHO)限制其含有量不得超過1 μg/L； 聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織下的食品添加劑聯(lián)合專家委員會(JECFA)認為人類的平均攝入量大致為1 μg/(kg·d)?！渡铒嬘盟l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)中丙烯酰胺的限值為0.5 μg/L[1]，其中采用氣相色譜法檢測水中的丙烯酰胺的方法，因出臺時間早，已不適于在實際工作中應(yīng)用。隨著時間的推移，市場上的氣相色譜儀和試劑都有較大地改進，相應(yīng)的檢測方法亦有改進完善的空間。筆者綜合生產(chǎn)實踐和相關(guān)資料，對樣品溴化衍生萃取前處理及Agilent 7890A氣相色譜儀的儀器參數(shù)進行了優(yōu)化，對水中丙烯酰胺實現(xiàn)了靈敏度高、穩(wěn)定性好的檢測。

1 實驗部分

1.1 檢測原理

在pH值為1～2的條件下，丙烯酰胺與新生溴加成反應(yīng)，生成α-β-二溴丙酰胺，用乙酸乙酯萃取，以氣相色譜法測定。反應(yīng)方程式如下：

1.2 試劑

丙烯酰胺(CH2CHCONH2)，>99.9%，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)水溶液：精確稱取3.08 mg丙烯酰胺，500 mL純水定容，制成6.16 mg/L的丙烯酰胺儲備溶液，4 ℃避光保存，使用時稀釋成6.16 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作水溶液。

乙酸乙酯為色譜純試劑，純水為純水設(shè)備制備的超純水。

其它試劑均為分析純試劑，包括硫酸溶液(1+9)、溴化鉀、溴酸鉀溶液[c(1/6KBrO3)=0.1 mol/L]、飽和亞硫酸鈉溶液和無水硫酸鈉。

2,3-二溴丙酰胺(2,3-DBPA)，0.1 mg/mL。

1.3 儀器與條件

Agilent 7890A氣相色譜儀，配置G4513A液體自動進樣裝置；電子捕獲檢測器(ECD)；色譜柱：DB-1MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；色譜數(shù)據(jù)處理工作站。

進樣量：2 μL，分流比為5∶1；載氣：氮氣(99.999%)，流速為1.0 mL/min。

進樣口溫度：230 ℃；柱溫：100 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升溫至180 ℃，保持3 min，再以20 ℃/min升溫至240 ℃，保持1 min；檢測器溫度：280 ℃；尾吹氣：61 mL/min。

1.4 樣品的采集

用棕色螺紋口玻璃瓶采集樣品，采樣時不留頂上空間和氣泡，4 ℃下保存，盡快分析。溴化衍生后，用乙酸乙酯萃取后的有機相需密閉低溫(2～5 ℃)封存，可保存7 d。

1.5 樣品的處理

取100 mL水樣置于250 mL碘量瓶中，加入6.0 mL 1+9硫酸溶液混勻，置于4 ℃冰箱中30 min。取出碘量瓶，加入5 g溴化鉀，溶解后加入10 mL 0.1 mol/L溴酸鉀溶液并混勻，于冰箱中靜置30 min。取出試樣，加入2.0 mL飽和無水亞硫酸鈉溶液，移入250 mL分液漏斗中，用20 mL乙酸乙酯萃取，振搖2 min, 靜置10 min, 將萃取液置于50 mL小燒杯中，加入15 g無水硫酸鈉脫水30 min，取1 mL入儀器專用樣品瓶，待測。

同時用純水按水樣操作，做空白。

2 結(jié)果與討論

2.1 溴化衍生反應(yīng)的條件

丙烯酰胺易溶于水，不能用有機溶劑直接萃取，需通過加溴生成衍生物2,3-二溴丙酰胺后，再用乙酸乙酯進行萃取測定。國標(biāo)中的方法年代較久，水樣前處理中使用的試劑和用量、操作步驟等都有改進的空間。

2.1.1溴化鉀的添加量

國標(biāo)方法中100 mL水樣的溴化鉀添加量是15 g，溴酸鉀的添加量是0.001 mol，而從反應(yīng)方程式計算，0.595 g溴化鉀就能達到反應(yīng)要求：

為了使反應(yīng)完全及加快反應(yīng)時間，可以適當(dāng)增大溴化鉀的添加量。因此，調(diào)節(jié)溴化鉀的劑量，觀察樣品測定結(jié)果。試驗發(fā)現(xiàn)加入2～5 g溴化鉀，也不會影響丙烯酰胺的溴化加成反應(yīng)。

2.1.2除溴所用還原劑的選擇

國標(biāo)方法中除溴是采用硫代硫酸鈉作為還原劑，缺點在于它能與反應(yīng)底物產(chǎn)生六環(huán)硫等高分子化合物[2]，使其在ECD上有若干很大響應(yīng)的雜質(zhì)峰，會造成基線漂移，延長分析時間；此外還會產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，影響萃取分離。用無水亞硫酸鈉除溴可避免上述缺點，反應(yīng)產(chǎn)物簡單，雜峰少且ECD響應(yīng)值低。經(jīng)試驗，加入2～3 mL飽和無水亞硫酸鈉除溴較為適宜。

2.2 樣品濃縮倍數(shù)的選擇

國標(biāo)方法中將水樣經(jīng)溴化衍生，再用25 mL乙酸乙酯萃取后，還需入KD濃縮器濃縮至1.0 mL，濃縮倍數(shù)是100倍。經(jīng)試驗得出，直接用20 mL乙酸乙酯進行萃取后的有機相進行檢測，就可達到測定下限低于國家標(biāo)準(zhǔn)的檢測要求。樣品濃縮倍數(shù)是5倍，簡化了檢測步驟并減少了人工操作造成誤差的機率。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

取6.16 μg/L丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)工作水溶液100 mL，加入250 mL碘量瓶。按照水樣檢測步驟進行溴化、萃取，5倍濃縮預(yù)處理后，所得有機相即為100 μg/L 2,3-二溴丙酰胺的標(biāo)準(zhǔn)使用液。水樣中丙烯酰胺含量=2,3-二溴丙酰胺含量×0.308÷濃縮倍數(shù)。

再取不同體積標(biāo)準(zhǔn)使用液，用乙酸乙酯定容至1.0 mL，混勻，配制成工作曲線系列，上機檢測，2,3-二溴丙酰胺的出峰保留時間是7.13 min，見圖1。

圖1 2,3-二溴丙酰胺標(biāo)準(zhǔn)色譜

擬合得到標(biāo)準(zhǔn)工作曲線y=218.17x-42.96，相關(guān)性系數(shù)R=0.9984。

2.4 檢出限與測定下限

以產(chǎn)生儀器信噪比2～5倍響應(yīng)值所對應(yīng)的2個低濃度水樣，按檢測步驟各進行重復(fù)7次平行測定，計算組合標(biāo)準(zhǔn)差等，結(jié)果見表1。計算得到組合標(biāo)準(zhǔn)差為0.0483 μg/L，檢出限為0.0143 μg/L，測定下限為0.179 μg/L。

表1 方法檢出限和測定下限 μg·L-1

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計學(xué)公式(MDL=t(6,0.99)×S)計算得到，此方法檢測水中丙烯酰胺的檢出限是0.0143 μg/L，測定下限為0.179 μg/L，滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)中丙烯酰胺限值0.5 μg/L的檢測要求。

2.5 方法精密度與準(zhǔn)確度

用2,3-二溴丙酰胺配制20.0，50.0和100.0 μg/L的2,3-二溴丙酰胺內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別相當(dāng)于丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)水溶液1.23，3.08和6.16 μg/L。各做6個平行，重復(fù)6次測定，計算方法的精密度和準(zhǔn)確度。因為是純標(biāo)液，2,3-二溴丙酰胺(t=7.13 min)色譜峰后無較多響應(yīng)值高的雜質(zhì)峰，見圖2。

實驗結(jié)果見表2，采用該方法測定丙烯酰胺含量為1～10 μg/L的水樣，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差是1.5%～2.5%，相對誤差為6.0%～12.3%。

表2 精密度與準(zhǔn)確度

2.6 回收率測定結(jié)果

分別將5，40和80 μL濃度為6.16 mg/L的丙烯酰胺水溶液各加入到3種不同的100 mL水樣中，包括純水，即每個濃度加入至3個不同水樣中，同時每種水樣做1個平行。按照水樣的檢測步驟測定各水樣的丙烯酰胺濃度，同時檢測3個原始水樣做對照，經(jīng)試驗，此方法在0.3～5.0 μg/L的回收率約為85%～92%，結(jié)果如表3所示。

因為丙烯酰胺在室溫下易升華，易溶于水，在實驗操作過程中，丙烯酰胺標(biāo)液的揮發(fā)性會使操作環(huán)境被其污染，使平時從未檢測到的丙烯酰胺出現(xiàn)在純水和對照水樣中。因此，在配制水樣的同時一定要做純水空白，去除環(huán)境污染因素。

表3 丙烯酰胺回收率測定結(jié)果

3 結(jié)語

總結(jié)了應(yīng)用Agilent 7890A檢測水中丙烯酰胺含量的實際操作方法，在國標(biāo)方法的基礎(chǔ)上，對溴化衍生反應(yīng)和萃取步驟進行了改進和優(yōu)化，減少了試劑浪費，簡化了萃取步驟，并確定了利用DB-1MS色譜柱檢測2,3-二溴丙酰胺的儀器參數(shù)。經(jīng)驗證，該方法的檢出限、測定下限、精密度、準(zhǔn)確度等各頂指標(biāo)符合檢測要求，可以推廣應(yīng)用。