气相色谱法测定水中丙烯酰胺的方法研究

姜建彪，常 青，罗 毅，李治国

(石家庄市环境监测中心，河北石家庄 050022)

气相色谱法测定水中丙烯酰胺的方法研究

姜建彪，常 青，罗 毅，李治国

(石家庄市环境监测中心，河北石家庄 050022)

建立了溴化衍生-液液萃取-气相色谱法，以检测水中的丙烯酰胺。通过对衍生化有影响的硫酸加入量、反应时间、溴的来源等进行优化，发现在硫酸的加入量为5.0 mL、反应时间为30 min时可达到良好的效果，方法的最低检出限为0.02 μg/L，回收率为98%～100%，精密度不高于9.9%。该方法灵敏度高、重现性好、定量准确，适用于水中丙烯酰胺的测定。

水体环境学；丙烯酰胺；衍生化；气相色谱法；水

丙烯酰胺属中等毒性化合物，是生产化工产品聚丙烯酰胺的原料[1]。聚丙烯酰胺通常用于水的净化处理及用作石油开采中的驱油剂等，残存的丙烯酰胺易导致水体污染[2-3]，长期接触低浓度的丙烯酰胺可引起慢性中毒，例如可引起哺乳动物体细胞和生殖细胞的基因突变和染色体异常[1,4]。国际癌症研究机构将丙烯酰胺列为Ⅱ类致癌物。饮用水是人类摄入丙烯酰胺的一条重要途径，世界卫生组织规定饮用水中丙烯酰胺的最高限量不得超过1 μg/L[1]，而中国要求的限量更低，规定饮用水及地表水源地的标准限值不得超过0.5 μg /L[5-6]。

由于丙烯酰胺溶于水，因此需要对样品进行前处理再测定。在已有的文献中，丙烯酰胺的前处理方法有直接进样法[7]、固相萃取法[8-11]和衍生化法。丙烯酰胺的检测方法主要有气相色谱法[1,12-13]、气相色谱-质谱法[14]、高效液相色谱法[8-11,15]、液相色谱-质谱法[7,16]和紫外分光光度法[17]等。

溴化衍生-液液萃取-气相色谱法对仪器的要求不高，具有良好的适用性，同时具有较高的灵敏度、精密度和准确性，故本文采用溴化衍生-液液萃取-气相色谱法对丙烯酰胺进行检测，通过试验确定最佳的反应时间和硫酸加入量。

1 实验过程

1.1 仪器与试剂

仪器：气相色谱仪(带电子捕获检测器)；色谱柱：HP-5毛细管柱(30 m×320 μm×0.25 μm)。

载气：氮气，纯度为99.999%。

标准样品：丙烯酰胺标准溶液(质量浓度为100 μg/mL)。

试剂：乙酸乙酯、溴化钾、硫代硫酸钠、无水硫酸钠、硫酸溶液(浓度为3 mol/L)、溴酸钾溶液(浓度为0.1 mol/L)。

1.2 方法原理

丙烯酰胺易溶于水，不适合用有机溶剂直接提取。需要将丙烯酰胺转化为α，β-二溴丙酰胺，然后萃取进行测定。在酸性条件下，丙烯酰胺与由溴化钾和溴酸钾反应生成的溴发生加成反应，生成α，β-二溴丙酰胺。用乙酸乙酯萃取α，β-二溴丙酰胺，萃取液经干燥、浓缩、定容后，用带有电子捕获检测器的气相色谱仪，通过测定α，β-二溴丙酰胺来计算水中丙烯酰胺的含量。

由于水样中可能含有α，β-二溴丙酰胺，所以需要用乙酸乙酯直接萃取水样，测定其中可能含有的α，β-二溴丙酰胺的含量。

衍生化之前和衍生化之后水样的测定结果之差即为由水样中丙烯酰胺衍生化而来的α，β-二溴丙酰胺量，根据工作曲线即可计算出水样中含有的丙烯酰胺含量。

1.3 色谱条件

载气流速：2.5 mL/min；尾吹：60 mL/min。

气化室温度为270 ℃，检测器温度为300 ℃，程序升温100 ℃、保留1.0 min，以15 ℃/ min升至180 ℃，保留5.0 min，再以50 ℃/ min升至240 ℃，保留7.0 min，分流比为10∶1。

1.4 样品采集

用棕色玻璃瓶采集样品，采样时不留顶上空间和气泡。采集完成后要及时分析，否则应于4 ℃存放。溴化衍生萃取后样品保存时间可延长，但由于采用外标法定量，故有机相应密闭低温保存，避免溶剂挥发带来定量误差。

1.5 样品前处理

1)溴化：量取100 mL水样，加入5.0 mL硫酸溶液，混匀，在2 ℃放置30 min。加入15.0 g溴化钾，溶解后加入10 mL溴酸钾溶液(0.1 mol/L)混匀，2 ℃下放置30 min。逐滴加入硫代硫酸钠溶液(1 mol/L)，直至溶液变成无色为止。搅拌下缓慢加入30 g无水硫酸钠，待完全溶解后，静置10 min。

2)萃取、浓缩：加入25 mL乙酸乙酯，为了萃取充分，需要重复萃取1次。将两次萃取液合并，使用氮吹仪将萃取液浓缩至1 mL进行测定。

3)原水样中α，β-二溴丙酰胺萃取：另取100 mL同样的水样，直接用乙酸乙酯进行萃取，然后浓缩、定容，进行测定。

2 结果与分析

2.1 前处理方法的优化

2.1.1 硫酸加入量及反应时间的确定

用丙烯酰胺的标准溶液，配制质量浓度为200 μg/L的水溶液，加入KBr和KBrO3,分别加入2.5，5.0，7.5 mL的硫酸，然后按照1.5的处理方法进行处理，测定萃取液中α，β-二溴丙酰胺的响应，比较反应10，20，30，40，50 min后的试验结果。对比结果见图1。

图1 硫酸对反应的影响Fig.1 Effect of H2SO4 on the reaction

由图1可知，随着硫酸加入量的增加，响应逐渐变大；随着时间的增长，响应逐渐变大。当硫酸加入量分别为7.5 mL和5.0 mL时，反应30 min后两者的响应趋于一致，且30 min后响应不再明显增大。这说明当硫酸加入量为5.0 mL时，放置30 min后反应已经较完全。考虑试剂成本和环保的要求以及工作效率的原因，最终确定硫酸的加入量为5.0 mL，反应时间为30 min。

2.1.2 过量溴的去除

为了使溴代衍生化反应进行得完全，在溴代衍生化中溴是过量的。在溴代衍生化后，溶液中还存在多余的溴，溶液呈黄色。为了除去多余的溴，需要用硫代硫酸钠与多余的溴反应。实验证明，随着硫代硫酸钠的加入，多余的溴被还原，溶液逐渐变为无色。试验表明，当溶液恰好变为无色时，回收率最高。当加入过量硫代硫酸钠时，回收率下降。所以在加入硫代硫酸钠时，需要逐滴加入，不要过量。

2.1.3 溴的来源

溴化加成方法有2种: 直接加溴水和利用KBr与KBrO3反应生成溴参与反应。在比较2种反应时发现直接加溴水反应效率不高，而通过KBr与KBrO3反应得到的新生溴反应效率较高，所以选择用KBr与KBrO3反应产生的新生溴进行衍生化。

2.2 标准曲线和检出限

标准曲线：取5个250 mL的碘量瓶，各加入100 mL纯水，分别加入0.5，1.0，2.5，5.0，12.5 μL的丙烯酰胺标准溶液，配成丙烯酰胺质量浓度分别为0.5，1.0，2.5，5.0，12.5 μg/L的水溶液。按1.5的方法进行处理，萃取液经浓缩、定容后，进行气相分析。以丙烯酰胺质量浓度和色谱峰的响应作线性回归，得到如下的工作曲线：y=23 012x-8 293，相关系数为0.998 5，线性较好。

检出限：配制100mL质量浓度为0.1μg/L的加标样品，重复测定7次，计算方法检出限为0.02μg/L。

2.3 方法精密度和准确度

在100mL纯水中配制高、中、低3个浓度点的丙烯酰胺水溶液，质量浓度为1.0，5.0，12.5μg/L，每个浓度处理6份，经计算得到的精密度和回收率见表1。

表1 丙烯酰胺的精密度和回收率结果

注：ND表示未检出。

从表1中可以看出，当样品中丙烯酰胺的质量浓度为1.0，5.0，12.5 μg/L时，精密度在2.3%～9.9%之间，精密度良好。回收率在98%～100%之间，准确度较高。

2.4 色谱图

丙烯酰胺经衍生化后，生成α，β-二溴丙酰胺。本文采用毛细管柱进行分离，分离度与峰形都较好。α，β-二溴丙酰胺的气相色谱图见图2。

图2 α,β-二溴丙酰胺的谱图Fig.2 Chromatogram of α,β-dibromopropionamide

2.5 结果计算

根据工作曲线，按照式(1)计算得到样品中丙烯酰胺的含量：

(1)

式中：σ为样品中丙烯酰胺的含量，μg/L；σ1为根据工作曲线算得的衍生化后浓缩液中丙烯酰胺的含量，μg/L；σ2为根据工作曲线算得的衍生化前浓缩液中丙烯酰胺的含量，μg/L；V1为水样的体积，mL；V2为浓缩液的体积，mL。

3 结 论

1)硫酸的加入量控制在5.0 mL，反应时间为30 min时，可达到良好的效果。

2)加入硫代硫酸钠时需逐滴加入，不要过量。

3)直接加溴法反应效率低，反应中可用溴化钾和溴酸钾反应生成的新生溴。

4)因乙酸乙酯少量溶于水，为了获得最大萃取效果，试验采用加入过量无水硫酸钠以降低乙酸乙酯在水中的溶解度。

采用新生溴将水中丙烯酰胺转化为α，β-二溴丙酰胺，然后用乙酸乙酯萃取，萃取液进入气相色谱仪以分析测定水中丙烯酰胺。本方法定性、定量准确，测定灵敏度高，经试验证明能满足水质监测的要求。

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Study of determination method for acrylamide in water by GC

JIANG Jianbiao, CHANG Qing, LUO Yi, LI Zhiguo

(Shijiazhuang Environmental Monitoring Centre, Shijiazhuang, Hebei 050022, China)

In order to detect acrylamide in water, a method for the extraction of bromide by liquid-liquid extraction and gas chromatography is established. The addition of sulfuric acid, reaction time and the source of bromine which may influence the extraction of bromide are optimized. It is found that when the addition amount of sulfuric acid is 5.0 mL and the reaction time is 30 min, the effect is better. The limit of detection is 0.02 μg/L, the average recovery is 98%～100%, and the relative standard deviations of acrylamide is less than 9.9%. The method is sensitive, repeatable and accurate for acrylamide determination in water samples．

water environment science; acrylamide; derivatization; gas chromatography; water

1008-1534(2017)01-0071-04

2016-10-10;

2016-11-25；责任编辑：冯 民

河北省科技计划重点项目(15273604D)

姜建彪(1980—)，男，河北泊头人，工程师，主要从事环境监测方面的研究。

E-mail: kdjjb@126.com

X83

A

10.7535/hbgykj.2017yx01013

姜建彪，常 青，罗 毅，等.气相色谱法测定水中丙烯酰胺的方法研究[J].河北工业科技,2017,34(1):71-74. JIANG Jianbiao, CHANG Qing, LUO Yi, et al.Study of determination method for acrylamide in water by GC[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2017,34(1):71-74.