气相色谱法检测水中丙烯酰胺含量的研究

王激扬， 李常虹

(沈阳水务集团水质检验中心，辽宁沈阳110003)

丙烯酰胺是一种白色晶体物质，易溶于水、乙醇等，遇热稳定，室温下可升华，易聚合和共聚，具有潜在的神经毒性、遗传毒性和致癌性。世界卫生组织(WHO)限制其含有量不得超过1 μg/L； 联合国粮农组织和世界卫生组织下的食品添加剂联合专家委员会(JECFA)认为人类的平均摄入量大致为1 μg/(kg·d)。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中丙烯酰胺的限值为0.5 μg/L[1]，其中采用气相色谱法检测水中的丙烯酰胺的方法，因出台时间早，已不适于在实际工作中应用。随着时间的推移，市场上的气相色谱仪和试剂都有较大地改进，相应的检测方法亦有改进完善的空间。笔者综合生产实践和相关资料，对样品溴化衍生萃取前处理及Agilent 7890A气相色谱仪的仪器参数进行了优化，对水中丙烯酰胺实现了灵敏度高、稳定性好的检测。

1 实验部分

1.1 检测原理

在pH值为1～2的条件下，丙烯酰胺与新生溴加成反应，生成α-β-二溴丙酰胺，用乙酸乙酯萃取，以气相色谱法测定。反应方程式如下：

1.2 试剂

丙烯酰胺(CH2CHCONH2)，>99.9%，国家标准物质。

丙烯酰胺标准水溶液：精确称取3.08 mg丙烯酰胺，500 mL纯水定容，制成6.16 mg/L的丙烯酰胺储备溶液，4 ℃避光保存，使用时稀释成6.16 μg/L的标准工作水溶液。

乙酸乙酯为色谱纯试剂，纯水为纯水设备制备的超纯水。

其它试剂均为分析纯试剂，包括硫酸溶液(1+9)、溴化钾、溴酸钾溶液[c(1/6KBrO3)=0.1 mol/L]、饱和亚硫酸钠溶液和无水硫酸钠。

2,3-二溴丙酰胺(2,3-DBPA)，0.1 mg/mL。

1.3 仪器与条件

Agilent 7890A气相色谱仪，配置G4513A液体自动进样装置；电子捕获检测器(ECD)；色谱柱：DB-1MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；色谱数据处理工作站。

进样量：2 μL，分流比为5∶1；载气：氮气(99.999%)，流速为1.0 mL/min。

进样口温度：230 ℃；柱温：100 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升温至180 ℃，保持3 min，再以20 ℃/min升温至240 ℃，保持1 min；检测器温度：280 ℃；尾吹气：61 mL/min。

1.4 样品的采集

用棕色螺纹口玻璃瓶采集样品，采样时不留顶上空间和气泡，4 ℃下保存，尽快分析。溴化衍生后，用乙酸乙酯萃取后的有机相需密闭低温(2～5 ℃)封存，可保存7 d。

1.5 样品的处理

取100 mL水样置于250 mL碘量瓶中，加入6.0 mL 1+9硫酸溶液混匀，置于4 ℃冰箱中30 min。取出碘量瓶，加入5 g溴化钾，溶解后加入10 mL 0.1 mol/L溴酸钾溶液并混匀，于冰箱中静置30 min。取出试样，加入2.0 mL饱和无水亚硫酸钠溶液，移入250 mL分液漏斗中，用20 mL乙酸乙酯萃取，振摇2 min, 静置10 min, 将萃取液置于50 mL小烧杯中，加入15 g无水硫酸钠脱水30 min，取1 mL入仪器专用样品瓶，待测。

同时用纯水按水样操作，做空白。

2 结果与讨论

2.1 溴化衍生反应的条件

丙烯酰胺易溶于水，不能用有机溶剂直接萃取，需通过加溴生成衍生物2,3-二溴丙酰胺后，再用乙酸乙酯进行萃取测定。国标中的方法年代较久，水样前处理中使用的试剂和用量、操作步骤等都有改进的空间。

2.1.1溴化钾的添加量

国标方法中100 mL水样的溴化钾添加量是15 g，溴酸钾的添加量是0.001 mol，而从反应方程式计算，0.595 g溴化钾就能达到反应要求：

为了使反应完全及加快反应时间，可以适当增大溴化钾的添加量。因此，调节溴化钾的剂量，观察样品测定结果。试验发现加入2～5 g溴化钾，也不会影响丙烯酰胺的溴化加成反应。

2.1.2除溴所用还原剂的选择

国标方法中除溴是采用硫代硫酸钠作为还原剂，缺点在于它能与反应底物产生六环硫等高分子化合物[2]，使其在ECD上有若干很大响应的杂质峰，会造成基线漂移，延长分析时间；此外还会产生乳化现象，影响萃取分离。用无水亚硫酸钠除溴可避免上述缺点，反应产物简单，杂峰少且ECD响应值低。经试验，加入2～3 mL饱和无水亚硫酸钠除溴较为适宜。

2.2 样品浓缩倍数的选择

国标方法中将水样经溴化衍生，再用25 mL乙酸乙酯萃取后，还需入KD浓缩器浓缩至1.0 mL，浓缩倍数是100倍。经试验得出，直接用20 mL乙酸乙酯进行萃取后的有机相进行检测，就可达到测定下限低于国家标准的检测要求。样品浓缩倍数是5倍，简化了检测步骤并减少了人工操作造成误差的机率。

2.3 标准工作曲线

取6.16 μg/L丙烯酰胺标准工作水溶液100 mL，加入250 mL碘量瓶。按照水样检测步骤进行溴化、萃取，5倍浓缩预处理后，所得有机相即为100 μg/L 2,3-二溴丙酰胺的标准使用液。水样中丙烯酰胺含量=2,3-二溴丙酰胺含量×0.308÷浓缩倍数。

再取不同体积标准使用液，用乙酸乙酯定容至1.0 mL，混匀，配制成工作曲线系列，上机检测，2,3-二溴丙酰胺的出峰保留时间是7.13 min，见图1。

图1 2,3-二溴丙酰胺标准色谱

拟合得到标准工作曲线y=218.17x-42.96，相关性系数R=0.9984。

2.4 检出限与测定下限

以产生仪器信噪比2～5倍响应值所对应的2个低浓度水样，按检测步骤各进行重复7次平行测定，计算组合标准差等，结果见表1。计算得到组合标准差为0.0483 μg/L，检出限为0.0143 μg/L，测定下限为0.179 μg/L。

表1 方法检出限和测定下限 μg·L-1

根据相关统计学公式(MDL=t(6,0.99)×S)计算得到，此方法检测水中丙烯酰胺的检出限是0.0143 μg/L，测定下限为0.179 μg/L，满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中丙烯酰胺限值0.5 μg/L的检测要求。

2.5 方法精密度与准确度

用2,3-二溴丙酰胺配制20.0，50.0和100.0 μg/L的2,3-二溴丙酰胺内控标准样品，分别相当于丙烯酰胺标准水溶液1.23，3.08和6.16 μg/L。各做6个平行，重复6次测定，计算方法的精密度和准确度。因为是纯标液，2,3-二溴丙酰胺(t=7.13 min)色谱峰后无较多响应值高的杂质峰，见图2。

实验结果见表2，采用该方法测定丙烯酰胺含量为1～10 μg/L的水样，相对标准偏差是1.5%～2.5%，相对误差为6.0%～12.3%。

表2 精密度与准确度

2.6 回收率测定结果

分别将5，40和80 μL浓度为6.16 mg/L的丙烯酰胺水溶液各加入到3种不同的100 mL水样中，包括纯水，即每个浓度加入至3个不同水样中，同时每种水样做1个平行。按照水样的检测步骤测定各水样的丙烯酰胺浓度，同时检测3个原始水样做对照，经试验，此方法在0.3～5.0 μg/L的回收率约为85%～92%，结果如表3所示。

因为丙烯酰胺在室温下易升华，易溶于水，在实验操作过程中，丙烯酰胺标液的挥发性会使操作环境被其污染，使平时从未检测到的丙烯酰胺出现在纯水和对照水样中。因此，在配制水样的同时一定要做纯水空白，去除环境污染因素。

表3 丙烯酰胺回收率测定结果

3 结语

总结了应用Agilent 7890A检测水中丙烯酰胺含量的实际操作方法，在国标方法的基础上，对溴化衍生反应和萃取步骤进行了改进和优化，减少了试剂浪费，简化了萃取步骤，并确定了利用DB-1MS色谱柱检测2,3-二溴丙酰胺的仪器参数。经验证，该方法的检出限、测定下限、精密度、准确度等各顶指标符合检测要求，可以推广应用。