活性炭萃取-高效液相色譜法測定水中丙烯酰胺

黃建飛，方 羽，古 佩，張華靜，常 艷，張文飛

(1.湖北省生態環境廳荊門生態環境監測中心，湖北 荊門 448000；2.湖北省沙洋生態環境監測站，湖北 沙洋 448200；3.湖北省荊門市核與輻射和固體廢物環境安全防護技術中心，湖北 荊門 448000)

1 引言

聚丙烯酰胺是一種水溶性高分子聚合物，主要用作水凈化的絮凝劑，丙烯酰胺是其單體。雖然聚丙烯酰胺是無毒的，但丙烯酰胺已被國家癌癥中心(IARC)列為Ⅳ類致癌物，其具有神經毒性、生殖和發育毒性，可導致遺傳物質的改變和癌癥的發生[1]。《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)[2]和《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)[3]中均規定丙烯酰胺的限值為0.0005 mg/L。

目前檢測丙烯酰胺的方法主要有氣相色譜法[4，5]、高效液相色譜-質譜聯用法[6～8]、高效液相色譜法[9～11]。《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)和《水質 丙烯酰胺的測定 氣相色譜法》(HJ 697-2014)均是采用新生溴加成衍生-氣相色譜法來分析。由于丙烯酰胺的水溶性較高，液液萃取回收率低，分析中需將丙烯酰胺與新生溴加成，生成α,β-二溴丙酰胺，用乙酸乙酯多次萃取后，凈化濃縮，由ECD檢測器分析。根據分析步驟，單個樣品分析下來都在5 h左右，乙酸乙酯用量在100 mL左右，衍生化效率、萃取效率 、試劑和溶劑污染等問題都較多。高效液相色譜-質譜聯用法雖然步驟簡單，檢出限低，但儀器成本高。高效液相色譜法雖然也有不少相關研究，但多采用商品化的活性炭固相萃取柱進行處理，并未對活性炭的粒徑、填裝量等進行優化，且有些最低檢出濃度不能滿足地表水和飲用水的標準限值要求。本文選用自制活性炭對丙烯酰胺進行富集，用甲醇洗脫，二極管陣列檢測器進行分析，成本低，方法簡單，并且具有很好的檢測效果。

2 實驗部分

2.1 儀器、試劑及材料

高效液相色譜儀，二極管陣列檢測器(島津LC-20A)；固相萃取儀(Agela SPE-24)；旋轉蒸發儀(IKA RV10)；ODS-SP色譜柱 (4.6 mm×250 mm，5 μm)；20目、60目、80目、100目尼龍篩。

甲醇中丙烯酰胺(1000 mg/L)；色譜純甲醇；色譜純二氯甲烷；色譜純丙酮；活性炭；C18固相萃取柱(500 mg，6 mL)；HLB固相萃取柱(1000 mg，6 mL)；MCX固相萃取柱(500 mg，6 mL)；固相萃取空柱(6 mL)及篩板；0.45 μm PTFE微孔濾頭；5 mL注射器；超純水。

2.2 樣品的采集與保存

樣品采集于棕色玻璃瓶中。采樣前用待測水樣將樣品瓶清洗兩次。水樣充滿樣品瓶加蓋密封，4 ℃低溫保存。

2.3 樣品前處理

取水樣100 mL，用活性炭固相萃取柱萃取。萃取條件：先用5 mL甲醇，5 mL水對活性炭固相萃取柱活化，再用5 mL水浸泡活性炭固相萃取柱10 min，抽取100 mL樣品過柱富集，干抽30 min除水，用10 mL甲醇洗脫，經0.45 μm PTFE微孔濾頭過濾，用旋轉蒸發儀濃縮至1.0 mL，待測。

2.4 儀器條件

柱溫40 ℃；流速0.8 mL/min；流動相：甲醇/水=20/80；色譜柱為ODS-SP 柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)；波長190～300 nm。

2.5 樣品測定

取20 μL待測試樣注入高效液相色譜儀，以保留時間定性，峰面積定量。

3 結果與結論

3.1 固相萃取條件的優化

3.1.1 固相萃取柱類型的優化

分別取C18固相萃取柱(500 mg，6 mL)、HLB固相萃取柱(1000 mg，6 mL)、MCX固相萃取柱(500 mg，6 mL)和500 mg活性炭(大于100目)固相萃取柱富集加標水樣(加標量10 μg)，用10 mL二氯甲烷和10 mL甲醇分別洗脫，經0.45 μm PTFE微孔濾頭過濾，測定回收率，由測定結果看，活性炭固相萃取柱用甲醇洗脫回收率為90.1%，其余3種萃取柱分別用甲醇和二氯甲烷洗脫，回收率均小于1%，因此選擇活性炭固相萃取柱進行前處理。

3.1.2 洗脫液類型的優化

用填裝有500 mg活性炭(大于100目)的固相萃取柱富集加標水樣(加標量10 μg)，分別用10 mL二氯甲烷，10 mL丙酮，10 mL甲醇洗脫，經0.45 μmPTFE微孔濾頭過濾，測定回收率，由測定結果看，二氯甲烷回收率小于1%，丙酮為60.2%，甲醇為90.1%，因此選擇甲醇作為洗脫液。

3.1.3 活性炭粒徑的優化

用尼龍篩將活性炭篩分為20～60目、60～80目、80～100目、大于100目的不同規格，各取500 mg填裝到空柱中，分別富集加標水樣(加標量10 μg)，用10 mL甲醇洗脫，經0.45 μm PTFE微孔濾頭過濾，測定回收率，測定結果分別為42.9%、75.2%、77.9%、84.0%，可見活性炭粒徑越小，回收率越高，選擇大于100目的活性炭進行萃取柱的填裝。

3.1.4 活性炭填裝量的優化

分別稱取大于100目的活性炭0.2 g、0.4 g、0.6 g、0.8 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g，填裝到萃取柱中，分別富集加標水樣(加標量10 μg)，用10 mL甲醇洗脫測定回收率，由分析結果看，當填裝量在0.2 g至1.0 g之間，對10 ug的丙烯酰胺均有著良好的回收率，當填裝量大于1.0 g后，回收率降低，可能原因是10 mL的甲醇洗脫液不能將1.0 g以上的活性炭洗脫完全。為了保證萃取柱有足夠的吸附容量和良好的洗脫效率，選擇活性炭填裝量為0.6 g。分析結果見圖1。

圖1 活性炭填裝量對回收率的影響

3.1.5 洗脫液用量的優化

填裝大于100目的活性炭0.6 g于空萃取柱中，富集加標水樣(加標量10 μg)，分別用4 mL、5 mL、6 mL、8 mL、10 mL、12 mL、14 mL甲醇進行洗脫，經0.45 μm PTFE微孔濾頭過濾，測定回收率，由測定結果看，當甲醇量小于8 mL時，回收率較低，當甲醇量大于8 mL時，回收率較高且趨于穩定，因此當活性炭填裝量為0.6 g時洗脫液體積選擇10 mL。分析結果見圖2。

圖2 洗脫液量對回收率的影響

3.2 儀器分析條件優化

3.2.1 波長的優化

將波長從191 nm逐漸增加到210 nm，丙烯酰胺響應值先增大，再減少，在202 nm處峰面積最大，確定以202 nm作為測定丙烯酰胺的波長。分析結果見圖3。

圖3 丙烯酰胺在不同波長時的響應值

3.2.2 流動相的優化

流動相為甲醇/水溶液，當甲醇/水溶液比例大于50/50時，甲醇中有吸收峰與丙烯酰胺峰相互干擾，當甲醇/水溶液比例為20/80時，甲醇中的吸收峰與丙烯酰胺峰有很好的分離度，因此流動相選擇甲醇/水=20/80。譜圖見圖4。

圖4 不同比例流動相的出峰譜圖比較

3.3 方法性能指標

3.3.1 標準曲線

取一定量甲醇中丙烯酰胺標準溶液，用甲醇稀釋配制為0.1 mg/L，0.5 mg/L，1.0 mg/L，5.0 mg/L，10.0 mg/L，20.0 mg/L的標準曲線，進樣量為20 μL，其標準曲線方程為y=266266x+2684，回歸系數0.9999。

3.3.2 方法檢出限及測定下限

將7份加標濃度為0.0002 mg/L的水樣100 mL，分別用填裝有0.6 g活性炭(大于100目)的固相萃取柱萃取，再用10 mL甲醇洗脫，經0.45 μm PTFE微孔濾頭過濾，用旋轉蒸發儀濃縮定容至1 mL，取20 μL進樣分析，按《環境監測 分析方法標準制修訂技術導則》(HJ 168-2010)附錄A要求計算方法檢出限(MDL)，以4倍檢出限為測定下限，結果見表1。

表1 丙烯酰胺的方法檢出限、測定下限

3.3.3 方法精密度和準確度

精密度和回收率采用實際樣品加標的方法測定，實際樣品為湖庫飲用水樣源樣品，分取多份100 mL樣品，分別制成低、中、高(1.0 μg/L、10 μg/L、100 μg/L)三種濃度的加標樣品，每種濃度6份，分別按上述步驟進行分析，實際樣品未檢出丙烯酰胺，加標樣品的精密度及回收率結果見表2。

表2 丙烯酰胺的精密度與回收率

4 結論

建立了自制活性炭固相萃取-高效液相色譜(HPLC)法測定水中丙烯酰胺的方法。經優化后的條件為：活性炭粒徑為100目以上，填裝量為0.6 g，洗脫液為10 mL甲醇，測試波長為202 nm，流動相為20/80的甲醇/水溶液。采用優化后的方法進行前處理和分析測試，操作簡單，成本低，靈敏度高，準確度高，相對于傳統的溴加成衍生化法，可以減少80%的溶劑用量，減少60%的分析時間。