固相萃取-高效液相色谱法测定饮用水中的丙烯酰胺

固相萃取-高效液相色谱法测定饮用水中的丙烯酰胺
王晓波;宋帅帅;田立平;郑振魁;王立明
【摘要】建立了一种固相萃取-高效液相色谱法测定饮用水中的丙烯酰胺的方法。

采用0.45μm的乙酸纤维滤膜过滤水样，DiKMA Proelut AC小柱（500mg/6mL）富集，Waters Symmetry C18液相色谱柱（5.0μm×4.6mm×250mm），以水
和甲醇（体积比95：5）为流动相进行分离，以外标法定量分析。

该方法在
0.2μg/L到10.0μg/L 有良好线性范围0.9993，方法的最低检出限（MLD）为
0.02μg/L，加标回收率范围为82.6%～91.2%，该方法适用于饮用水中微量丙烯
酰胺的分析。

【期刊名称】《城镇供水》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】4页(P50-53)
【关键词】固相萃取;高效液相色谱;丙烯酰胺
【作者】王晓波;宋帅帅;田立平;郑振魁;王立明
【作者单位】潍坊市市政公用事业管理处，山东潍坊 261041;潍坊市市政公用事
业管理处，山东潍坊 261041;潍坊市市政公用事业管理处，山东潍坊 261041;潍
坊市市政公用事业管理处，山东潍坊 261041;潍坊市市政公用事业管理处，山东
潍坊 261041
【正文语种】中文
高分子聚丙烯酰胺(PAA)作为絮凝剂，被广泛用于水的净化，这些高聚物中含有一定量的丙烯酰胺（AA）单体[1]，丙烯酰胺是一种致癌物质[2]，已被国际癌症研究所（IARC）列为IIA 类致癌物，还能引起周围神经系统疾病（如对手臂和腿的周围神经系统的损伤），世界卫生组织（WHO）饮用水水质标准和我国新施行的饮用水卫生标准（GB 5749-2006）中均规定饮用水中的丙烯酰胺最高含量不得超过0.5μg/L[3～5]。

目前，国内外测定饮用水中丙烯酰胺的方法主要有丙烯酰胺的衍生化法液液萃取进行气相色谱测定，气-质联用法及液-质联用法，前者衍生的步骤操作繁琐，后者一般的实验室可能不具备相应的条件。

本文在实验室现有条件下，建立了一种较为简便、快捷的固相萃取-高效液相色谱测定饮用水中的丙烯酰胺的方法，该法有前处理简单、检测周期短、灵敏度高、重现性好等优点。

1.材料与方法
1.1 仪器与试剂
Waters Alliance高效液相色谱仪（配备Empower工作站、紫外检测器）；Millipore Advantage A10超纯水机；BESEP固相萃取装置（柱式）；Caliper TurboVapII氮吹浓缩仪；巴克BK-120B超声波清洗器
乙酸纤维滤膜（0.45μm）；J.T.Baker C18 500mg/6mL，DiKMA ProElut PLS 500mg/6mL,DiKMA Proelut AC 500mg/6mL；Rainin移液器。

浓度为1000μg/mL的丙烯酰胺甲醇标准溶液（农业部环境保护科研监测所）；超纯水；甲醇（色谱纯）。

1.2 液相色谱条件
Waters Symmetry C18色谱柱（5.0μm×4.6mm×250mm）；流动相为甲醇：水=5：95（体积比）；柱温：38℃；检测波长：200nm；进样量：5μL。

1.3 固相萃取条件
活化：甲醇3次每次3mL，纯水3次每次3mL，流速控制在0.5mL/min；
上样：将待处理样品加入小柱（流速控制在1mL/min）弃去流出液；
洗脱：甲醇洗脱3次每次3mL；
将萃取液经氮吹仪45℃缓慢通入氮气吹至1mL。

2.结果与讨论
2.1 前处理方法优化
2.1.1 滤膜过滤水样的影响
鉴于水样中存在的固体干扰物，需要用滤膜过滤水样后进样分析，对比使用滤膜过滤后分析以及不使用滤膜直接分析的测定结果，发现平均加标回收率、相对标准偏差相差不大，即滤膜对丙烯酰胺吸附较小，不影响测定的准确度。

分析前，水样须存放于4℃环境下避光保存，以防止水样中的痕量丙烯酰胺分解。

2.1.2 萃取盘与萃取柱的选择
固相萃取盘虽然能较快的完成萃取过程，但是由于填料多、表面积比较大，需要较多的洗脱剂和洗脱次数才能保证较低的损失和较高的回收率，所以必须要在萃取完成之后进行氮吹浓缩，这样才能达到样品检测之前的浓缩倍数要求，这也是一个较为漫长的过程，而且在浓缩的过程中，丙烯酰胺也会随着溶剂的挥发而损失。

而固相萃取小柱则不同，由于饮用水中的丙烯酰胺含量较低，固相萃取小柱的填料量少，洗脱时只需要少量的洗脱剂便可保证较低的损失和较高的回收率，所以萃取完成之后不需要浓缩，直接可以进行检测。

2.1.3 SPE小柱的选择
固相萃取技术的关键在于填料的选择，不同的填料对化合物的吸附性能不同.如表
1所示，由于丙烯酰胺属于强极性化合物，实验中常用的硅胶基质的C18固相萃
取填料对强极性化合物的吸附保留性很差，造成萃取过程中损失过大，回收率过低。

PLS兼具亲水基团（吡咯烷酮基团）和疏水基团（二乙烯基苯），具有亲水亲脂平
衡的特性，与C18相比，对强极性化合物有一定的吸附，但回收率不理想。

Proelut AC小柱拥有高的比表面积，更多的极性位点，这些特点使其更适合于从
水中萃取强极性物质丙烯酰胺。

各小柱加标回收实验结果见表1。

表1 固相萃取小柱选择实验结果固相萃取小柱回收率（%）1 2 3 平均值（%）
C18 3.4 5.8 7.2 5.5 PLS 35.5 29.0 27.8 30.8 Proelut AC 87.2 92.1 89.6 89.6
2.2 仪器条件的确定
2.2.1 流动相的选择
根据丙烯酰胺的溶解性和极性，初步选择0.1%（体积比）乙酸水溶液、水、甲醇和乙腈作为流动相进行流动相的优化实验。

在流速1.0mL/min，柱温38℃，检测波长200nm的条件下，比较了不同比例的甲醇-0.1%乙酸水溶液、甲醇-水、乙腈-水几种流动相，发现使用 0. 1%乙酸水溶液保留时间长，使用甲醇可改善峰形且
随着甲醇体积分数增大峰面积减小。

综合考虑，采用甲醇∶水=5∶ 95作为流动相时出峰时间适合，灵敏度高，峰形好，样品中的干扰物质能达到较好的分离效果，色谱图如图1所示。

图1 丙烯酰胺液相色谱图
2.2.2 检测波长的选择
以甲醇：水（5∶ 95）为流动相，流速为1.0mL/min，进样量为5μL，在波长为190～220 nm之间每隔5nm测定丙烯酰胺的峰面积，发现吸光度先增大后减小，在200nm和195nm处有最大吸收峰，200nm比195nm干扰峰信号有明显减小，而200nm处较195nm处峰面积减少不明显，综合考虑，确定200nm作为测定
丙烯酰胺的波长，如图2所示。

图2 丙烯酰胺在不同波长下的吸光度
2.2.3 流速的选择
分别采用流速为 0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL/min，柱温38℃，检测波长
200nm的条件下进行测定，在进样量均为5μL的条件下发现流速越小，丙烯酰胺峰保留时间越长，不利于大量样品的快速分析，当流速大于1.2mL/min时，丙烯酰胺和溶剂峰不能完全分离，当流速在0.8mL/min和1.0mL/min时，峰面积相
差不大，但是保留时间明显缩短，综合考虑，最终确定流速为1.0mL/min，此时
出峰时间为3.88分钟。

如表2所示。

表2 流速对保留时间和峰面积的影响流速（mL/min）丙烯酰胺保留时间（min）丙烯酰胺峰面积（UV.S）0.4 9.301 2871368 0.6 6.247 1916115 0.8 4.698 1283787 1.0 3.874 1149817 1.2 3.151 984975
2.2.4 进样量的选择
依次选择进样量为5、10、15、20μL，发现虽然进样量越多，峰面积越大，但是
色谱峰形也越来越差，拖尾现象越来越严重，且样品峰与前面干扰峰的分离也越来越差，综合考虑灵敏度及检出限，确定进样量为5μL。

2.2.5 柱温的选择
在流动相为甲醇：水=5∶ 95，流速为1.0mL/min，检测波长为200nm的条件下，进样5 L，在25～45℃范围内改变柱温，发现随着温度的升高，保留时间越来越短，峰面积变化幅度不大，但柱温在25℃和45℃时，丙烯酰胺峰和溶剂峰不能完全分离，考虑色谱柱的承受能力、使用寿命及利于大量样品的快速分析，最终选择柱温为38℃。

2.3 方法的检出限，精密度和回收率
2.3.1 标准曲线及检出限
在丙烯酰胺含量为0.2～10.0mg/L范围内，峰面积与质量浓度之间有良好的线性
关系，回归方程为y=33400x+3090，相关系数r为0.9993。

进空白样，以信噪比(S/N)为2～3时测得仪器的检出限为0.02mg/L，按取
1000mL水样萃取浓缩至1.0mL计算，本方法的检出限为0.02μg/L。

表3 精密度测试数据（n=6）项目名称浓度（μg/L）峰面积（UV.S） RSD（%）1 2 3 4 5 6 0.2 34977 37671 37624 35306 35818 37582 3.5 1.0 49056 47586 49390 49388 48006 49266 1.6 10.0 643010 644957 647435 646681 644977 651692 0.5丙烯酰胺
表4 水样加标回收试验加标量ug/L 加标测定量ug/L 回收率%0.5 0.422 84.4 0.413 82.6 0.436 87.2 2.0 1.823 91.2 1.784 89.2 1.747 87.4
2.3.2 精密度
固定优化的实验条件，配置0.2、1.0、10.0mg/L，3种不同浓度的丙烯酰胺标准
溶液，按样品处理方法处理后进行测定，每个标准溶液测定6次，取平均值计算RSD在0.5%～3.5%范围内，结果见表3。

2.3.3 回收率
经上述仪器方法优化和前处理方法优化，最终的选择DiKMA Proelut AC
500mg/6mL活性炭小柱，经甲醇、纯水活化，上样1000mL，甲醇洗脱浓缩至
1mL由液相色谱仪进行检测，色谱条件为流动相甲醇和水（体积比5：95）、柱
温38℃、检测波长200nm、流速1mL/min，进样量5uL。

对3个水样进行加标回收率试验，水样加标浓度分别为0.5ug/L和2.0ug/L，结果见表4。

3.结论
采用固相萃取-液相色谱法测定水中的丙烯酰胺，具有较高的精密度和准确度，该
方法具有灵敏度高、重现性好的特点，结果表明该方法适合于饮用水中丙烯酰胺项目的测定。

参考文献：
[1] 黄君礼.丙烯酰胺的毒性及其分析方法[J].环境科学丛刊，12（4）：37～43
[2] 翁晓姚，周雅珍.聚丙烯酰胺在净水厂中的应用研究[J].净水技术，2005，24
（5）：60～62
[3] 生活饮用水标准检验方法. 中华人民共和国国家标准.GB/T 5750.9-2006：5
[4] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化管理委员会.GB5749-2006 中华人民共和国国家标准-生活饮用水卫生标准.中国标准出版社，2006
[5] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化管理委员会.GB5749-2006 中华人民共和国国家标准-生活饮用水卫生标准-生活饮用水标准检验方法.中国标准出版社，2007
[6] 陈玲，陈皓.固相萃取-高效液相色谱联用分析水中的痕量丙烯酰胺[J].色谱，2003,21（5）：534。