环境样品中丙烯酰胺分析方法的研究

吴建刚，黄秋瑾

（1.广东省环境监测中心，广东广州510308；2.广州源美国际化妆品有限公司，广东广州510520）

丙烯酰胺是一种水溶性极强的化合物，是生产聚丙烯酰胺的原料之一。聚丙烯酰胺被作为絮凝剂广泛应用于水净化、城市污水和工业废水处理、水管内壁涂层及造纸、化妆品等方面［1］。丙烯酰胺具有神经毒性、生殖毒性、致畸性和致癌性［2］，国际癌症研究机构（IARC）将其列为“可能致癌”的2A类物质之一［3］。饮用水是人体摄入丙烯酰胺的一种重要途径，世界卫生组织和我国饮用水标准将饮用水中丙烯酰胺的含量限定在0.5μg／L以内［4］；欧盟对饮用水中丙烯酰胺的含量限定更严格，不得高于0.1μg／L［5］；此外，我国国标还规定了工作场所中丙烯酰胺的含量不得超过0.3mg／m3［6］。因此，监测丙烯酰胺在环境中的含量具有重大意义。目前，文献对环境样品中丙烯酰胺分析的基体主要以空气和水样为主，本文旨在对此类样品中丙烯酰胺的分析方法进行综述。

1 样品预处理方法

通常仪器分析包括三个步骤：样品的采集与预处理，样品的分析，分析结果。样品处理是否有效将直接影响分析测定结果的准确性和可靠性。环境基体中丙烯酰胺的含量分析常存在含量低、基体干扰复杂等问题，因此绝大部分研究均对样品进行了预处理以获得较低的基体背景或较高的富集倍数来方便分析、监测。目前，环境样品中丙烯酰胺的分析文献，按照基体主要可分为空气和水样两大类。

目前空气样品的预处理方法主要依据国标方法，以水为吸收剂，将空气样品转换为水样来分析［7－8］。本文着重对水样中丙烯酰胺的预处理方法进行综述，主要有衍生法、固相萃取法和共蒸发法。

1.1 衍生法

衍生法主要通过化学反应改变被分析物的分子结构，使其在特定的仪器、方法中便于分析或获得较高的灵敏度。目前，对于环境样品丙烯酰胺的衍生方法有溴化衍生法和五氟苯基硫氰酸酯（PFPIITC）两种，其中以溴化衍生法使用最广泛，此方法也是国标和美国EPA8032A所规定的方法。

1.1.1 溴化衍生法

溴化衍生法［9］基本原理：在酸性条件下，丙烯酰胺与溴发生加成反应，生产2，3－二溴丙烯酰胺，经乙酸乙酯萃取、浓缩后，便可通过普通的GC－ECD进行分析获得较高的灵敏度，满足国标对饮用水中丙烯酰胺含量测定的要求。该方法对试验室设备要求不高，且能获得较高灵敏度，但非常耗时，操作复杂，并且溴易挥发，可能对人体及环境会造成危害。

1.1.2 PFPIITC衍生法

PFPIITC衍生法基于缬氨酸是一种较好的亲核试剂，具有较好的水溶性，将其与丙烯酰胺反应，然后将该反应产物与PFPITC再进行反应，获得具有较大的分子质量与较好质谱响应性能的衍生产物。该方法的优点在于样品用量少（仅1mL），且灵敏度较高（最低检出限为0.003μg／L），但也非常耗时，难以应用于大批量样品的快速分析。

1.2 固相萃取法［10］

固相萃取法是利用活性炭对水样中的丙烯酰胺进行吸附，使丙烯酰胺和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和富集的目的。

史箴等［11］将水样通过装有酸化过的活性炭小柱富集，甲醇洗脱，然后直接通过GC－FID测定，回收率较好（92%），但检出限较高（0.016mg／L），不能达到国标要求。张颖等［12］直接将酸化过的活性炭置于水样中，超声，洗脱，采用加压电色谱测定，获得了较高的灵敏度，但检出限仍然较高（5ng／mL），且回收率低（60%），故该方法难以达到国标规定的分析要求。王峰慧等［10］在前两者的基础上，进行了更详细的研究，将一定量酸化过的活性炭置于较大体积（1L）的样品中，超声萃取，然后经过GC－FID测定，获得了较好的重现性与灵敏度；同时将该方法与乙酸乙酯液萃取法、ODS－C18固相萃取小柱法进行了比较，发现活性炭更适合该分析。

此外，将含活性炭的固相萃取膜置于真空装置，活化，上样，洗脱，然后将洗脱液进行高效液相色谱（HPLC）分析，获得了较高的富集倍数与灵敏度［13］。

1.3 共蒸发法［6］

共蒸发法基于丙烯酰胺在加热条件下更容易挥发，能与水形成共沸物；在碱性条件下，其挥发更加迅速；而在酸性条件下，挥发则较慢。基于这一原理，将水样置于旋转蒸发仪中，以氨水调节水样的pH＝10，在真空度较低的情况下，加热旋转蒸馏（该步骤中排除了部分基体杂质的干扰），将馏分以甲酸调节样品的pH＝3重新蒸馏至近干状态，然后加入少量甲醇，溶解后即可通过高效液相色谱串联质谱测定（HPLC－MS／MS）。该方法获得了较好的灵敏度（检出限为0.02ng／mL），比较环保，但仍然耗时（每处理一个样品需要90min）。

2 分析方法

2.1 气相色谱及其联用技术法

采用气相色谱法应用于丙烯酰胺的分析主要基于丙烯酰胺及其衍生物（如2，3－二溴丙烯酰胺）具有一定的挥发性，某些特定的检测器（如：ECD）对其衍生物具有较高的灵敏度。目前，该类分析方法主要有GC－FID、GC－ECD、GC－MS及GC－MS／MS等。

2.1.1 GC－FID法

目前已有运用GC－FID直接对空气样品、水和废水样品的分析［7，10－11］。该方法不需对丙烯酰胺进行衍生化处理，简单，快速，对仪器的配置要求低。但由于FID检测器对于丙烯酰胺的响应不高，因此其灵敏度较差，通常采用该方法的检出限都较高，难以达到国标对限值的测定要求，但可达到国标工作场所中有毒物质的测定要求［7］。

2.1.2 GC－ECD法

该方法是国标［4］对饮用水中丙烯酰胺含量规定的测定方法，主要基于ECD对卤代有机物具有较高的灵敏度，目前应用于环境基体中丙烯酰胺的分析最为广泛［14－15］。此方法须对丙烯酰胺进行衍生化处理，使其变成2，3－二溴丙烯酰胺；其具有较高的灵敏度，对试验配置要求较低，方法容易普及，其最低检出限能满足国标要求，但预处理过程复杂。

2.1.3 GC－MS法与GC－MS／MS法

上文中提到GC－ECD法在测定溴化衍生化后的丙烯酰胺能获得较高的灵敏度，但其定性常通过保留时间来确定，分析中难免出现假阳性。质谱特别是串联质谱能提供较多分子结构信息，因此定性定量更加准确。许欢等［16］采用GC－MS法测定了水中经溴化衍生化之后的丙烯酰胺，获得了较高的灵敏度（检出限为0.03μg／L）与较好的回收率（平均回收率为86.0%～102.4%）。将GC－MS／MS运用于经过PFPTIC衍生化过的水样中的丙烯酰胺分析，灵敏度获得了进一步的提高，检出限低至0.003μg／L，比其他常规仪器报道的检出限低一个数量级。虽然GC－MS法和GC－MS／MS法对于丙烯酰胺的定性定量非常准确，但试验配置相对较高，价格相对较昂贵，难以广泛推广应用。

2.2 液相色谱及其联用技术法

2.2.1 HPLC－UV法

将HPLC－UV法应用于空气和水中丙烯酰胺分析的文献很多［17－18］。该方法仪器设备较简单，常规实验室即可配置，快速，不需复杂的预处理过程。其不足之处在于该方法的灵敏度不高，检出限难以满足国标对于水中丙烯酰胺分析测定的要求，不过可运用于工作场所中丙烯酰胺的测定要求。

2.2.2 HPLC－MS法与HPLC－MS／MS法

Cavalli等［3］将水样未经任何处理直接进入HPLC－MS分析系统，采用离子排斥液相色谱柱代替反相色谱柱，以使丙烯酰胺在色谱柱中能较好地保留；此外，采用离子排斥色谱柱能增大柱容量，从而可以接收大体积进样（进样体积达500μL），而获得较高的灵敏度（检出限为0.2μg／L）；但应用于欧盟规定的饮用水中丙烯酰胺的含量（低于0.1μg／mL）分析仍然有困难。José等［3］在前者的基础上，采用HPLC－MS／MS法联用技术，大气压离子化，大体积直接进样，获得了较好的灵敏度（检出限为0.03μg／L）。刘凌云等［22］也采用了直接进样，运用HPLC－MS／MS法分析了饮用水中的丙烯酰胺含量，获得了较满意的灵敏度（检出限为0.1μg／L）。采用HPLCMS法或HPLC－MS／MS法技术用于水中丙烯酰胺时，具有无需样品预处理、快速、灵敏度高、重现性好等优点。但直接进样应用于基体比较复杂的样品分析时较困难［4］，而且仪器配置较高，价格昂贵，广泛普及该方法可能有些困难。

2.3 电化学法

Abdul等［23］采用微分脉冲极谱法测定了水中丙烯酰胺的含量，他们发现以LiCl为电极，当氮气压力为0.5kg／cm2时，有四甲基碘化铵存在的条件下，丙烯酰胺有较好的特征峰出现。该方法具有简单，仪器设备要求低，快速以及能直接应用水中丙烯酰胺测定的优点，其不足之处在于灵敏度不高（检出限为27μg／mL）。

3 小结与展望

对于丙烯酰胺的分析，目前还是以气相色谱及其联用技术和液相色谱及其联用技术为主。GCECD法能较好地推广应用，灵敏度高，也能较好地满足国标对水中丙烯酰胺限定值的测定要求，但样品预处理过程复杂、耗时。气相色谱质谱以及串联质谱法也能提供较高的灵敏度，但需经过复杂的衍生化过程。液相色谱及其联用技术无需复杂的样品处理过程，甚至可以直接进样，但也仅限于基体干扰较小的样品分析；而且直接进样技术所需仪器设备配置较高，难以广泛推广。据此，笔者认为，开发能从环境基体中有效提取和富集低含量丙烯酰胺的研究具有重要意义；开发高效荧光衍生试剂，通过荧光衍生，采用简单设备（液相色谱荧光检测）分析以获得较低的检出限，也是一个重要的研究方向；此外，开发快速、高效、灵敏的在线分析法也是将来发展的趋势。

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