福州市环境监测站 林现水
气相色谱法测定水中丙烯酰胺
福州市环境监测站 林现水
通过KBr-KBrO3在强酸中生成的溴与丙烯酰胺的烯键加成,将丙烯酰胺反应成稳定的α,β-二溴丙酰胺,通过气相色谱法测出α,β-二溴丙酰胺(2,3-DBPA)的浓度,再算出丙烯酰胺在水中的浓度。结果:进行7次平行精度试验,相对标准偏差为3.66% ,检出限为0.0069μg/L。通过三次实验,加标回收率为 85.54% ~92.37 %,相对标准偏差为3.84%。本气相色谱法具有简便、快速、准确、检出限低等优点,适合水中丙烯酰胺的分析测定。
丙烯酰胺 气相色谱 α,β-二溴丙酰胺
丙烯酰胺(Acrylamide) 是合成聚丙烯酰胺的原料,中等毒性,在生物体内会蓄积,长期低浓度接触可引起慢性中毒,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,国际癌症研究机构(IARC)已将丙烯酰胺列为2类致癌物。除油炸食品外,饮用水是人体摄入丙烯酰胺的一种重要途径,为此,WHO将水中丙烯酰胺的含量限定为1μg/L,我国对饮用水及饮用水源地的水质标准限量为0.5μg /L[1-2]。
丙烯酰胺在稀酸性溶液中稳定,但在碱性条件下易分解,在光照和受热条件下易聚合。其分子CH2=CH-CO-NH2中有三个特征官能团:碳—碳不饱和双键,即烯键、羰基和氨基,分析方法大多从这些官能团考虑。本文通过溴化钾—溴酸钾在强酸中生成的溴与丙烯酰胺的烯键加成,将丙烯酰胺反应成稳定的α,β-二溴丙酰胺,利用电子捕获检测器检测出α,β-二溴丙酰胺(2,3-DBPA)的浓度,根据1mol丙烯酰胺与1mol 2,3-二溴丙酰胺的质量比为0.308,算出丙烯酰胺的浓度。本方法对水中丙烯酰胺实施灵敏度高、稳定性好的检测[3-5]。
Agilent 6890N: 带有电子捕获检测器(GC-ECD)。
硫酸溶液(1+9),溴化钾,溴酸钾溶液(c=0.1mol/L),硫代硫酸钠溶液(c=1mol/L),乙酸乙酯,无水硫酸钠,α,β-二溴丙酰胺标准样品(100mg/L),丙烯酰胺标准样品(1000mg/L)。
丙烯酰胺溶于水,用棕色玻璃瓶采集样品,采样时不留顶上空间和气泡,尽快分析样品,若不能及时分析,应在4℃冰箱中保存。
载气:氮气(99.999%);
色谱柱:DB-1701 (30m×320μm×0.25μm );
载气流速:1.0 mL/min;
进样口温度:235℃;
升温程序:80℃(0.5min)→20℃/min→140℃→10℃/ min→280℃(20min);
进样方式:Splitless;
检测器温度:300℃;
检测器类型:ECD。
1.4.1溴化与淬取
取100mL 水样置于250mL碘量瓶中,加入6mL硫酸溶液(1+9);混匀,置于4℃冰箱中30min。从冰箱中取出上述碘量瓶,然后加入15g溴化钾;溶解后加入10mL溴酸钾溶液;混匀,于冰箱中静置30min。从冰箱中取出试样,加入1.0mL硫代硫酸钠溶液;移入250mL分液漏斗中,分别用25mL乙酸乙酯萃取两次,每次振摇2min,合并萃取液于100mL锥形瓶中,加入15g无水硫酸钠脱水2h。
1.4.2浓缩
将萃取液置于氮吹瓶中,用少量乙酸乙酯洗涤硫酸钠两次,洗液转移至氮吹瓶中,将萃取液通过氮吹浓缩至1.0mL。
本实验采用1000μg/mL的丙烯酰胺标准样品,将标准样品稀释1000倍后再使用,加入稀释后的标准液10μL,按上述前处理条件,重复七次,测得的结果如表1所示。从表中可以看出,水中丙烯酰胺的检出限浓度为0.00686μg/L,相对标准误差为3.66%,本方法具有检出限低、重现性好等优点。
表1 丙烯酰胺相对标准误差和检出限
将α,β-二溴丙酰胺溶解于乙酸乙酯中,按照上述气相色谱条件,测得α,β-二溴丙酰胺的气相色谱图(见图1),出峰时间为5.89min,具有出峰时间短的优点。
以乙酸乙酯为溶剂,取α,β-二溴丙酰胺标准溶液,配制浓度分别为0,100,200, 400,600,1000,2000,4000μg/L,按照上述色谱条件,以α,β-二溴丙酰胺的峰面积y对α,β-二溴丙酰胺质量浓度x绘制标准曲线,标准曲线如图2所示,线性回归方程为y=7.0196x+455.81,相关系数r=0.9995。
图1 α,β-二溴丙酰胺标准样品气相色谱图
图2 丙烯酰胺的线性回归曲线
在空白样品中加入丙烯酰胺标准溶液(水中浓度为10μg/L),按上述方法预处理后进行测定,重复三次。结果表明,加标回收率为85.54% ~92.37 %,相对标准偏差为3.84%。
丙烯酰胺易溶于水,不适合用有机溶剂直接提取,所以,一般情况下先将丙烯酰胺反应生成α,β-二溴丙酰胺,化学反应方程式如下:
Br2+CH2═CHCONH = CH2Br-CHBr-CONH2。
目前主要有两种方法,一种就是直接加入液溴与丙烯酰胺反应,另一种是利用溴化钾与溴酸钾发生归中反应生成溴,溴再与丙烯酰按反应。由于通过直接加溴的方法反应率不高,所以,本文采用的是后一种方法。
杨丽莉[3]等通过实验发现,当KBrO3的含量一定时,KBr的增加对反应物不起明显作用,只是起到加快反应的作用。在加成阶段,为了除去多余的溴,本文采用硫代硫酸钠,实验过程中要缓慢滴加硫代硫酸钠溶液,让溶液颜色刚好褪去为佳。
采用本方法测定福州地区饮用水源水以及河水,均未检测出,表明无丙烯酰胺的污染。
本文利用电子捕获检测器对水中的丙烯酰胺实施检测,进行七次平行试验,相对标准偏差低于5%,检出限为0.0069 μg/L。通过三次加标回收实验,加标回收率为 85.54% ~92.37 %,相对标准偏差为3.84%。本方法适合水中丙烯酰胺的分析测定。
[1] GB/T5750-2006,生活饮用水标准检验方法[S].
[2] GB3838-2002,地表水环境质量标准[S].
[3] 杨丽莉,王美飞,胡恩宇,沈敏. 水中丙烯酰胺气相色谱测定方法研究[J]. 中国环境监测,2012,28(1):46-49.
[4] 杨文武.关于气相色谱法测定水中丙烯酰胺的研究[J]. 环境科学导刊, 2011, 30(4):82-84.
[5] 杨昀.丙烯酰胺微量分析研究进展[J]. 食品科学,2004,25(4):188-192.