丙烯酰胺中微量丙烯酸含量的高效液相色谱法分析

王 忠，刘天宇

（大庆炼化公司， 黑龙江 大庆 163411）

丙烯酰胺中微量丙烯酸含量的高效液相色谱法分析

王 忠，刘天宇

（大庆炼化公司， 黑龙江 大庆 163411）

建立了一种测定丙烯酰胺溶液中的微量丙烯酸含量的高效液相色谱法。采用常见的 Agilent ZORBAX NH2液相色谱柱(5μm，4.6 mm×250 mm)，流动相为甲醇/水/磷酸盐体系，检测波长是205 nm，丙烯酸的保留时间在4.30 min左右，检出限为0.05 mg/L（S/N=3），外标法定量测定。试样浓度在0.5 mg/L到20.0 mg/L范围内均有良好的线性关系，线性相关系数可达0.999 7；当试样加标浓度为1.0、5.0、10.0 mg/L时，加标回收率在87%～97%之间，RSD≤2.14%。此方法可成功应用于测量丙烯酰胺中微量的丙烯酸含量。

丙烯酸；丙烯酰胺；液相色谱

丙烯酰胺是白色晶体化学物质，做为合成聚丙烯酰胺的原料，是一种重要的化工原料。目前聚丙烯酰胺应用十分广泛，除了可用于水的净化处理、纸浆的加工及管道的内涂层等，同时也可用于油田的三次采油。用化学法合成的丙烯酰胺可能会生成微量的丙烯酸，而丙烯酸在丙烯酰胺单体聚合成聚丙烯酰胺的过程中，会与丙烯酰胺发生副反应，影响聚丙烯酰胺产品的质量。因此有必要监控丙烯酰胺溶液中的微量丙烯酸，避免在聚合反应中副产物的产生。

1 气相色谱法

1.1 色谱柱

DB-WAX，60 m×0.53 mm×1.0 μm。

1.2 色谱仪参数

色谱仪：GC-2010；

载气氦气，柱前压100 kPa；

分流/不分流进样口温度240 ℃；

FID检测器温度240 ℃；

柱温130 ℃恒温3 min, 以20 ℃/min的速度升至190 ℃恒温30 min；

进样量1.0 μL；

分流比1∶100。

1.3 典型色谱图

气相色谱法丙烯酸典型色谱图件图1。

图1 气相色谱法丙烯酸典型色谱图Fig.1 Typical chromatogram of acrylic acid by gas chromatography

1.4 气相色谱法存在的问题

丙烯酰胺和丙烯酸的化学结构式如图2，其分子中都有共轭的C=O和C=C两个双键，这也决定了丙烯酰胺和丙烯酸易于聚合的性质。

图2 丙烯酰胺和丙烯酸的化学结构式Fig.2 Chemical structure of acrylamide and acrylic acid

在实际分析中，由于进样口的高温，样品中的丙烯酰胺和丙烯酸十分易于聚合，污染玻璃衬管，严重时可能堵塞衬管。由于衬管的污染，不可避免地影响分析数据的准确性。[1]此外，在检测器的不锈钢喷嘴处，丙烯酰胺和丙烯酸的聚合反应的后果更加严重，出现了堵塞喷嘴的情况，严重影响了丙烯酸的测定[2]。

鉴于液相色谱操作条件为常温，不会产生样品分解的问题，因此继续开发了高效液相色谱法[3]。

2 液相色谱法

2.1 仪器和试剂

1100 LC高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；

紫外检测器（VWD）；

高效液相色谱淋洗液 甲醇；

超纯水；

分析纯 磷酸二氢钠；

0.45μm水系滤膜；

丙烯酸，优级纯。

2.2 分析条件

（1）色谱柱

Agilent ZORBAX NH2液相色谱柱(5 μm，4.6 mm×250 mm)，常温。

（2）流动相

甲醇：0.02 mol/L磷酸二氢钠水溶液=10∶90（V/V）。

（3）流速 1.0 mL/min。

（4）UV检测器波长205 nm。

（5）进样量20 μL[4]。

2.3 标准溶液的配制

2.3.1 丙烯酸母液的配制

称取丙烯酸纯品0.1 g，准确读数，用水稀释并定容至1 000 mL。

2.3.2 标准工作溶液的配制

准确移取0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 mL的丙烯酸母液分别放入100 mL的容量瓶中，用水稀释到刻度，得到0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 mg/L的标准溶液系列。

2.4 样品处理

称取丙烯酰胺溶液0.10 g，准确读数，用水定容至1 000 mL容量瓶中，成为丙烯酰胺母液，经过0.45μm滤膜过滤后用于液相色谱分析。

3 结果与讨论

3.1 色谱柱和流动相的选择

3.1.1 ODS色谱柱

ODS色谱柱稳定、便宜易得，是大多数液相色谱分析的首选。然而，在分析丙烯酰胺与丙烯酸的时候，分离不是十分理想，而且色谱柱的性能不十分平衡，分析效果不理想。

3.1.2 氨基色谱柱

既然经典的 ODS反相色谱不十分适合分析丙烯酰胺和丙烯酸，接下来进行了极性色谱柱的尝试，选择了氨基色谱柱。由于重点是分析丙烯酸，因此对流动相的pH值进行了控制，选择了将磷酸二氢钠的浓度控制在0.025 mmoL/L，以保持流动相的pH值的稳定[5]。

3.1.3 流动相的选择

本着既高效又环保的原则，没有选择乙腈，而是选择了甲醇，这在成本上也更有优势。首先选用50∶50的甲醇/水的流动相，分离效果不好，丙烯酸的峰淹没在丙烯酰胺的色谱峰尾部。逐渐减少甲醇的比例，出峰时间加长，在甲醇/水为10/90的比例时，丙烯酰胺与丙烯酸得到了良好的分离[6]。

3.2 方法的线性方程、相关系数和检出限

以丙烯酸的峰面积为纵坐标，以丙烯酸的浓度为横坐标，画出工作曲线，线性回归方程y=9.0557x-0.1241，线性相关系数r=0.999 7, 线性关系良好。检出限（MDL）为0.05 mg/L（S/N=3）。

图3 丙烯酸标准曲线Fig.3 Standard curve of acrylic acid

3.3 丙烯酰胺母液分析

（1）取滤后母液进样分析，由峰面积计算母液中丙烯酸浓度。

（2）由丙烯酸标准曲线可求得丙烯酰胺母液中丙烯酸浓度为7.12 mg/L。

3.4 加标回收率和相对标准偏差

在配制样品溶液时，每次取10 mL丙烯酰胺母液，依次加入丙烯酸母液使得最终浓度为1.0、5.0、10.0，按方法进行 5次平行样品分析，最终对测定结果进行统计，可见丙烯酸在下列3种浓度中加标回收率为87%～97%，RSD≤2.14%。

对应不同的母液浓度，其加标量定值分别为：

1.0 mg/L 1.62 mg/L

5.0 mg/L 8.32 mg/L

10.0 mg/L 16.93 mg/L

表1 丙烯酸在三种浓度下的平均加标回收率和相对标准偏差（n=5）Table 1 Average recovery of standard sample and relative standard deviation (n=5)of acrylic acid with three kinds of concentrations.

3.5 实际样品分析

采用以上建立的分析方法，对本公司随机5个时间点的丙烯酰胺样品进行平行分析，检测结果均在线性范围内，结果见表2。

表2 实际随机样品分析Table 2 Analysis of actual random sample

3.6 注意事项

3.6.1 流动相的试剂等级

本次分析使用的是紫外检测器，对流动相的纯度要求很高，一定要求是高效液相色谱专用淋洗液级别的试剂（甲醇），这样才能保证流动相在紫外区是透明的。此外，流动相中的水也不可以用普通的蒸馏水，而是用离子交换法制取的超纯水，因为只有超纯水才能比较完全地脱除有机杂质，并且也经过了0.45μm滤膜的过滤，真正满足液相色谱分析的要求[7]。

3.6.2 溶剂的过滤

在液相色谱分析中，需要注意流动相中不可以有大的颗粒，以免堵塞柱塞泵系统，也不能有过多的空气，以免柱塞泵抽空，产生柱前压的波动。因此，在溶剂使用前，需要用超声波预先脱气，并经过0.45μm滤膜进行真空抽滤，然后方可注入流动相的试剂瓶中[8]。

3.6.3 仪器的运行周期

液相色谱分析中，流动相的消耗是一笔不小的开支。如果频繁关机也不好，因为液相色谱柱是一种有机体，每次使用前需要有一个泡胀的过程，才能达到柱前压的恒定。频繁的关机会大大增加仪器的平衡时间，产生试剂的无谓的消耗。较好的方式是将色谱仪在不用的短暂间隙时间里设定成过夜模式，也就是保持大约0.1～0.3 mL/min的低流量，既不会消耗太多的试剂，又可以在下次分析时迅速切换到工作状态，保证仪器的长周期运行。

3.6.4 色谱柱的更换

色谱柱的使用效果会逐渐下降，具体表现是分离变差、分析结果重现性下降，但更方便的判断依据是柱前压，一旦柱前压无法稳定、持续上升的时候，一般情况下，色谱柱必须要进行更换，因为这时在色谱柱头已经积累了太多的污染物。理论上来说，可以手工取出柱头的一小部分填料，再手工补填一部分填料，柱子就修补好了，但实际上价值不大，因为液相色谱柱的装填是用匀浆机等专业设备完成的，手工修复的效果是不够的[9]。

3.6.5 柱塞泵的维护

本次分析的流动相中只含有浓度较低的磷酸盐，对泵头的危害较小，但仍应予以注意。在每次彻底关机前，一定要过渡到纯水流动相，并且运行至少30 min，以便彻底清洗系统中的磷酸盐。

长期使用的柱塞泵，仍旧有可能被磨坏，产生泄漏。此时可以手工修复，具体操作是更换单向阀、柱塞杆、柱塞环等部件，具体操作可以在仪器厂家的专业工程师指导下进行。

4 结 论

本文建立了一种高效液相色谱法分析丙烯酰胺溶液中的微量丙烯酸单体的分析方法，色谱柱、流动相比较常见，方法的线性相关系数、检出限均比较好，尤其是分析条件比气相色谱法柔和，样品不会分解，是一种容易建立的分析方法。

［1］刘虎威. 气相色谱方法及应用［M］. 北京：化学工业出版社，2000.

［2］吴烈均. 气相色谱检测方法［M］. 北京：化学工业出版社，2000.

［3］傅若农. 色谱分析概论［M］. 北京：化学工业出版社，1999.

［4］中华人民共和国标准，塑料 聚丙烯酰胺 残留丙烯酰胺含量测定方法，GB/T 22312-2008［S］. 北京：中国标准出版社，2008.

［5］于世林.高效液相色谱方法及应用［M］.北京：化学工业出版社，2000.

［6］中华人民共和国标准，工业用丙烯酸及酯 第1部分：工业用丙烯酸，GB/T 17529.1-2008［S］. 北京：中国标准出版社，2008.

［7］张晓彤, 云自厚. 液相色谱检测方法［M］. 北京：化学工业出版社，2000.

［8］张莉莉, 江婷, 赵汝松, 等. 高效液相色谱法分析高吸水性树脂中的丙烯酸单体［J］. 光谱实验室，2010，27（6）.

［9］刘春颖，王莉莉，杨桂朋，等. 水中丙烯酸的高效液相色谱法建立及应用［J］. 海洋学报, 2013（1）.

Determination of Trace Acrylic Acid in Acrylamide by High Performance Liquid Chromatography

WANG Zhong，LIU Tian-yu
(Daqing Refining and Chemical Company, Heilongjiang Daqing 5613326, China)

A high performance liquid chromatography (HPLC) method was established to determine trace acrylic acid content in acrylamide solution. Through external standard method, the quantity of acrylic acid was determined by utilizing Agilent ZORBAX NH2liquid chromatographic column (5 μm, 4.6 mm×250 mm), mobile phase of methanol / water / phosphate system, 205 nm detection wavelength. The retention time of acrylic acid is at about 4.30 min, and the detection limit is 0.05 mg/L (S/N=3). As a result, when the sample concentration is between 0.5 mg/L to 20.0 mg/L , a good linear relationship can be obtained, and the linear correlation coefficient can reach to 0.999 7; When the external standard sample concentration is individually 1.0, 5.0, 10.0 mg/L, the recovery rate of standard sample is in the range of 87%～97%, RSD is less than or equal to 2.14%. This method can measure the trace content of acrylic acid in acrylamide.

Acrylic acid; Acrylamide; Liquid chromatography

O 657

A

1671-0460（2015）08-1990-03

2015-03-09

王忠（1970-），男，黑龙江大庆人，中级职称，2004年毕业于大庆石油学院化学工程专业，研究方向：炼厂化验分析。E-mail：wangz-dl@petrochina.com.cn。