溴化衍生-气相色谱法测定水中丙烯酰胺

溴化衍生-气相色谱法测定水中丙烯酰胺

王恩明,郑文婷

广东粤海水务检测技术有限公司湛江分公司

摘要：在丙烯酰胺国标检测方法（GB/T5750.8 -2006 10.1）基础上，本文采取氮吹水浴加热方法来浓缩定容和调整新仪器的色谱程序升温条件，改善2，3-二溴丙酰胺（丙烯酰胺溴化产物）的峰型，验证线性系数、稳定性、准确性和痕量分析水平4个关键性指标。目标物的线性系数r>0.999；精密度RSD<5%，RSD越小，稳定性越好（方法要求小于20%）；准确度回收率71.5%~94.7%（按ug/L浓度水平，方法要求回收率范围60%~130%），效果满意，于2019年8月份通过专家组考核评审，取得丙烯酰胺检测资质。创新效益有4方面：1、优化方法后，节约时间成本，提高方法准确度。2、确定湛江监测站丙烯酰胺项目的检测资质，提高检测水平。3、提高仪器使用率，建立性价比高的丙烯酰胺性测试方法，降低企业生产成本。4、业务方法操作简单，培训推广容易。

一、项目背景

自来水生产工艺中需要经常投加大量的聚氯化铝类净水剂，尤其是以地表水为源水类型的水厂。丙烯酰胺是一种水溶性极强、用途十分广泛的有机合成原料及高分子材料，广泛存于在净水剂原材料中，它能经呼吸、皮肤接触和饮水进入人体引起中毒，属于A类致癌物。国标规定饮用水中丙烯酰胺的限值为0.5ug/L，非常严格。目前，我司有3个地表水厂（赤坎、麻章和待投产西厅），预计供水范围基本覆盖市区90%区域。因此，建立准确、简易快速水中丙烯酰胺的测定方法迫在眉捷，这也是2019监测站必须认证的重点项目。

二、创新点

     本方法开发的创新点：1.提高回收率准确度。溴化反应-液液萃取后，采取一步到位氮吹水浴加热浓缩一步到位方式，全程无需任何转移和洗涤操作，减少目标物的损失。2.增强色谱分析抗干扰能力，定量定性识别痕量浓度样品。因前处理溴化反应试剂多，通过优化升温程序，分离杂质峰和目标物的保留时间，确保ECD检测器对低浓度目标物灵敏响应。3.节省工作时间，减少工作量。氮吹浓缩一次性可批量处理12个样品，氮吹水浴加热全程无需洗涤转移，无交叉污染和安全。

三、方法可行性分析

（1）溯源方法提供技术支持

《生活饮用水标准检测方法》（GB/T5750.8 -2006 10.1）：丙烯酰胺的测试方法技术。

（2）具备充足的仪器设备和试剂材料

仪器设备：AOC-6000&Nexis GC-2030气相色谱仪（配二合一进样器）；Sartorius公司的超纯水机；上海极恒实业有限公司的水浴氮吹仪JHD-005S。

试剂材料：硫代硫酸钠、优级纯溴酸钾、色谱级乙酸乙酯和优级纯溴化钾；分析纯浓硫酸；超纯水；高纯氮气(99．999％) ；HP-INNOWAX(30m×0.25mm×0.25um)。

标准物质：北京坛墨质检科技有限公司的乙酸乙酯中2,3-二溴丙酰胺（浓度：100ug/mL）。

（3）检测人员的业务水平和良好的心理素质

气相色谱仪原计划承担7个（六氯苯和6种有机磷）项目的开发，现加上丙烯酰胺，实际有8个项目。在前期六氯苯和有机磷的项目开发中，我们积累了宝贵仪器操作经验，能够熟练使用仪器软件，灵活切换液体和顶空自动进样针、更换隔垫衬管、老化/安装色谱柱等硬件操作，悉心维护仪器，保证仪器开机后，98%工作时间无故障报错。

四、方法可靠性验证内容及结果

（1）定性目标物：确定2，3-二溴丙酰胺保留时间和色谱图

ECD对丙烯酰胺不能直接识别响应，所以前处理溴化使丙烯酰胺转化为2，3-二溴丙酰胺（ECD对卤代物有超强的电捕获性），首先确定2，3-二溴丙酰胺保留时间和色谱图，摸索最佳的分离条件、保留时间和降低干扰物影响。

本方案尝试保持进样模式、进样量不变，对同一浓度样品尝试7个程序升温的方法（见图一），数据1至数据7分别代表7种方法的色谱分离图情况和目标物响应面积，其中数据1的程序升温方法为：120℃（3min）→30℃/min→250℃（5min）；数据2的程序升温方法为方法：170℃（5min）；数据3的程序升温方法为方法（不分流称管）：120℃（3min）→30℃/min→250℃（5min）；数据4的程序升温方法为方法：100℃（10min）→5℃/min→150℃（1min）→20℃/min→220℃（2min）；数据5的程序升温方法为方法：120℃（5min）→5℃/min→220℃（10min）；数据6的程序升温方法为方法：140℃（10min）→5℃/min→220℃（10min）；数据7的程序升温方法为方法：150℃（15min）→5℃/min→220℃（10min）。图二为方法7的色谱图。

图一 7种升温程序的色谱图峰型及面积比较

图二 2，3-二溴丙酰胺的色谱图（方法⑦）

考虑峰型效果和节约分析时间两个因素，最终确定方法⑦。优点有两方面是：一是在面对低浓度含量和复杂成分的样品中，区别干扰物和目标物的保留时间，能够通过标物准确定性和定量。二是在后期数据处理方面，2，3-二溴丙酰胺色谱峰清晰可见，减少人工积分内容和引入的误差。

（2）定量目标物：测试标曲范围和线性系数

配制2,3-二溴丙酰胺标准系列浓度范围是5~200ug/L，覆盖低中高浓度的样品，且线性系数r符合方法要求，见图三。

图三 标曲曲线范围和线性

（3）重复性：精密度测试

连续检测丙烯酰胺低中高浓度样品，分别为1.50μg/L、6.00μg/L和10.0μg/L，重复测定7次，相对标准偏差RSD均<5%，符合方法要求，结果见表1。

（4）准确度：回收率和质控测试

加标回收试验方面：三个月试运行测试期间，针对我司的水厂类型，选取赤坎、麻章、坡头源水、出厂水和管网水，进行多次不同浓度的加标测试，回收率结果见表2。

表2 三个月试运行回收率

质控样试验方面：对浓度为15ug/L的有证样品测试，结果为14.2ug/L，相对误差为5.11%，符合质控要求，结果满意。查看历年丙烯酰胺送检报告，我们与佛山监测站、湛江市疾控检测结果相吻合，准确度结果可信。

（5）痕量分析水平级别：方法的检出限测试

按照环境监测分析方法标准制修订技术导则（HJ 168-2010 ）规定方法计算检出限和测定下限。MDL=3.143δ（δ为重复测定7次标准偏差）； 测定下限RQL，4倍检出限浓度做为测定下限。最低检测浓度为0.05ug/L远低于国标限值0.5ug/L的要求，详细结果见表3。

五、创新效益

通过改善浓缩定容的方式和优化升温程序，测试标准曲线的线性、方法的检出限、验证方法的精密度和样品回收率准确度，方法能满足《生活饮用水卫生标准》和《地表水环境质量标准》要求。创新成果效益体现以下4方面：

1、优化方法后，节约时间成本，提高方法准确度。

表4显示，目前监测站只有一台旋转蒸发仪，每次只能处理1个样品，浓缩不同样品前，必须保证上一个样品无残留。氮吹水浴加热可以一次批量处理12个样品。

旋转蒸发过程需要引入多次的转移和洗涤程序，人工操作繁琐且目标物容易损失和产生交叉污染，而氮吹方式是每个样品有独立的气路、全程无转移洗涤，每个样品单独存放无交叉污染。

液液萃取后，按照国标，需要浓缩100倍，意味着将萃取液（35mL左右）浓缩至1mL。而氮吹水浴加热方式，仅需将萃取液浓缩至25mL即可，浓缩倍数为4倍。

2、确定湛江监测站丙烯酰胺项目的检测资质，提高检测水平。

从表5可知，

（1）认证丙烯酰胺项目可以减少送检的繁琐工序，缩短人员的投入时间和节省费用。例如2019年5月分析样品量20个，以送佛山监测站为例，节省了约3000元样品检测费用，约2000元路途和食宿费。

（2）报告速度快，比送检快16个工作日。针对我司目前有3个地表水厂（西厅待投产）未来都广泛使用聚氯化铝净水材料，水厂多，丙烯酰胺的监测频率也增多。在仪器正常运行下，现监测站能做到随时连续监测，当天出结果，向水厂调整工艺提供数据支持。

（3）提升我站检测水平，满足客户要求，对外可以承接水中丙烯酰胺的检测业务。丙烯酰胺是2019年重点难点认证项目，它的顺利通过，画上气相组总扩项量的的圆满句号。粤西县级地区供水水厂数十家，设备条件有限，全年送检2次，我站地理位置优越，能实现气相40项检测指标，是客户的首选。

3、提高仪器使用率，建立性价比高的丙烯酰胺性测试方法，降低企业生产成本。

从表6可知：

（1）采用液相质谱法测定丙烯酰胺优点是有效减少样品前处时间，全程无使用有机溶剂，无废液产生，对操作人员有很好的保护作用。但仪器开机平衡时间是色谱的12倍，并不能有效节省时间。

（2）液相质谱前期购置费高，仪器利用率低。低配置液相质谱仪单价约250万，大约是气相色谱的4倍，是仪器中的“高富帅”。如果仅仅分析丙烯酰胺单个项目（其他项目早已完成认证），且我司1年丙烯酰胺项目样品总量约30个，采用液相质谱法分析会严重超出企业的仪器经费预算。购买气相色谱仪一方面可替换报废的气相，二是利用率高，日常可分析的项目有19种，包括6种有机磷，7种卤代烃、三氯乙醛和六氯苯、有机氯农药等。

（3）从两种方法运行阶段要求可知，质谱要求进口质谱纯和高纯氦气。例如乙酸乙酯进口的单价是国产的3倍。一瓶氦气费用约要4700元，而氮气只需500多元。日常的超惰性衬管和色谱柱级别远比普通色谱级别的贵。

（4）从后期的仪器维护成本分析，同行反馈液相质谱的泵油每年需基本更换2次，灯丝的寿命基本两年一次。虽然液相质谱抗干扰性强，但离子源也容易脏，日常需要拆洗离子源，这些操作难度大，要求操作者具备高水平专业。而色谱均没有以上的消耗，日常维护容易。

    综合考虑我司的预算经费、样品量、仪器的使用率和业务来源，虽然溴化-衍生法有前处理复杂，时间长，产生有机废液的弊端，在目前仍是最优的选择，可以满足企业的需求。。

4.业务方法操作简单，培训推广容易。

我们编写了1本《AOC-6000&Nexis GC-2030气相色谱仪丙烯酰胺检测作业指导书》、1本《AOC-6000&Nexis GC-2030气相色谱仪作业指导书》和1本方法验证材料，内容可供部门推广培训使用，包括项目的基本信息、国标限值、检测限、标准曲线配制过程及方案，可快速应用于日常工作中。

通过平常对仪器操作的经验积累和参加培训学习，我们提取和总结了简练的内容，包括仪器设置方法、参数的步骤、数据处理的方式、输出的报告模板、日常维护保养的措施和注意事项。指导书内容精炼，图文并茂，通俗易懂，我站内60%的同志具备有大型仪器的操作技能基础都可轻松培训上手。