溴化衍生-氣相色譜法測定水中丙烯酰胺

溴化衍生-氣相色譜法測定水中丙烯酰胺摘要：在丙烯酰胺國標檢測方法（GB/T5750.8-200610.1）基礎上，本文采取氮吹水浴加熱方法來濃縮定容和調整新儀器的色譜程序升溫條件，改善2，3-二溴丙酰胺（丙烯酰胺溴化產物）的峰型，驗證線性系數(shù)、穩(wěn)定性、準確性和痕量分析水平4個關鍵性指標。目標物的線性系數(shù)r>0.999；精密度RSD<5%，RSD越小，穩(wěn)定性越好（方法要求小于20%）；準確度回收率71.5%~94.7%（按ug/L濃度水平，方法要求回收率范圍60%~130%），效果滿意，于2019年8月份通過專家組考核評審，取得丙烯酰胺檢測資質。創(chuàng)新效益有4方面：1、優(yōu)化方法后，節(jié)約時間成本，提高方法準確度。2、確定湛江監(jiān)測站丙烯酰胺項目的檢測資質，提高檢測水平。3、提高儀器使用率，建立性價比高的丙烯酰胺性測試方法，降低企業(yè)生產成本。4、業(yè)務方法操作簡單，培訓推廣容易。一、項目背景自來水生產工藝中需要經(jīng)常投加大量的聚氯化鋁類凈水劑，尤其是以地表水為源水類型的水廠。丙烯酰胺是一種水溶性極強、用途十分廣泛的有機合成原料及高分子材料，廣泛存于在凈水劑原材料中，它能經(jīng)呼吸、皮膚接觸和飲水進入人體引起中毒，屬于A類致癌物。國標規(guī)定飲用水中丙烯酰胺的限值為0.5ug/L，非常嚴格。目前，我司有3個地表水廠（赤坎、麻章和待投產西廳），預計供水范圍基本覆蓋市區(qū)90%區(qū)域。因此，建立準確、簡易快速水中丙烯酰胺的測定方法迫在眉捷，這也是2019監(jiān)測站必須認證的重點項目。二、創(chuàng)新點

本方法開發(fā)的創(chuàng)新點：1.提高回收率準確度。溴化反應-液液萃取后，采取一步到位氮吹水浴加熱濃縮一步到位方式，全程無需任何轉移和洗滌操作，減少目標物的損失。2.增強色譜分析抗干擾能力，定量定性識別痕量濃度樣品。因前處理溴化反應試劑多，通過優(yōu)化升溫程序，分離雜質峰和目標物的保留時間，確保ECD檢測器對低濃度目標物靈敏響應。3.節(jié)省工作時間，減少工作量。氮吹濃縮一次性可批量處理12個樣品，氮吹水浴加熱全程無需洗滌轉移，無交叉污染和安全。三、方法可行性分析（1）溯源方法提供技術支持《生活飲用水標準檢測方法》（GB/T5750.8-200610.1）：丙烯酰胺的測試方法技術。（2）具備充足的儀器設備和試劑材料儀器設備：AOC-6000&NexisGC-2030氣相色譜儀（配二合一進樣器）；Sartorius公司的超純水機；上海極恒實業(yè)有限公司的水浴氮吹儀JHD-005S。試劑材料：硫代硫酸鈉、優(yōu)級純溴酸鉀、色譜級乙酸乙酯和優(yōu)級純溴化鉀；分析純濃硫酸；超純水；高純氮氣(99．999％)；HP-INNOWAX(30m×0.25mm×0.25um)。標準物質：北京壇墨質檢科技有限公司的乙酸乙酯中2,3-二溴丙酰胺（濃度：100ug/mL）。（3）檢測人員的業(yè)務水平和良好的心理素質氣相色譜儀原計劃承擔7個（六氯苯和6種有機磷）項目的開發(fā)，現(xiàn)加上丙烯酰胺，實際有8個項目。在前期六氯苯和有機磷的項目開發(fā)中，我們積累了寶貴儀器操作經(jīng)驗，能夠熟練使用儀器軟件，靈活切換液體和頂空自動進樣針、更換隔墊襯管、老化/安裝色譜柱等硬件操作，悉心維護儀器，保證儀器開機后，98%工作時間無故障報錯。四、方法可靠性驗證內容及結果（1）定性目標物：確定2，3-二溴丙酰胺保留時間和色譜圖ECD對丙烯酰胺不能直接識別響應，所以前處理溴化使丙烯酰胺轉化為2，3-二溴丙酰胺（ECD對鹵代物有超強的電捕獲性），首先確定2，3-二溴丙酰胺保留時間和色譜圖，摸索最佳的分離條件、保留時間和降低干擾物影響。本方案嘗試保持進樣模式、進樣量不變，對同一濃度樣品嘗試7個程序升溫的方法（見圖一），數(shù)據(jù)1至數(shù)據(jù)7分別代表7種方法的色譜分離圖情況和目標物響應面積，其中數(shù)據(jù)1的程序升溫方法為：120℃（3min）→30℃/min→250℃（5min）；數(shù)據(jù)2的程序升溫方法為方法：170℃（5min）；數(shù)據(jù)3的程序升溫方法為方法（不分流稱管）：120℃（3min）→30℃/min→250℃（5min）；數(shù)據(jù)4的程序升溫方法為方法：100℃（10min）→5℃/min→150℃（1min）→20℃/min→220℃（2min）；數(shù)據(jù)5的程序升溫方法為方法：120℃（5min）→5℃/min→220℃（10min）；數(shù)據(jù)6的程序升溫方法為方法：140℃（10min）→5℃/min→220℃（10min）；數(shù)據(jù)7的程序升溫方法為方法：150℃（15min）→5℃/min→220℃（10min）。圖二為方法7的色譜圖。圖一7種升溫程序的色譜圖峰型及面積比較圖二2，3-二溴丙酰胺的色譜圖（方法⑦）考慮峰型效果和節(jié)約分析時間兩個因素，最終確定方法⑦。優(yōu)點有兩方面是：一是在面對低濃度含量和復雜成分的樣品中，區(qū)別干擾物和目標物的保留時間，能夠通過標物準確定性和定量。二是在后期數(shù)據(jù)處理方面，2，3-二溴丙酰胺色譜峰清晰可見，減少人工積分內容和引入的誤差。（2）定量目標物：測試標曲范圍和線性系數(shù)配制2,3-二溴丙酰胺標準系列濃度范圍是5~200ug/L，覆蓋低中高濃度的樣品，且線性系數(shù)r符合方法要求，見圖三。圖三標曲曲線范圍和線性（3）重復性：精密度測試連續(xù)檢測丙烯酰胺低中高濃度樣品，分別為1.50μg/L、6.00μg/L和10.0μg/L，重復測定7次，相對標準偏差RSD均<5%，符合方法要求，結果見表1。（4）準確度：回收率和質控測試加標回收試驗方面：三個月試運行測試期間，針對我司的水廠類型，選取赤坎、麻章、坡頭源水、出廠水和管網(wǎng)水，進行多次不同濃度的加標測試，回收率結果見表2。月份1月份2月份3月份水樣名稱赤坎水廠出廠水赤坎水廠源水管網(wǎng)水麻章水廠出廠水坡頭水廠出廠水赤坎水廠出廠水赤坎水廠源水回收率80.8~94.770.6~83.978.5~86.878.7~96.270.6~83.980.8~91.371.5~90.9表2三個月試運行回收率質控樣試驗方面：對濃度為15ug/L的有證樣品測試，結果為14.2ug/L，相對誤差為5.11%，符合質控要求，結果滿意。查看歷年丙烯酰胺送檢報告，我們與佛山監(jiān)測站、湛江市疾控檢測結果相吻合，準確度結果可信。（5）痕量分析水平級別：方法的檢出限測試按照環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制修訂技術導則（HJ168-2010）規(guī)定方法計算檢出限和測定下限。MDL=3.143δ（δ為重復測定7次標準偏差）；測定下限RQL，4倍檢出限濃度做為測定下限。最低檢測濃度為0.05ug/L遠低于國標限值0.5ug/L的要求，詳細結果見表3。五、創(chuàng)新效益通過改善濃縮定容的方式和優(yōu)化升溫程序，測試標準曲線的線性、方法的檢出限、驗證方法的精密度和樣品回收率準確度，方法能滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》和《地表水環(huán)境質量標準》要求。創(chuàng)新成果效益體現(xiàn)以下4方面：1、優(yōu)化方法后，節(jié)約時間成本，提高方法準確度。表4顯示，目前監(jiān)測站只有一臺旋轉蒸發(fā)儀，每次只能處理1個樣品，濃縮不同樣品前，必須保證上一個樣品無殘留。氮吹水浴加熱可以一次批量處理12個樣品。旋轉蒸發(fā)過程需要引入多次的轉移和洗滌程序，人工操作繁瑣且目標物容易損失和產生交叉污染，而氮吹方式是每個樣品有獨立的氣路、全程無轉移洗滌，每個樣品單獨存放無交叉污染。液液萃取后，按照國標，需要濃縮100倍，意味著將萃取液（35mL左右）濃縮至1mL。而氮吹水浴加熱方式，僅需將萃取液濃縮至25mL即可，濃縮倍數(shù)為4倍。2、確定湛江監(jiān)測站丙烯酰胺項目的檢測資質，提高檢測水平。從表5可知，（1）認證丙烯酰胺項目可以減少送檢的繁瑣工序，縮短人員的投入時間和節(jié)省費用。例如2019年5月分析樣品量20個，以送佛山監(jiān)測站為例，節(jié)省了約3000元樣品檢測費用，約2000元路途和食宿費。（2）報告速度快，比送檢快16個工作日。針對我司目前有3個地表水廠（西廳待投產）未來都廣泛使用聚氯化鋁凈水材料，水廠多，丙烯酰胺的監(jiān)測頻率也增多。在儀器正常運行下，現(xiàn)監(jiān)測站能做到隨時連續(xù)監(jiān)測，當天出結果，向水廠調整工藝提供數(shù)據(jù)支持。（3）提升我站檢測水平，滿足客戶要求，對外可以承接水中丙烯酰胺的檢測業(yè)務。丙烯酰胺是2019年重點難點認證項目，它的順利通過，畫上氣相組總擴項量的的圓滿句號?；浳骺h級地區(qū)供水水廠數(shù)十家，設備條件有限，全年送檢2次，我站地理位置優(yōu)越，能實現(xiàn)氣相40項檢測指標，是客戶的首選。3、提高儀器使用率，建立性價比高的丙烯酰胺性測試方法，降低企業(yè)生產成本。從表6可知：（1）采用液相質譜法測定丙烯酰胺優(yōu)點是有效減少樣品前處時間，全程無使用有機溶劑，無廢液產生，對操作人員有很好的保護作用。但儀器開機平衡時間是色譜的12倍，并不能有效節(jié)省時間。（2）液相質譜前期購置費高，儀器利用率低。低配置液相質譜儀單價約250萬，大約是氣相色譜的4倍，是儀器中的“高富帥”。如果僅僅分析丙烯酰胺單個項目（其他項目早已完成認證），且我司1年丙烯酰胺項目樣品總量約30個，采用液相質譜法分析會嚴重超出企業(yè)的儀器經(jīng)費預算。購買氣相色譜儀一方面可替換報廢的氣相，二是利用率高，日?？煞治龅捻椖坑?9種，包括6種有機磷，7種鹵代烴、三氯乙醛和六氯苯、有機氯農藥等。（3）從兩種方法運行階段要求可知，質譜要求進口質譜純和高純氦氣。例如乙酸乙酯進口的單價是國產的3倍。一瓶氦氣費用約要4700元，而氮氣只需500多元。日常的超惰性襯管和色譜柱級別遠比普通色譜級別的貴。（4）從后期的儀器維護成本分析，同行反饋液相質譜的泵油每年需基本更換2次，燈絲的壽命基本兩年一次。雖然液相質譜抗干擾性強，但離子源也容易臟，日常需要拆洗離子源，這些操作難度大，要求操作者具備高水平專業(yè)。而色譜均沒有以上的消耗，日常維護容易。

綜合考慮我司的預算經(jīng)費、樣品量、儀器的使用率和業(yè)務來源，雖然溴化-衍生法有前處理復雜，時間長，產生有機廢液的弊端，在目前仍是最優(yōu)的選擇，可以滿足企業(yè)的需求。。4.業(yè)務方法操作簡單，培訓推廣容易。我們編寫了1本《AOC-6000&NexisGC-2030氣相色譜儀丙烯酰胺檢測作業(yè)指導書》、1本《AOC-6000&Nexi