沈 權(quán)，胡凌霄,杜宇峰,朱麗波,陳 凱,馮加永

(1 寧波市奉化區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，浙江 寧波 315142；2 浙江省寧波生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，浙江 寧波 315142)

丙烯酰胺是由丙烯腈水化反應(yīng)生成的無色透明晶體，分子結(jié)構(gòu)簡式為CH2=CHCONH2。丙烯酰胺熔點(diǎn)84.5 ℃，沸點(diǎn)為125 ℃，極易溶于水、丙酮和乙醇。丙烯酰胺是重要的工業(yè)原料，是生成聚丙烯酰胺的中間產(chǎn)物。丙烯酰胺具有致癌、致畸、致突變的三致效應(yīng)，而且丙烯酰胺蒸汽能夠通過皮膚、黏膜、呼吸道和消化道吸收，引起神經(jīng)系統(tǒng)損傷和肝損傷，同時(shí)造成皮膚、眼睛等的腐蝕性損傷[1]。2002年，研究發(fā)現(xiàn)谷類、土豆、花生等食物經(jīng)過高溫處理(烹飪、油炸、烘烤)過程會(huì)產(chǎn)生丙烯酰胺，它除了通過食用途徑對(duì)人類產(chǎn)生危害之外，在烹飪過程中隨著油煙等直接揮發(fā)也會(huì)進(jìn)入到廚師的呼吸道，因此丙烯酰胺是食品安全領(lǐng)域重要的研究對(duì)象[2-3]。工業(yè)生產(chǎn)過程中，丙烯酰胺在高溫高壓條件下以蒸汽或者結(jié)合水蒸汽的形式在空氣中擴(kuò)散，沿風(fēng)向擴(kuò)散距離可達(dá)數(shù)公里。我國工業(yè)場(chǎng)所空氣中丙烯酰胺的8 h時(shí)間加權(quán)容許濃度(PC-TWA)為0.3 mg/mL。

常用的檢測(cè)丙烯酰胺的方法有氣相色譜法[4]、氣相色譜質(zhì)譜法[5]、高效液相色譜法[6]、高效液相色譜質(zhì)譜法[7]等。丙烯酰胺屬于熱不穩(wěn)定性物質(zhì)，采用氣相色譜法檢測(cè)時(shí)常常需要使用衍生方法提高其穩(wěn)定性，常用的衍生方法有溴化衍生法、2-巰基苯甲酸衍生法[8]等，衍生之后用電子捕獲檢測(cè)器(ECD)、氫火焰檢測(cè)器(FID)或者質(zhì)譜檢測(cè)器(MS)檢測(cè)。高效液相色譜法-紫外檢測(cè)器檢測(cè)丙烯酰胺無需衍生化，但是紫外檢測(cè)器作為廣譜性檢測(cè)器選擇性不夠，容易出現(xiàn)假陽性。

本文建立了一種水吸收-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)空氣中丙烯酰胺的方法，空氣樣品采用水吸收的方法采集，過濾后直接進(jìn)入超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)，具有前處理簡單、方法快速、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，適用于污染區(qū)域空氣中丙烯酰胺的檢測(cè)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器、試劑、材料

Acquity UPLC色譜儀，美國Waters 公司，采用的色譜柱為ACQUITY UPLC BEH HILIC色譜柱(1.7 μm×2.1 mm×100 mm)；Quattro Premier XE三重四級(jí)桿質(zhì)譜儀，美國Waters 公司；小流量空氣采樣器，山東青島嶗應(yīng)有限公司(流速范圍為0.1～1.0 mL/min；Acquity)UPLC系統(tǒng)，美國Waters 公司；Quattro Premier XE三重四級(jí)桿質(zhì)譜，美國Waters 公司。

一次性使用無菌注射器(1 mL)，浙江玉升醫(yī)療器械有限公司；水相針式濾器(13 mm×0.2 μm)，上海安譜科學(xué)儀器有限公司；多孔波板吸收管(100 mL)，浙江星云玻璃儀器生產(chǎn)公司；所有玻璃容器使用前均經(jīng)過清水清洗3次，甲醇、乙腈分別清洗3遍以上，再用去離子水清洗3遍以上，烘干待用。

丙烯酰胺固體標(biāo)樣(99.5%，優(yōu)級(jí)純)，國藥集團(tuán)；色譜純乙腈、甲酸，美國TEDIA公司；色譜純甲酸，美國Fisher Scientific公司；Mill-QG去離子水 (18.3 MΩ)，美國Millipore公司。

丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液：用甲醇/水為7:3的溶劑標(biāo)準(zhǔn)配置1 μg/mL的丙烯酰胺儲(chǔ)備液備用。然后用7:3的甲醇/水溶劑配置5個(gè)濃度標(biāo)準(zhǔn)的(1.0，5.0，10.0，50.0，100 μg/L)標(biāo)準(zhǔn)曲線待用，在4 ℃條件下避光保存，一個(gè)月內(nèi)有效。

1.2 樣品采集、前處理

樣品采集自寧波市鎮(zhèn)海區(qū)某丙烯酰胺生產(chǎn)廠附近，該區(qū)域有兩家丙烯酰胺年產(chǎn)量在10萬噸以上的生產(chǎn)廠，占全國生產(chǎn)量30%以上。15個(gè)采樣點(diǎn)分別位于廠區(qū)內(nèi)、廠區(qū)外50 m、100 m、500 m、1 km附近，選取了四個(gè)方向作為比對(duì)。

空氣樣品用一個(gè)內(nèi)裝50.0 mL純水的多孔玻板吸收管以0.5 L/min流量、采氣45 min取得。記錄采樣時(shí)的溫度和大氣壓力及采樣體積。采樣后，密封采樣玻璃管。采樣時(shí)應(yīng)采集全程序空白。采集后應(yīng)盡快分析。如不能及時(shí)分析，應(yīng)在4 ℃條件下避光保存，不超過7天。

樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后采用一次性進(jìn)樣針吸入約1 mL樣品,經(jīng)過0.2 μm的水相針式濾器過濾后直接注入液相進(jìn)樣小瓶中待測(cè)。

1.3 色譜方法

采用梯度洗脫的方式，流動(dòng)相流速為0.2 mL/min，柱溫為40 ℃，進(jìn)樣體積為10 μL，流動(dòng)相梯度見表1。其中，A相為甲醇，B相為0.1%甲酸/水溶液。

表1 流動(dòng)相梯度

1.4 質(zhì)譜方法

為保證在最優(yōu)條件下進(jìn)行條件優(yōu)化，采用流動(dòng)注射模式(Flow Injection Analysis，F(xiàn)IA)進(jìn)行質(zhì)譜條件的優(yōu)化。Q1全掃描范圍為60～80 m/z，單位分辨率掃描時(shí)間為0.2 s。實(shí)驗(yàn)中最終采用的電離模式為ESI正離子模式，最終電離條件如表2。MRM模式中采用的碰撞能量為10 eV，定量反應(yīng)通道為72～55 m/z，定性反應(yīng)通道為72～44 m/z,單個(gè)反應(yīng)通道掃描時(shí)間為0.2 s(表2)。

表2 質(zhì)譜條件

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件優(yōu)化

丙烯酰胺的水溶性和極性較強(qiáng)，而且分子量較小，在普通反相色譜柱中保留較弱，峰形拖尾嚴(yán)重。HILIC色譜柱是近年來用來改善在反相色譜中保留較差的強(qiáng)極性物質(zhì)的色譜柱類型，用反相色譜的形式來完成正相色譜的工作。HILIC色譜柱固定相為強(qiáng)極性，需要配合高比例有機(jī)相的流動(dòng)相，而有機(jī)相比例的提高有利于提高電噴霧的揮發(fā)性，從而提高了質(zhì)譜的靈敏度。本實(shí)驗(yàn)對(duì)C18色譜柱和HILIC色譜柱進(jìn)行了對(duì)比，丙烯酰胺在C18色譜柱中保留困難，而且穩(wěn)定性和重復(fù)性不好，而丙烯酰胺在HILIC色譜柱中峰形較好。

在溶劑匹配試驗(yàn)中，丙烯酰胺在乙腈/0.1%甲酸溶液流動(dòng)相中與甲醇/0.1%甲酸溶液相比，分離度差距不大，但是甲醇更適用于HILIC色譜柱，對(duì)應(yīng)的質(zhì)譜靈敏度更高，實(shí)驗(yàn)中采用了甲醇/0.1%甲酸作為流動(dòng)相。

圖1 丙烯酰胺總離子流色譜圖

2.2 質(zhì)譜條件優(yōu)化

表3 質(zhì)譜反應(yīng)通道

為了更符合實(shí)際模式，單質(zhì)譜模式下，以1.0 ug/mL的丙烯酰胺為毛細(xì)管流動(dòng)注射模式進(jìn)行質(zhì)譜條件優(yōu)化，流動(dòng)相條件為7:3的甲醇/0.1%甲酸水溶液。首先通過ESI/APCI的比較，SIM模式下發(fā)現(xiàn)ESI中丙烯酰胺的靈敏度明顯好于APCI，這與ESI更適用于極性物質(zhì)的結(jié)論相符。在ESI正離子模式中，SIM模式下發(fā)現(xiàn)質(zhì)荷比為72的分子離子響應(yīng)較強(qiáng)，碰撞能量超過20 eV時(shí)丙烯酰胺碎片很多且均不是很強(qiáng)，說明丙烯酰胺分子并不是很穩(wěn)定。在10 eV情況下72-55反應(yīng)通道最強(qiáng)，作為定量通道；72-44為次要通道，作為定性通道 。MS優(yōu)化參數(shù)中，影響最大的為錐孔電壓，其中20～30 V為最佳優(yōu)化區(qū)間，40 V以上信號(hào)消失，最終優(yōu)化值為25 V，其他參數(shù)影響不明顯。

2.3 前處理優(yōu)化

一般工作場(chǎng)所中常用的丙烯酰胺采樣方法為硅膠管采樣法，這種方法要采用一次性的硅膠管來采集空氣中的丙烯酰胺。它最大的弊端是存在前端要不要采用脫脂棉脫水的問題：如果脫水，丙烯酰胺會(huì)隨水蒸氣一起被脫脂棉聚留，如果不脫水則會(huì)導(dǎo)致水分進(jìn)入采樣管導(dǎo)致堵塞，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中操作起來較困難。本實(shí)驗(yàn)采用水吸收法來采集空氣中的丙烯酰胺，串聯(lián)兩根U型管以檢測(cè)該方法的穿透率，當(dāng)空氣中丙烯酰胺濃度為0.39～1.54 mg/m3時(shí)，采樣效率達(dá)到97.5%～100%，因此水吸收法可以用于空氣中丙烯酰胺的采集且方法更簡單、方便和快捷。

2.4 檢出限、測(cè)定下限和線性范圍

按照《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168-2010)的相關(guān)規(guī)定，連續(xù)分析7個(gè)接近于檢出限濃度的實(shí)驗(yàn)室空白加標(biāo)樣品，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差S。用公式：MDL=St(n-1，0.99)(連續(xù)分析7個(gè)樣品，在99%的置信區(qū)間，t(6，0.99=3.14))進(jìn)行計(jì)算。其中：t(n-1，0.99)為置信度為99%、自由度為n-1時(shí)的t值；n為重復(fù)分析的樣品數(shù)。測(cè)定下限為4倍檢出限。丙烯酰胺在水中的方法檢出限分別為0.5 μg/L，對(duì)應(yīng)的空氣中的方法檢出限為1.11 μg/m3，測(cè)定下限為4.44 μg/m3，能夠滿足實(shí)際環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要。在水中濃度1.0～3000 μg/L范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)空氣中濃度范圍為相關(guān)系數(shù)(R2)范圍為0.9995，線性方程為y=240.3x+227.8，線性良好。

2.5 準(zhǔn)確度和精密度

實(shí)驗(yàn)室空白和方法空白均沒有丙烯酰胺檢出。儀器和方法的穩(wěn)定性通過5天內(nèi)每日重復(fù)取兩種濃度(10.0 μg/L，100 μg/L)5個(gè)空白樣品加標(biāo)樣來驗(yàn)證，次偏差(run to run)為4.9%～9.7%，日偏差(day to day)為6.1%～13.2%。用實(shí)際樣品進(jìn)行10.0、100、1000 μg/L低中高三個(gè)濃度加標(biāo)，采用加標(biāo)回收率評(píng)價(jià)方法準(zhǔn)確度，采用日內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差和日間標(biāo)準(zhǔn)偏差來評(píng)價(jià)方法的精密度。日內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差為同日內(nèi)按照樣品分析的全部步驟平行測(cè)定6份同樣濃度加標(biāo)樣品中目標(biāo)物的濃度計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，日間標(biāo)準(zhǔn)偏差為連續(xù)6日每日測(cè)定同樣濃度加標(biāo)樣品中目標(biāo)物的濃度計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。對(duì)于10～1000 μg/L濃度范圍的加標(biāo)水樣進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)，日內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.9%～8.7%，日間標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.5%～17.5%，符合空氣分析中一般低于30%的要求。按本方法確定的分析測(cè)定條件及步驟，選取實(shí)際樣品進(jìn)行三種不同濃度(10.0、100、1000 μg/L)的加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，回收率范圍在81.1%～87.4%。說明本方法的準(zhǔn)確可靠。

2.6 實(shí)際樣品檢測(cè)

在15個(gè)實(shí)際樣品的檢測(cè)之中，丙烯酰胺的檢出濃度范圍為ND-1.54 mg/m3。從檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，丙烯酰胺在廠區(qū)周圍內(nèi)污染較為嚴(yán)重，其污染情況受風(fēng)向和距離的影響較大。

表3 空氣中丙烯酰胺的含量

3 結(jié) 論

本文建立了水吸收-UPLC-MS/MS的方法檢測(cè)空氣中的丙烯酰胺，與常規(guī)的硅膠管吸附-氣相色譜法檢測(cè)方法相比，該方法避免了復(fù)雜的前處理和衍生過程，節(jié)約了試劑和時(shí)間，同時(shí)保證了足夠的靈敏度，適用于空氣中丙烯酰胺的檢測(cè)。