CN105067722A - 一种快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法 - Google Patents

Abstract

一种快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，将阳离子聚丙烯酰胺溶于有机溶剂与水的混合溶剂中，并使用微波萃取的方法快速提取阳离子聚丙烯酰胺中的残留丙烯酰胺单体，用高效液相色谱法检测，并根据丙烯酰胺标准曲线来计算残留单体的含量。本发明利用微波萃取法可以大大缩短残留丙烯酰胺单体的提取时间，提高提取效率，以外标法绘制标准曲线保证准确度，利用本发明能够快速、准确地检测残留单体的含量，对于连续生产具有重要的现实意义。

Description

一种快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法

技术领域

本发明属于检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，具体涉及一种用高效液相色谱法快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法。

背景技术

阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)是一种高效水溶性有机高分子絮凝剂，由于分子链上带有季胺阳离子基团，可通过电中和、吸附架桥作用使水中带负电荷的胶体微粒脱稳、絮凝而有助于沉降和过滤脱水，它对有机物和无机物都有很好的净化作用，具有用量少、成本低、毒性小及使用的pH范围宽等特点(PolymerInt,2001,50:875～884)，特别适用于胶体物质含量高的废水、污泥脱水和有色废水的处理等(US5985992A；US5512646A)，因此在城市用水、工业用水、污水净化、污泥脱水中使用阳离子聚丙烯酰胺成为一种趋势。随着人们环保意识的增强，国家必然加强污水治理的力度，污水处理用和污水脱水用阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂必将有越来越大的市场。

目前对于非离子和阴离子型聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺含量的分析研究较多，而对于阳离子型聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺含量的分析较少，样品前处理相对复杂，检测时间长，操作步骤繁琐。

合成的阳离子聚丙烯酰胺中残留的单体丙烯酰胺是一种白色无味片状晶体，很容易经消化道、皮肤、肌肉或其他途径被人体吸收，被国际癌症研究中心将其确定为可能致癌物质。基于丙烯酰胺的神经毒性、生殖毒性、遗传毒性及潜在的致癌性(WorkEnvironHealth,2004,30:21～29；NeuroseiRes,1996,17(2):189～198；BrJCancer,2003,95:889～896)，研究和开发出简便、准确和适用范围广的丙烯酰胺分析方法至关重要。

阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的测定方法研究的较少，至今还没有一种测定标准，公开的专利也较少。中国专利CN102590121A中阳离子聚丙烯酰胺样品的前处理是浸泡在溶剂中24h获取的，且用紫外分光光度计测定时要反复调整萃取液的体积比，步骤较为繁琐，这就使得样品前处理相对复杂，检测时间长，满足不了企业对产品快速检测的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留的丙烯酰胺单体含量的方法，通过微波萃取法提取阳离子聚丙烯酰胺中的丙烯酰胺单体，操作简便，将样品前处理所需要的时间从几十小时缩短为几分钟。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，包括以下步骤：

1)利用高效液相色谱仪测定丙烯酰胺标准溶液的峰面积，并绘制该峰面积与丙烯酰胺标准溶液浓度关系的标准曲线；

2)将阳离子聚丙烯酰胺与有机溶剂和水的混合溶剂配制成浓度为0.01～0.15g/mL的混合物；

3)将步骤2)得到的混合物用微波炉提取残留丙烯酰胺单体；

4)用高效液相色谱法检测提取液中残留丙烯酰胺单体的峰面积，根据步骤1)绘制的标准曲线读取提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度；

5)根据式I计算阳离子聚丙烯酰胺样品中残留丙烯酰胺单体的含量ω；

$\mathrm{\ω}=\frac{c*V*{10}^{-6}}{m}\×100\%$ 式I

式I中：

c为标准曲线中对应的提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度，单位为mg/L；

m为阳离子聚丙烯酰胺样品的质量，单位为g；

V为混合溶剂的体积，单位为mL。

进一步，所述混合溶剂中有机溶剂与水的体积比为7:3～9:1。

优选的，所述用微波炉提取残留丙烯酰胺单体时微波炉的功率为500～750W，提取时间为5～20min。

又进一步，所述的用高效液相色谱法检测提取液中残留丙烯酰胺单体的峰面积包括以下步骤：

a)将用微波炉提取的提取液搅拌5～10min，过滤，得到提取液；

b)取提取液5～20μL注入液相色谱仪，流动相流速为0.5～2.0mL/min，检测波长为205～230nm，色谱柱柱温箱温度为25～40℃定并记录峰面积，根据标准曲线的直线方程计算残留单体含量。

进一步，所述的高效液相色谱法中所述的色谱柱为C18柱，流动相为磷酸二氢盐水溶液和甲醇，二者体积比为98:2～65:35，其中，磷酸二氢盐水溶液的浓度为10～20mM，pH＝3～4。

本发明的微波萃取法，利用不同物质吸收微波能力的差异，使聚丙烯酰胺体系中的丙烯酰胺被选择性加热，从而使丙烯酰胺从体系中分离，进入到介电常数较小、吸收微波能力相对较差的萃取剂(即有机溶剂与水的混合溶剂)中。在微波萃取过程中，高频电磁波穿透萃取剂，到达丙烯酰胺的内部且产生的电磁场可加速丙烯酰胺向萃取剂界面扩散的速率，从而可以实现对丙烯酰胺的快速提取。

本发明的微波萃取法中，提取时间小于5min时提取不彻底，测得的残留单体含量偏低，当残留单体含量趋于最大值并稳定时，提取时间设为5～20min，当提取时间大于20min时，微波炉内提取液沸腾剧烈，溶剂易挥发使得测定含量高于实际含量，时间过长还有可能造成爆炸，安全起见，微波萃取时间不得高于20min。

本发明利用高效液相色谱仪，采用外标法绘制标准曲线，线性范围为0.5μg/mL～1000μg/mL，方法检测限为0.05～0.5μg/mL，线性相关系数(R²)为0.99995～0.99998，线性范围较大且线性较好，回收率在85.5％～110.2％，测定结果的绝对误差小于10％，确保了本发明的检测方法的准确性。因此本发明提供了一种快速、准确的分析残留丙烯酰胺单体的方法，满足对产品快速检测的要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明利用微波萃取法，对阳离子聚丙烯酰胺溶液进行提取，将其中残留的丙烯酰胺单体快速提取出来，避免了采用现有技术中搅拌提取或者浸泡提取法，大大缩短了提取时间，提高了检测效率。

本发明利用高效液相色谱法，具有分析速度快、分离效率高、灵敏度高、易于实现操作自动化的特点。本发明采用的外标法，线性相关系数接近于1，回收率也较高，这就保证了该方法可以准确的测定出残留丙烯酰胺单体的含量。

附图说明

图1为本发明实施例1中丙烯酰胺标准溶液的标准曲线。

图2为本发明实施例1中阳离子聚丙烯酰胺样品中残留丙烯酰胺单体的高效液相色谱图。

图3为本发明实施例3中丙烯酰胺标准溶液的标准曲线。

图4为本发明实施例3中阳离子聚丙烯酰胺样品中残留丙烯酰胺单体的高效液相色谱图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

仪器与条件

高效液相色谱仪：岛津LC-15C；

色谱柱：WondasilC18(4.6×250mm，0.5μm)色谱柱；

流动相体积比：NaH₂PO₄水溶液：甲醇＝90：10，pH＝3，NaH₂PO₄水溶液的浓度为20mM；

检测波长：220nm；

流速：1.5mL/min；

进样体积：20μL；

柱温：40℃。

称取丙烯酰胺0.1g于烧杯中，精确至0.1mg，用乙醇溶解并用乙醇定容于100mL容量瓶中，该溶液为1000mg/L的丙烯酰胺标准溶液，用此标准溶液配制成100mg/L、50mg/L、20mg/L、10mg/L、8mg/L、6mg/L、4mg/L、2mg/L8个系列浓度的标准溶液，注入高效液相色谱仪平行进样三次取其峰面积平均值，并绘制丙烯酰胺标准曲线，如图1所示，线性方程为y＝17041x-39882，线性相关系数(R²)为0.99995。

称取1.8421g阳离子聚丙烯酰胺样品，溶于50mL乙醇与水的混合溶剂中，乙醇与水体积比为85：15，微波萃取5min并搅拌10min，取上清液并用0.45μm或0.22μm的水相滤头过滤、按上述色谱条件进样，将待测样品注入液相色谱仪，其高效液相色谱图如图2所示，平行进样三次取其峰面积平均值，根据标准曲线读取提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度，并根据式I计算样品中残留丙烯酰胺单体的含量ω：

$\mathrm{\ω}=\frac{c*V*{10}^{-6}}{m}\×100\%$

式中：

c为标准曲线中对应的提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度，单位为mg/L；

m为聚丙烯酰胺样品的质量，单位为g；

V为混合溶剂体积，单位为mL，本实施例中V＝50。

对比例1

作为对比例1，取与实施例1相同质量的聚丙烯酰胺样品置于具塞玻璃瓶中，加入50mL乙醇，磁力搅拌24h，取上清液、过滤、注入液相色谱仪，按上述方法进样，平行测定三次取其峰面积平均值并按实施例1中的残留丙烯酰胺单体的质量分数ω的计算公式I计算残留丙烯酰胺单体的含量。

实施例1和对比例1的两种不同提取方法所测得样品中残留丙烯酰胺单体的含量如表1所示：

表1

	提取方式	样品质量(g)	峰面积平均值	残留单体含量(％)
					实施例1	微波萃取	1.8421	1388734.50	0.2276
对比例1	搅拌24h	1.8421	1389523.75	0.2277

表1结果表明：与传统的搅拌24h提取残留丙烯酰胺单体的方法相比，用微波萃取的方法同样可以有效地提取残留单体，大大缩短了处理时间，两种不同的提取方式测得结果的绝对误差为0.04％，说明用微波萃取的方法能够快速、准确的实现对样品的检测。

实施例2

仪器与条件

高效液相色谱仪：岛津LC-15C；

色谱柱：WondasilC18(4.6×250mm，0.5μm)色谱柱；

流动相体积比：NaH₂PO₄水溶液：甲醇＝90：10，pH＝3、NaH₂PO₄水溶液的浓度为20mM；

检测波长：220nm；

流速：1.5mL/min；

进样体积：20μL；

柱温：40℃。

称取同批次阳离子聚丙烯酰胺样品1～9于50mL乙醇与水的混合溶剂中，乙醇与水体积比为85：15，将混合物分别用微波萃取一定时间并搅拌10min，取上清液、过滤、分别注入液相色谱仪，按上述方法进样，平行进样三次取其峰面积平均值，根据实施例1中的标准曲线读取提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度，并根据实施例1中的残留丙烯酰胺单体的质量分数ω的计算公式分别计算样品中残留丙烯酰胺单体含量。

不同的微波萃取时间所测得样品中残留单体的含量如表2所示：

表2

样品编号	样品质量(g)	微波萃取时间(min)	丙烯酰胺含量(％)
				样品1	4.8092	1	0.1812
样品2	4.7354	2	0.2214
				样品3	4.8085	3	0.2432
样品4	4.9962	4	0.2523
				样品5	5.0872	5	0.2538
样品6	5.0936	6	0.2539
				样品7	4.9837	10	0.2539

样品8	5.0221	20	0.2539
				样品9	5.0018	>20	0.3205

通过上述表格测得的结果可以表明：用微波萃取的方法提取残留单体，提取时间小于5min时提取不彻底，测得的残单含量偏低，当残留单体含量趋于最大值并稳定时，提取时间不能低于5min；当提取时间大于20min时，微波炉内提取液沸腾剧烈，溶剂易挥发使得测定含量高于实际含量，时间过长还有可能造成爆炸，安全起见，微波萃取时间不得高于20min。

实施例3

仪器与条件

高效液相色谱仪：岛津LC-15C；

色谱柱：WondasilC18(4.6×250mm，0.5μm)色谱柱；

流动相体积比：KH₂PO₄水溶液：甲醇＝80：20，pH＝3.5、KH₂PO₄水溶液的浓度为10mM；

检测波长：210nm；

流速：1.0mL/min；

进样体积：5μL；

柱温：40℃。

称取丙烯酰胺0.1g于烧杯中，精确至0.1mg，用乙腈溶解并用乙腈定容于100mL容量瓶中，配制成1000mg/L的丙烯酰胺标准溶液，用此标准溶液配制1000mg/L、500mg/L、100mg/L、50mg/L、10mg/L、0.5mg/L6个系列浓度的标样溶液，注入高效液相色谱仪，按上述方法进样，平行测定三次取其峰面积平均值，并绘制丙烯酰胺标准曲线，如图3所示，线性方程为y＝10017x-7192,线性相关系数(R2)为0.99998。

称取3.0624g实施例1中的阳离子聚丙烯酰胺样品于30mL乙腈与水的混合溶剂中，两者体积比为80：20，微波萃取5min并搅拌10min后，取上清液、过滤、注入液相色谱仪，其液相色谱图如图4所示，按上述方法进样，平行进样三次取其峰面积平均值，根据标准曲线读取提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度，并根据式I计算样品中残留丙烯酰胺含量ω，数值以％表示：

$\mathrm{\ω}=\frac{c*V*{10}^{-6}}{m}\×100\%$

式中：

c为标准曲线中对应的提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度，单位为mg/L；

m为聚丙烯酰胺样品的质量，单位为g；

V为混合溶剂体积，单位为mL，本实施例中V＝30。

所测得样品中残留单体的含量如表3所示：

表3

	样品质量(g)	峰面积平均值	残留单体含量/％
				实施例3	3.0624	2326233.625	0.2282

由表3可知，本实施对流动相的种类、体积比、检测波长、进样量等液相条件、提取溶液种类及体积比、标准曲线的制作方法等要求保护本技术方案的范围内做出的简单变换，与实施例1种所测结果的绝对误差小于0.3％，说明在本技术方案要求保护的范围内做出的变动在测定残留丙烯酰胺单体含量上是等效的。

Claims (7)

1.一种快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，包括以下步骤：

1)利用高效液相色谱仪测定丙烯酰胺标准溶液的峰面积，并绘制该峰面积与丙烯酰胺标准溶液浓度关系的标准曲线；

2)将阳离子聚丙烯酰胺与有机溶剂和水的混合溶剂配制成浓度为0.01～0.15g/mL的混合物；

3)将步骤2)的混合物用微波炉提取残留丙烯酰胺单体，得到提取液；

4)用高效液相色谱法检测提取液中残留丙烯酰胺单体的峰面积，根据步骤1)绘制的标准曲线读取提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度；

5)根据式I计算阳离子聚丙烯酰胺样品中残留丙烯酰胺单体的含量ω；

$\mathrm{\ω}=\frac{c*V*{10}^{-6}}{m}\×100\%$ 式I

式I中：

c为标准曲线中对应的提取液中残留丙烯酰胺单体的浓度，单位为mg/L；

m为聚丙烯酰胺样品的质量，单位为g；

V为混合溶剂的体积，单位为mL。

2.根据权利要求1所述的快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，其特征在于，步骤2)所述混合溶剂中有机溶剂与水的体积比为7:3～9:1。

3.根据权利要求1所述的快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，其特征在于，所述用微波炉提取残留丙烯酰胺单体时微波炉的功率为500～750W，提取时间为5～20min。

4.根据权利要求1所述的快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，其特征在于，步骤4)的用高效液相色谱法检测提取液中残留丙烯酰胺单体的峰面积包括以下步骤：

a)将用微波炉提取的混合物搅拌5～10min，过滤，得到提取液；

b)取提取液5～20μL注入液相色谱仪，流动相流速为0.5～2.0mL/min，检测波长为205～230nm，色谱柱柱温箱温度为25～40℃，测定并记录峰面积，根据标准曲线的直线方程计算残留单体含量。

5.根据权利要求1所述的快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，其特征在于，所述的色谱柱为C18柱。

6.根据权利要求1或4所述的快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，其特征在于，所述的高效液相色谱法中的流动相为磷酸二氢盐水溶液和甲醇。

7.根据权利要求6所述的快速检测阳离子聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体含量的方法，其特征在于，所述的流动相磷酸二氢盐水溶液和甲醇的体积比为98:2～65:35；其中，磷酸二氢盐水溶液的浓度为10～20mM，pH＝3～4。