1H NMR雙內標法測定2，4-DNT標準物質中的有機雜質

王民昌，張皋，徐敏，欒潔玉，陳智群，李遵來，齊珠釵

(西安近代化學研究所，西安 710065)

1H NMR雙內標法測定2，4-DNT標準物質中的有機雜質

王民昌，張皋，徐敏，欒潔玉，陳智群，李遵來，齊珠釵

(西安近代化學研究所，西安 710065)

利用1H NMR確定了2，4-DNT標準物質中的有機雜質為乙醇，根據化合物的核載量定義，采用不含四甲基硅烷（TMS）的氘代丙酮為溶劑，將1，1，2，2-四氯乙烷與六甲基二硅醚的四氯化碳標準溶液加入待測液中作為雙內標，用乙醇的甲基質子峰為定量峰對其含量進行了測定。雙內標法測定結果分別為0.075%，0.074%，標準偏差分別為0.005，0.006，t檢驗證實該結果與色譜法定值結果一致。該方法專屬、準確、簡便、快速，適用于標準物質中有機雜質的測定。

1H NMR定量；2，4-DNT標準物質；雙內標；1，1，2，2-四氯乙烷；六甲基二硅醚

核磁共振（NMR）最早僅作為化學結構鑒定的工具，隨著近二十年來儀器裝置的發展及科研人員在核磁共振領域的活躍研究，NMR逐漸成為強有力的定量分析工具［1］。與其它分析方法相比，使用NMR方法進行定量分析，具有快速、簡便、準確、專屬性強等特點。由于NMR定量是通過特定吸收峰強度實現的，只要每個組分有1個或1組互不重疊的吸收峰，即可用NMR進行定量分析［1–3］，故核磁共振定量在混合組分的定性、定值中具有一定的優勢，不僅用于主體含量分析［4］，還用于有機雜質的含量分析［5，6］。

二硝基甲苯(DNT)是制備聚氨酯泡沫塑料不可缺少的重要原料。2，4-DNT是DNT最重要的異構體，不僅廣泛用于染料中間體的合成，也可直接用于火炸藥、發射藥及國防軍事尖端和宇宙飛行。DNT中的微量雜質對其使用性能、穩定性、運輸與貯存安定性有著致關重要的影響。為保障DNT及其產品純度的檢測和所有測量值的有效、統一，滿足產品的各項量值高需求，西安近代化學研究所在20世紀80年代就研制了DNT異構體純度標準物質。由于所研制的標準物質純度≥99.5%，很難用常規化學方法定量，為提高標準物質定值的準確度并減小不確定度，采用雜質扣除法進行定值。

筆者以研制的2，4-DNT純度標準物質為研究對象，同時加入1，1，2，2-四氯乙烷與六甲基二硅醚（HMDSO）為內標，采用核磁共振氫譜法對其中的有機雜質進行了準確測定。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

超導核磁共振波譜儀：Bruker-AV500型，磁場強度11.74 T，配BBO寬帶多核探頭，瑞士布魯克公司；

電子天平：AL204型，感量為0.1 mg，梅特勒–托利多儀器（上海）有限公司；

微量進樣器:10,100 μL；

氘代丙酮為美國CIL公司進口試劑；

四氯化碳、1，1，2，2-四氯乙烷（內標1）：分析純；

六甲基二硅醚（內標2）：光譜純，北京化工廠；

2，4-DNT標準物質：純度大于99.9%，西安近代化學研究所；

所有化合物經多種手段證實其結構正確。

1.2 溶液配制

（1）T#標準溶液配制

精確稱取約230 mg的1，1，2，2-四氯乙烷（精確至0.1 mg）于10 mL容量瓶中為內標物1，用四氯化碳稀釋至刻度，搖勻待用。計算得T#標準溶液1，1，2，2-四氯乙烷質量分數為w1=0.005 766。

（2）H#標準溶液配制

稱取約160 mg的HMDSO（精確至0.1 mg）于10 mL容量瓶中為內標物2，用四氯化碳稀釋至刻度，搖勻待用。計算得H#標準溶液HMDSO質量分數w2=0.003 983。

（3）待測樣品溶液配制

稱取約200 mg待測2，4-DNT樣品(精確至0.1 mg)于? 5 mm的NMR樣品管中，分別用微量進樣器吸取T#標準溶液約100 μL、H#標準溶液10 μL，注入NMR管中，精確稱量后加入0.6 mL 的不含TMS的氘代丙酮，搖勻，編號為1#試樣，封口待測。同上方法，制備2#～8#樣品，搖勻，編號，封口待測。

1.3 實驗方法

按照儀器操作程序，將配制好的樣品放入NMR儀中，勻場至最佳，利用Bruker標準脈沖，測其氫譜。? 5 mm樣品管，溫度25℃，1H NMR觀測頻率為499.93 MHz。

定量脈沖角度30°，數據點64 K，1H NMR脈沖延遲30 s。累加次數64次，樣品管不旋轉。將圖譜識別，分別選擇信號彼此分離又能代表各組分特征的共振吸收峰作為相應組分的定值峰，其積分強度分別與標準樣品吸收峰的積分強度比較進行含量計算。積分區間：δH6.554～δH6.409（s，2H）為內標1的積分區間；δH1.157～δH1.040（t，3H）為有機雜質乙醇積分區間；δH0.118～δH0.003（s，18H）為內標2的積分區間。

2 結果與討論

2.1 雜質鑒別

以氘代丙酮(DMCO-d6)為溶劑配制待測2，4-DNT 1#樣品譜圖如圖1所示。

圖1 樣品2，4-DNT的1H NMR譜(DMCO-d6，25℃)

由圖1可知，除去溶劑峰(δH2.05)外，最高幾簇信號δH7.80(d，J=8.45 Hz，1H)，δH8.40(dd，J=2.30，8.45 Hz，1H)，δH8.69(d，J=2.30 Hz，1H)和δH2.71(s，3H)為2，4-DNT樣品峰，且可觀測到明顯的13C衛星峰s；δH6.49與δH0.07的單峰分別為1，1，2，2-四氯乙烷與六甲基二硅醚雙內標信號d與e，圖中標記為x的譜峰為四氯化碳帶入的雜質信號。δH1.11(t，3H，CH3)，δH3.55(m，2H，CH2)，δH3.19(t，1H，OH)分別為標準物質中有機雜質乙醇信號a、b、c。加入少量乙醇，該三組信號出現增長，再次確認微量有機雜質為乙醇。

2.2 雜質定量

2.2.1 計算方法

以1，1，2，2-四氯乙烷與六甲基二硅醚為雙內標，利用譜峰面積與共振核的數目成正比關系，以基于核載量（NCM）的定量公式(1)計算雜質百分含量［7，8］：

式中：Aj——所求物質質量分數；

Ci——選測峰1H核載量；

Ws——內標物質量，mg；

Ii——選測峰的相對積分面積；

Cs——標準峰1H核載量；

Wm——被測物DNT質量，mg；

Is——標準峰的相對積分面積；。

Cs、Ci可用式(2)與式(3)計算：

式中：Ms——內標物相對分子質量（內標1相對分子質量Ms1＝167.82，內標2相對分子質量Ms2＝162.38）；

Mi——選測雜質相對分子質量（雜質乙醇相對分子質量 Mi=46.10）；

ns——標準峰含氫個數（內標1 ns1=2，內標2 ns2=18）；

ni——選測峰含氫個數（ni=3）；

α——1H原子同位素豐度，0.999 85。

定量內標物應具有較高的純度，含有多個質子，并在NMR圖譜中表現為尖銳單峰，吸收峰與所測的樣品峰之間應避免干擾。1，1，2，2-四氯乙烷與六甲基二硅醚雙內標在氘代丙酮中均只有一單峰，與2，4-DNT主峰強信號及雜質乙醇信號相距較遠，便于積分。

雜質乙醇有3組信號，且均與其它信號無重疊，δH3.19為活潑氫，原則上不能進行定量，其余二組信號都可用于定量。圖1中以甲基峰δH1.11作為乙醇選測峰，其積分強度Ii記作I1.11，該峰含3個氫，即ni=3。

內標1只有一個單峰δH6.49，選其為標準峰，記做Is1=I6.49，該標準峰含2個氫，即ns1=2；同樣，內標2標準峰Is2=I0.07，ns2=18；選測峰與標準峰積分面積比I1.11/I6.49或I1.11/I0.07值即公式(1)的Ii/Is值。為計算方便，積分時可設定標準峰積分面積為整數，圖1設定內標2標準峰Is2=I0.07=100.00，則Ii=I1.11=152.01，Is1=I6.49=158.52。

1#樣中，被測2，4-DNT標準物質樣品質量Wm=223.6 mg，內標1質量Ws1=WT#×w1= 155.8 mg×0.005 766=0.898 3 mg；內標2質量Ws2= WH#×w2=15.6 mg×0.003 983=0.0621 mg。

將以上數據代入式（1）中，得A1=0.071%，A2=0.072%。

2.2.2 定量結果

同理，測定其余幾組待測樣品，結果列入表1中。

表1 DNT標準物質樣品中乙醇含量測定結果

由表1可知，內標1計算得乙醇含量為：

實驗標準偏差：

內標2計算得乙醇含量為0.074%；實驗標準偏差為0.006。

兩種內標定值結果一致，平均值為0.075%。

將2，4-DNT標準物質進行多次色譜測試，獲得雜質乙醇含量為0.083%，0.094%，0.072%，0.075%，0.084%，0.086%，0.081%，0.070%。計算得乙醇含量為：

實驗標準偏差為：

不同方法之間的測量可視為不等精度測量，采用t檢驗判斷兩種方法所得結果是否一致。

將核磁共振法內標1結果與色譜法結果進行t檢驗，計算得t=1.50，自由度ν＝13。由tα(ν)數值表［9］查得t0.05(13)=2.16，因t＜2.16，故兩種方法測定結果一致。同樣，內標2結果也與色譜法結果一致。

3 結論

（1）采用核磁共振法實現了標準物質中有機雜質的定性和定量分析，方法專屬、準確；

（2）采用雙內標定值，相互驗證，保證了定值結果的可靠性；

（3）雙內標法與色譜法測定結果一致。

［1］ 孫靜霞，張正行.NMR在藥物定量分析中的應用［J］.藥物分析雜志，2005，25(1): 117–122.

［2］ 劉英，胡昌勤.核磁共振在抗生素藥物定量分析中的應用［J］.藥物分析雜志，2001，21(6): 447–452.

［3］ 胡敏，胡昌勤，劉文英.核磁共振波譜法測定藥物基準物質的絕對含量［J］.分析化學，2004，32(4): 451–455.

［4］ 王民昌，張皋，徐敏，等. NMR測定某新型液體推進劑組分研究［J］.含能材料，2007，15(4): 404–405.

［5］ 徐敏，張皋，王民昌，等.核磁共振法測定RDX標準物質中殘余溶劑含量［J］.光譜實驗室，2007，24(6): 1 171–1 175.

［6］ 王民昌，張皋，欒潔玉，等.氫核磁共振法測定奧克托金標準物質中的有機雜質含量［C］//2009國防計量測試學術年會.貴陽，2009.

［7］ Qi Zhu Chai. Essential quantitative parameters in NMR nucleuscarrying mass and nuclear particle number［J］. Chinese Science Bulletin，1991，36(15): 1 271–1 274.

［8］ 齊珠釵.核磁共振定量基本參數–核載量和粒子數［J］.科學通報，1990，35(23): 1 794–1 797.

［9］ 全國化工標準物質委員會.分析測試質量保證［M］.沈陽：遼寧大學出版社，2004: 529.

Quanti fi cation of the Organic Impurities in Reference Material 2,4-DNT by Double Internal Standards of1H NMR

Wang Minchang， Zhang Gao， Xu Min， Luan Jieyu， Chen Zhiqun， Li Zunlai， Qi Zhuchai
(Xi’an Modern Chemistry Research Institute， Xi’an 710065， China)

One kind of organic impurities in reference material 2，4-DNT was identi fi ed as ethanol by1H NMR. 1，1，2，2-tetrachloroethane and hexamethyldisiloxane of CCl4solution were added to 2，4-DNT of acetone-d6solution without tetramethylsilane(TMS) as double internal standards. The quantitative analysis of the impurity ethanol was achieved by measuring the selected methyl proton peak intensity，according to the nucleus-carrying mass(NCM) of every component. It was found that the content of ethanol were 0.075%，0.074%, and RSD were 0.005，0.006 respectively，which were accordant with that of the gas chromatography by t test. The method is speci fi city，accurate，simple，rapid and suitable for the quantitative determination of the organic impurities in reference material content.

quantification of1H NMR; reference material of 2,4-DNT; double internal standards; 1,1,2,2-tetrachloroethane; hexamethyldisiloxane

O657.1

A

1008–6145(2012)03–0052–04

10.3969/j.issn.1008–6145.2012.03.014

聯系人：王民昌；Email: wmc204@yahoo.com.cn

2012–03–08