氣相色譜法測定工業丙烯腈中微量對羥基苯甲醚和對苯二酚

彭振磊，王 川，劉朝霞，張育紅，朱玉萍

（1.中國石化 上海石油化工研究院，上海 2 0 1 2 0 8；2.上海賽科石油化工有限責任公司，上海 2 0 1 5 0 7）

氣相色譜法測定工業丙烯腈中微量對羥基苯甲醚和對苯二酚

彭振磊1，王 川1，劉朝霞2，張育紅1，朱玉萍2

（1.中國石化 上海石油化工研究院，上海 2 0 1 2 0 8；2.上海賽科石油化工有限責任公司，上海 2 0 1 5 0 7）

建立了采用氣相色譜直接測定工業用丙烯腈中微量阻聚劑(包括對羥基苯甲醚和對苯二酚)的方法。利用HP-5（30 m× 0.25 mm×0.25 μm）型毛細管色譜柱分離、氫火焰離子化檢測器檢測、單點外標法定量，測定工業用丙烯腈中兩種阻聚劑的含量。采用氣相色譜法，目標化合物的加標回收率為97.6%～102.0%，測定結果的相對標準偏差為0.29%～0.72%。采用不分流進樣，對羥基苯甲醚和對苯二酚檢出限分別低至0.12，0.29 mg/kg。該方法已成功應用于工業用丙烯腈中對羥基苯甲醚和對苯二酚的檢測，保護了人員的身體健康，有效防范了丙烯腈化驗室的HSE風險。

氣相色譜；丙烯腈；阻聚劑；對羥基苯甲醚；對苯二酚

丙烯腈是一種重要的有機化工原料，主要用于生產腈綸、丙烯酰胺、丁腈橡膠等，開發利用前景廣闊。由于丙烯腈具有不穩定的雙鍵結構，極易發生自聚、共聚、水解等，給生產、儲存及運輸帶來一定困難。因此，在生產丙烯腈過程中，加入微量對苯二酚（HQ）作為阻聚劑［1-3］，防止丙烯腈及其他烯烴類雜質聚合，堵塞管路，但HQ會嚴重影響丙烯腈的共聚反應轉化率［4］，需要在丙烯腈產品中脫除。而在儲存和運輸丙烯腈過程中，加入對丙烯腈共聚影響不明顯的微量對羥基苯甲醚（MEHQ）作為阻聚劑，可以保持丙烯腈在非生產狀態下的穩定性。工業用丙烯腈產品規格中明確規定了MEHQ的控制指標（35～45 mg/kg）及分析方法［5］，但對嚴重影響丙烯腈共聚反應的HQ未規定控制指標及相應的分析方法。阻聚劑含量過低，不能起到有效的阻聚作用，含量過高，會影響丙烯腈的下游應用。

目前，國家標準采用分光光度法測定工業用丙烯腈中MEHQ的含量［6］。首先通過萃取分離、蒸餾等方法制備不含MEHQ的丙烯腈，并以此丙烯腈配制MEHQ標準溶液；然后以水作參比，測量各標準溶液及丙烯腈試樣在295 nm處的吸光度；再計算試樣中MEHQ的含量。該方法操作繁瑣，耗時耗力，特別是增加了人員與丙烯腈的接觸，危害身體健康，使化驗室HSE防范任務始終處于高壓狀態。而且，該方法定量限為5 mg/kg，限制了它的應用范圍。因此，為適應今后實際檢測工作的需要，從丙烯腈產品質量控制、保障分析測試人員身體健康和降低化驗室HSE風險系數等角度考慮，建立一種快速、簡便、準確的分析方法用于丙烯腈中微量阻聚劑的測定十分必要。

氣相色譜法具有進樣量少、自動化程度高、分析速度快、準確度高的優勢，成為石化基本有機原料常規的分析手段。在丙烯腈產品純度和雜質分析中，氣相色譜法已得到廣泛應用［7-11］?；菹|等［12］采用氣相色譜法分析了丙烯腈中MEHQ的含量，但仍沿用上述國家標準推薦的標準溶液配制法，并未減少分析測試人員與丙烯腈的接觸，對人員的毒害較大，另外未考慮痕量HQ的測定問題。

本工作考察了不同固定相和規格的色譜柱對MEHQ和HQ分離與檢測的影響，并優化了色譜條件，建立了采用氣相色譜直接測定工業用丙烯腈中MEHQ和HQ含量的方法，并推薦單點外標法以提高分析效率；同時使用無水乙醇替代丙烯腈作為配制標準溶液的溶劑，大幅減少了分析測試人員與丙烯腈的接觸，避免人員受到丙烯腈的毒害，從而保護人員的身體健康，有效防范丙烯腈化驗室的HSE風險。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

Agilent公司7890B型氣相色譜儀，備有自動進樣器和FID。HP-1（30 m×0.25 mm×0.25 μm），HP-5（30 m×0.32 mm×0.25 μm），HP-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm），HP-FFAP（30 m× 0.25 mm×0.25 μm）毛細管色譜柱：Agilent公司。RTX-5（10 m×0.18 mm×0.20 μm）色譜柱：Restek公司。

MEHQ、HQ、無水乙醇：分析純，國藥集團化學試劑上海有限公司。丙烯腈試樣：不同丙烯腈生產廠家提供。

1.2 色譜條件

毛細管色譜柱柱溫采用程序升溫：初溫70 ℃，以10 ℃/min升至160 ℃，進樣口溫度為300 ℃，載氣為N2，流量為2.0 mL/min，不分流進樣。FID檢測：300 ℃，氫氣流量為40 mL/min，空氣流量為400 mL/min，尾吹氣流量為20 mL/min，進樣量為1 μL。

1.3 標準溶液配制

準確稱取定量的MEHQ和HQ標準品，分別用無水乙醇定容，配制成491.6 mg/kg的MEHQ和770.6 mg/kg的HQ標準儲備液。準確移取上述儲備液，用無水乙醇定容，配制成系列標準溶液，備用。標準溶液中阻聚劑含量見表1。

表1 標準溶液中阻聚劑含量Table 1 Contents of polymerization inhibitors in standard solutions

1.4 分析步驟及定量方法

在1.2中的色譜條件下，直接將乙醇標準溶液和丙烯腈試樣注入氣相色譜儀進行分離，重復測定兩次，計算阻聚劑的平均峰面積。

采用單點外標法作為定量方法，要求標準溶液中阻聚劑的含量與丙烯腈試樣中阻聚劑的含量接近。若無特別說明，丙烯腈試樣中阻聚劑含量采用單點外標法計算時，均經過密度校正。

2 結果與討論

2.1 標準溶液溶劑的選擇

鑒于丙烯腈有毒，長期接觸對分析測試人員身體有害。采用氣相色譜法測定丙烯腈中阻聚劑含量時，配制標準溶液的溶劑可利用無水乙醇代替丙烯腈。一方面無水乙醇和丙烯腈沸點接近、密度相近，但毒性較低，適合模擬丙烯腈體系；另一方面減少丙烯腈的使用，可降低環境危害，大幅減少分析測試人員與丙烯腈的接觸，保護人員身體健康，有效防范丙烯腈化驗室的HSE風險。

2.2 分析條件的優化

MEHQ和HQ的極性強、沸點高，采用氣相色譜儀分離時，若毛細管色譜柱選擇不匹配，會導致出峰時間過長，而且出現色譜峰不對稱、拖尾等現象。通過實驗考察了采用不同極性、不同規格的毛細管色譜柱時，MEHQ和HQ的色譜分離情況。結果表明，選用弱極性色譜柱HP-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm）時，被分離化合物與色譜柱固定相的吸附能力匹配。采用HP-5（30 m×0.25 mm× 0.25 μm）弱極性色譜柱的標準溶液色譜見圖1，從圖1可以看出：MEHQ和HQ均能快速出峰，并且峰形對稱性較好，適于丙烯腈中阻聚劑含量的分析。

圖1 采用HP-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm）弱極性色譜柱的標準溶液色譜Fig.1 Chromatogram of standard solution with weak polarity chromatographic column.

在色譜條件中，柱溫箱溫度、進樣量及載氣流量均會影響阻聚劑的分離和檢測靈敏度：柱溫箱溫度過低，會影響出峰時間和峰形；進樣量過大，會導致色譜柱超載，峰形變差；載氣流量過快，會導致阻聚劑無法分離。

經優化，采用色譜柱初溫為70 ℃、以10 ℃/ min升溫至160 ℃的柱溫條件，載氣流量為2 mL/ min、不分流進樣的分離條件，對丙烯腈中阻聚劑含量進行檢測。

2.3 定量分析

2.3.1 線性范圍及定量方法

在優化的色譜條件下，對阻聚劑標準溶液進行3次重復分析。將測得的MEHQ和HQ的平均峰面積與含量進行線性回歸，回歸方程分別為y = 2.391x - 0.536（r = 1.000 0），y = 0.926x - 0.110（r = 0.999 9）（y：平均峰面積；x：阻聚劑含量；r：線性相關系數）。結果表明，MEHQ（1.0～98.4 mg/kg）和HQ（1.6～58.8 mg/kg）在實驗濃度范圍內，峰面積與含量具有良好的線性關系。因此，丙烯腈中微量阻聚劑含量可以通過標準曲線外標法定量。

由于阻聚劑標準溶液配制繁瑣，完成標準曲線繪制需要較長時間，因此考察了單點外標法的定量準確性，以替代標準曲線外標法，從而降低勞動強度，提高工作效率。以接近工業用丙烯腈試樣中阻聚劑濃度的標準溶液，計算不同標準溶液中的阻聚劑含量，并與標準曲線外標法進行對比，標準曲線外標法與單點外標法定量結果見表2。從表2可以看出，單點外標法的測定結果與標準曲線法的測定結果基本一致，而且在低濃度范圍內，單點外標法的測量結果更準確。因此，推薦單點外標法作為定量方法，并要求標準溶液中的阻聚劑含量與工業用丙烯腈試樣中的阻聚劑含量接近。

表2 標準曲線外標法與單點外標法定量結果比較Table 2 Comparison of quantitative results of external standard curve method and single point external standard method

2.3.2 最低檢測限

在優化的操作條件下，對阻聚劑的檢測靈敏度進行考察。選擇1.0 mg/kg的MEHQ和1.6 mg/ kg的HQ標準溶液進行分析，其中，MEHQ和HQ的峰高分別為1.5和1.0，噪音峰高為0.06。以3倍信噪比計算，MEHQ和HQ的檢測限分別為0.12，0.29 mg/kg。

2.3.3 回收率與精密度

以丙烯腈作為本底，分別添加MEHQ和HQ標準溶液，進行回收率實驗，每個添加水平平行測定3次，目標化合物的加標回收率見表3。從表3可以看出，回收率為97.6%～102.0%，測定結果的相對偏差為0.29%～0.72%，說明該方法的準確度和精密度良好，能夠滿足定量分析需求。

表3 目標化合物的加標回收率Table 3 Spiked recoveries of the target compounds

2.4 工業用丙烯腈試樣中阻聚劑含量測定

利用該方法對國內不同廠家的丙烯腈試樣中的阻聚劑進行檢測，工業用丙烯腈試樣的典型色譜圖見圖2。采用單點外標法計算MEHQ與HQ的含量，并將MEHQ的含量與采用國家標準測定的結果進行對比，工業用丙烯腈試樣中阻聚劑含量見表4。從表4可以看出，氣相色譜法與國家標準方法相比，MEHQ含量的結果一致，同時，氣相色譜法還具有測定丙烯腈中HQ含量的優勢，說明氣相色譜法能很好地用于工業用丙烯腈試樣中微量阻聚劑含量的檢測。

圖2 工業用丙烯腈試樣的典型色譜Fig. 2 Typical chromatogram of the industrial acrylonitrile.

表4 工業用丙烯腈試樣中阻聚劑含量Table 4 Contents of polymerization retarders in industrial acrylonitrile

3 結論

1）建立了采用氣相色譜測定工業用丙烯腈中微量阻聚劑(包括對羥基苯甲醚和對苯二酚)含量的方法。采用色譜柱初溫為70 ℃、以10 ℃/min升溫至160 ℃的柱溫條件，載氣流量為2 mL/min、不分流進樣的分離條件，丙烯腈中微量阻聚劑在HP-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm）型毛細管色譜柱上得到快速檢測。

2）所建立的氣相色譜法采用單點外標法定量，目標化合物的加標回收率為97.6%～102.0%，測定結果的相對標準偏差為0.29%～0.72%，對羥基苯甲醚和對苯二酚檢出限分別低至0.12，0.29 mg/kg。

3）采用氣相色譜法測定丙烯腈中阻聚劑含量，具有簡便、準確、快速、環保的優點，能減少分析測試人員與丙烯腈的接觸，保障人員健康，有效防范化驗室HSE風險，具有良好的應用前景。

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（編輯 王 萍）

Determination of trace 4-methoxyphenol and hydroquinone in industrial used acrylonitrile by gas chromatographic method

Peng Zhenlei1，Wang Chuan1，Liu Zhaoxia2，Zhang Yuhong1，Zhu Yuping2
（1. Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology，Shanghai 201208；2 Shanghai SECCO Petrochemical Co. Ltd.，Shanghai 201507）

A method for determination of trace polymerization retarders(4-methoxyphenol and hydroquinone) in industrial used acrylonitrile has been developed by gas chromatography. The quantitative analysis was performed by gas chromatography-flame ionization detector with single point external standard method. The method was characterized by the recovery ranged from 97.6% to 102.0%. The repeatability ranged from 0.29%-0.72% for determination results；limit of detection ranged from 0.12，0.29 mg/kg. Compared with the spectrophotometric method，the established method was proved to be simple，fast and accurate，and protect the employee health through reducing the contact between them and acrylonitrile，which was suitable for the determination of polymerization retarders in industrial used acrylonitrile.

gas chromatography；acrylonitrile；polymerization inhibitor；4-methoxyphenol；hydroquinone

10.3969/j.issn.1000-8144.2017.08.017

1000-8144（2017）08-1060-05

TQ 207.4

A

2017-01-20；［修改稿日期］2017-05-17。

彭振磊（1980—），男，河南省禹州市人，博士，高級工程師，電話 021-68462197-6304，電郵 Pengzl.sshy@sinopec.com。