氣相色譜三內(nèi)標(biāo)法同時(shí)測(cè)定苯甲醚產(chǎn)品中五種成分的含量

，，，， ，

(1.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065；2.國(guó)家能源煤炭分質(zhì)清潔轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；3.西安佳誠(chéng)勞務(wù)派遣有限公司，陜西 西安 710065)

苯甲醚因其特殊的芳香性與化學(xué)惰性，廣泛應(yīng)用于具有特殊香型的精油制造，也是啤酒常用的抗氧化劑、乙烯聚合物紫外線穩(wěn)定劑和腸道殺蟲劑生產(chǎn)的重要化工原料[1-3]。傳統(tǒng)制備苯甲醚的方法，主要通過甲基化試劑硫酸二甲酯在堿性水溶液中與苯酚反應(yīng)制得[4]。硫酸二甲酯雖然是溫和高效的甲基化試劑，但因其劇毒易燃，生產(chǎn)廢液處理難度大等問題，不符合現(xiàn)代“綠色化工”的生產(chǎn)要求[5]。隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)升級(jí)進(jìn)程不斷深入，市場(chǎng)亟待“安全、環(huán)保、綠色、低毒”的新制備工藝出現(xiàn)。因此，碳酸二甲酯作為新型甲基化試劑[6]生產(chǎn)的苯甲醚產(chǎn)品逐漸步入市場(chǎng)。

一般地，苯甲醚產(chǎn)品純度的分析檢測(cè)方法主要通過色譜分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。硫酸二甲酯與碳酸二甲酯不僅易水解，而且在芳環(huán)吸收波段無(wú)吸收，同時(shí)苯甲醚及其同系物氣化溫度較低。因此，測(cè)定苯甲醚產(chǎn)品往往采用氣相色譜法。胡萬(wàn)鋼[7]以丁酸乙酯為苯酚的內(nèi)標(biāo)物，通過固定液為OV-17的不銹鋼填充柱(4m×3mm，60～80目)，100 ℃恒溫分離模式，建立氣相色譜內(nèi)標(biāo)法測(cè)定苯甲醚中苯酚的含量，方法相對(duì)偏差低于1.396%，檢出限低于0.03 mg/mL。陳燕[8]采用乙酸酐為衍生化試劑堿液萃取衍生雜酚，通過固定液為5%SP-1200/1.75%Bentone 34不銹鋼填充柱(2 m×3 mm，100～120目)，建立氣相色譜外標(biāo)法，180 ℃恒溫分離模式，實(shí)現(xiàn)苯甲醚中雜酚總量、雜醚同時(shí)測(cè)定。雜酚總量、雜醚測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.8%～9.5%，檢出限低于0.5 mg/mL，回收率介于96%～108%之間。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的測(cè)試方法主要集中于測(cè)定苯甲醚產(chǎn)品中某一種或幾種雜質(zhì)的含量上。鑒于主產(chǎn)物與雜質(zhì)含量懸殊，整體測(cè)定樣品中主產(chǎn)物與雜質(zhì)含量的方法尚未報(bào)道。而且，為了提高部分雜質(zhì)的檢出靈敏度，往往需要進(jìn)行繁瑣、復(fù)雜的柱前衍生，因此需要建立一種快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的分析方法同時(shí)測(cè)定苯甲醚產(chǎn)品中主產(chǎn)物與雜質(zhì)的含量，以期規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量與指導(dǎo)生產(chǎn)用料。

本文依據(jù)商品化苯甲醚產(chǎn)品的特性，分別篩選適合定量分析的氣相色譜內(nèi)標(biāo)物，考察方法的線性范圍、檢出限與定量限、回收率、重復(fù)性等指標(biāo)，并對(duì)兩種不同工藝生產(chǎn)的苯甲醚實(shí)際樣品定量分析，實(shí)現(xiàn)同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定苯甲醚產(chǎn)品中的雜質(zhì)與主產(chǎn)物含量的質(zhì)量需求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)試劑

苯甲醚(99.9%，ANI)，淮安德邦化工有限公司；碳酸二甲酯(99.0%，DMC)，上海梯希愛化成工業(yè)發(fā)展有限公司；乙基環(huán)己烷(99.0%)，上海梯希愛化成工業(yè)發(fā)展有限公司；苯酚(99.5%，Phen)，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鄰甲基苯甲醚(99.5%，o-MA)，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；對(duì)甲基苯甲醚(99.5%，p-MA)，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；1,4-二氧六環(huán)(99.5%)，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；4-乙基甲苯(99.0%)，上海麥克林生化科技有限公司；對(duì)二甲苯(99.0%)，Alfa Aesar and Aladdin Reagent Co.，Ltd.，實(shí)驗(yàn)所用試劑皆優(yōu)于分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

氣相色譜儀(7890B)，Agilent Technologies,Inc.；配備FID檢測(cè)器和HP-5毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.32mm×0.25 μm)，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用Agilent Openlab系統(tǒng)；分析天平(XS205DU)，Mettler-Toledo,LLC。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 色譜條件

Agilent J&K HP-5毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.32mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度：200 ℃；進(jìn)樣量：0.2 μL；分流比：20∶1；程序升溫：起始溫度50 ℃，保持1 min，然后以5 ℃/min的升溫速率升至75℃，最后以10 ℃/min的速率升溫至220℃，持續(xù)1 min；載氣流速：1 mL/min(N2)；檢測(cè)器溫度：250 ℃；空氣/氫氣/尾吹流量：350 mL·min-1/40 mL·min-1/25 mL·min-1。

1.3.2 溶液配制

1.3.2.1 配制雜質(zhì)儲(chǔ)備液

分別稱取1.5000 g碳酸二甲酯，0.4000 g苯酚，0.5000 g鄰甲基苯甲醚，0.1000 g對(duì)甲基苯甲醚于100 mL容量瓶中，并用對(duì)二甲苯充分溶解、定容，制成濃度為15 mg/mL碳酸二甲酯、4 mg/mL苯酚、5 mg/mL鄰甲基苯甲醚、1 mg/mL對(duì)甲基苯甲醚雜質(zhì)儲(chǔ)備液。

1.3.2.2 配制雜質(zhì)內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液

分別稱取0.2500 g 1,4-二氧六環(huán)，0.0750 g 4-乙基甲苯于10 mL容量瓶中，對(duì)二甲苯充分溶解、定容，制成濃度為25.0 mg/mL 1,4-二氧六環(huán)、7.5 mg/mL 4-乙基甲苯雜質(zhì)內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液。

1.3.2.3 雜質(zhì)校正工作液的配制

分別移取0.1 mL，0.2 mL，0.3 mL，0.4 mL，0.5 mL雜質(zhì)儲(chǔ)備液與0.1 mL雜質(zhì)內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液置于5個(gè)5 mL容量瓶中，對(duì)二甲苯定容后，充分搖勻后得到系列雜質(zhì)校正工作液。

1.3.2.4 苯甲醚校正工作液的配制

分別稱取0.2500 g，0.5000 g，1.0000 g，2.0000 g，2.9000 g苯甲醚與1.6000 g乙基環(huán)己烷于5只5 mL容量瓶中，對(duì)二甲苯定容后充分混合，待測(cè)。

1.3.2.5 樣品測(cè)試

分別移取2.5 mL苯甲醚樣品、0.1 mL雜質(zhì)內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液、稱取1.6000 g乙基環(huán)己烷于5.0 mL容量瓶中，用對(duì)二甲苯定容，搖勻制成樣品待測(cè)液。待氣相色譜儀基線穩(wěn)定后，分別吸取0.2 μL樣品工作液，記錄各物質(zhì)的色譜峰的積分面積，樣品工作液平行測(cè)定12次，各組分的含量依據(jù)式(1)計(jì)算，計(jì)算所得各組分的濃度，采用格魯布斯檢驗(yàn)法，按99%的置信度取舍結(jié)果，再將各組分濃度平均值按式(2)歸一化。

(1)

式中：mi——組分i的樣品工作液濃度(m/v)，mg/mL；

Ai——組分i的積分面積；

A5——相應(yīng)內(nèi)標(biāo)的積分面積；

m5——相應(yīng)內(nèi)標(biāo)質(zhì)量，(m/v)，mg/mL；

a——內(nèi)標(biāo)校正曲線的斜率；

b——內(nèi)標(biāo)校正曲線的截距。

(2)

式中：wi——組分i的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%；

mi——組分i的樣品工作液濃度(m/v)，mg/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)標(biāo)物選擇與定性實(shí)驗(yàn)

一般地，雖然氣相色譜內(nèi)標(biāo)法的準(zhǔn)確度和精密度較高，但內(nèi)標(biāo)物的選擇往往具有難度，因此限制了內(nèi)標(biāo)法的應(yīng)用范圍。選擇內(nèi)標(biāo)物時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循[9]：(1)內(nèi)標(biāo)物應(yīng)與試樣中各組分獨(dú)立分離，且不被包含于試樣組分中；(2)內(nèi)標(biāo)物應(yīng)與樣品充分互溶，且不發(fā)生反應(yīng)；(3)內(nèi)標(biāo)物與待測(cè)物的色譜出峰位置相近，且不與樣品中任何組分重疊。苯酚通過碳酸二甲酯甲基化得到的苯甲醚產(chǎn)品中，往往包含碳酸二甲酯、苯甲醚、苯酚、鄰甲基苯甲醚、對(duì)甲基苯甲醚五種物質(zhì)，且苯甲醚與四種的雜質(zhì)的含量濃度相差較大。因此建立內(nèi)標(biāo)法時(shí)，應(yīng)當(dāng)依據(jù)待測(cè)物質(zhì)色譜性質(zhì)，匹配不同的內(nèi)標(biāo)物，滿足內(nèi)標(biāo)物篩選原則。通過前期實(shí)驗(yàn)，分別篩選1,4-二氧六環(huán)為碳酸二甲酯的內(nèi)標(biāo)物，乙基環(huán)己烷為苯甲醚的內(nèi)標(biāo)物，4-乙基甲苯為苯酚、鄰甲基苯甲醚、對(duì)甲基苯甲醚的內(nèi)標(biāo)物。

為了驗(yàn)證內(nèi)標(biāo)物與樣品主產(chǎn)物、雜質(zhì)的色譜性質(zhì)，分別配制雜質(zhì)濃度為碳酸二甲酯(2.6 mg/mL)、苯酚(0.2 mg/mL)、鄰甲基苯甲醚(0.78 mg/mL)、對(duì)甲基苯甲醚(0.16 mg/mL)的雜質(zhì)溶液；內(nèi)標(biāo)混液：1,4-二氧六環(huán)(2.5 mg/mL)、4-乙基甲苯(1.5 mg/mL)、乙基環(huán)己烷(38 mg/mL)；苯甲醚主產(chǎn)物溶液(400 mg/mL)注入氣相色譜儀，對(duì)物質(zhì)的色譜峰分離度、保留時(shí)間進(jìn)行考察。色譜分離情況如圖1所示。

1：碳酸二甲酯；2：1,4-二氧六環(huán)；3：乙基環(huán)己烷；4：苯甲醚； 5：4-乙基甲苯；6：苯酚；7：鄰甲基苯甲醚；8：對(duì)甲基苯甲醚；9：對(duì)二甲苯 圖1 四種雜質(zhì)雜質(zhì)、三種內(nèi) 標(biāo)物、苯甲醚色譜分離圖Fig.1 The separation chromatogram of four impurities, three internal substance and anisole

苯甲醚樣品中碳酸二甲酯(R.T.，3.323 min)、1,4-二氧六環(huán)(R.T.，4.072 min)、乙基環(huán)己烷(R.T.，6.095 min)、苯甲醚(R.T.，8.179 min)、4-乙基甲苯(R.T.，8.735 min)、苯酚(R.T.，8.999 min)、鄰甲基苯甲醚(R.T.，9.643 min)、對(duì)甲基苯甲醚(R.T.，9.837 min)幾種物質(zhì)在對(duì)二甲苯溶液中完全互溶，其各物質(zhì)色譜峰可以達(dá)到完全分離，R>1.5；苯甲醚樣品中不包含內(nèi)標(biāo)三種物質(zhì)，且內(nèi)標(biāo)物與待標(biāo)物質(zhì)出峰位置毗鄰，也不與體系中任何組分相重疊。因此三種內(nèi)標(biāo)物質(zhì)篩選合理。

2.2 線性關(guān)系考察

由于苯甲醚樣品中主產(chǎn)物與雜質(zhì)的含量相差較大，且不在相同的數(shù)量級(jí)。因此需要針對(duì)四種雜質(zhì)與苯甲醚主產(chǎn)物依據(jù)色譜條件，分別構(gòu)建內(nèi)標(biāo)校正曲線。然后，以待分析物質(zhì)峰面積(Ai)與相應(yīng)內(nèi)標(biāo)物面積(As)之比為橫坐標(biāo)，各組分的質(zhì)量濃度(Mi)與相應(yīng)內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量濃度(Ms)之比為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，得到碳酸二甲酯、苯甲醚、苯酚、鄰甲基苯甲醚、對(duì)甲基苯甲醚的標(biāo)準(zhǔn)曲線分別為：Y=2.0464X+0.0095(R2=0.9999)，線性范圍：0.15～0.75 mg/mL，檢出限：0.0094 g/L，定量限：0.031 g/L；Y=1.2506X+0.0003(R2=1.0000)，線性范圍：54.17～589.6 mg/mL，檢出限：0.033 g/L，定量限：0.11 g/L；Y=1.3684X+0.0933(R2=0.9994)線性范圍：0.04～0.2 mg/mL，檢出限：0.0093 g/L，定量限：0.031 g/L；Y=1.0553X+0.0037(R2=0.9998)，線性范圍：0.05～0.25 mg/mL，檢出限：0.012 g/L，定量限：0.041 g/L；Y=1.0838X+0.0024(R2=0.9995)，線性范圍：0.01～0.05mg/mL，檢出限：0.0029 g/L，定量限：0.0097 g/L。

2.3 儀器精密度考察

分別取同一雜質(zhì)校正工作液與苯甲醚校正工作液，重復(fù)進(jìn)樣6次，計(jì)算碳酸二甲酯、苯酚、鄰甲基苯甲醚、對(duì)甲基苯甲醚、苯甲醚幾種物質(zhì)含量的RSD，分別為0.188%、0.792%、0.180%、0.233%，0.0951%，結(jié)果表明儀器精密度良好。

2.4 樣品回收率考察

由于雜質(zhì)與苯甲醚產(chǎn)品主產(chǎn)物含量不在一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此將雜質(zhì)和主產(chǎn)物的加標(biāo)回收率試驗(yàn)分開進(jìn)行。

對(duì)于雜質(zhì)的加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)：取已知各雜質(zhì)含量的苯甲醚樣品2.5 mL于5.0 mL容量瓶中，并加入0.1 mL雜質(zhì)內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液，分0.5 eq，1.0 eq，1.5 eq三個(gè)水平分別加標(biāo)，共完成6組三水平加標(biāo)液，測(cè)定各雜質(zhì)的含量。由于樣品中并不包含苯酚，因此需要針對(duì)苯酚進(jìn)行空白加標(biāo)，三水平加標(biāo)量分別為0.13 mg/mL、0.26 mg/mL、0.39 mg/mL。對(duì)于主產(chǎn)物的加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)：取已知主含量的苯甲醚樣品稀釋至一定濃度，分0.5 eq，1.0 eq，1.5 eq三個(gè)水平分別加標(biāo)，固定加入1.6000 g乙基環(huán)己烷配成溶液，共完成6組三水平加標(biāo)液，測(cè)定苯甲醚的含量，如表1所示。碳酸二甲酯的樣品加標(biāo)回收率：98.7%～104.3%，平均回收率：101.8%，RSD：1.27%；苯甲醚的樣品加標(biāo)回收率：99.5%～100.5%，平均回收率：100.1%，RSD：0.33%；苯酚的空白加標(biāo)回收率：96.4%～103%，平均回收率：100.35%，RSD：2.19%；鄰甲基苯甲醚的樣品加標(biāo)回收率：95.6%～101.6%，平均回收率：99.5%，RSD：1.31%；對(duì)甲基苯甲醚樣品加標(biāo)回收率：99.2%～105.0%之間，平均回收率：102.4%，RSD：1.77%，表明該方法準(zhǔn)確度良好。

表1 雜質(zhì)與主產(chǎn)物的加標(biāo)試驗(yàn)(n=6)Table 1 Results of recovery tests of impurities and main products (n=6)

2.5 重復(fù)性試驗(yàn)

于5.0 mL容量瓶中，平行配制6份碳酸二甲酯(0.6 mg/mL)，苯酚(0.4 mg/mL)，鄰甲基苯甲醚(0.2 mg/mL)，對(duì)甲基苯甲醚(0.06 mg/mL)的雜質(zhì)混液，并加入0.1 mL雜質(zhì)內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液，用對(duì)二甲苯稀釋定容，平行分成六份。同樣的，在5.0 mL容量瓶中，平行配制6份苯甲醚(484.0 mg/mL)與乙基環(huán)己烷(319.25 mg/mL)混液，用對(duì)二甲苯稀釋定容后，依據(jù)色譜條件分別測(cè)定碳酸二甲酯、苯酚、鄰甲基苯甲醚、對(duì)甲基苯甲醚四種雜質(zhì)，與苯甲醚的含量，其RSD分別為0.22%、2.9%、0.074%、0.42%，0.0909%，表明該方法的重復(fù)性較好。

2.6 樣品測(cè)試與顯著性評(píng)價(jià)

取市售兩種不同生產(chǎn)工藝苯甲醚樣品依據(jù)1.2.2-(5)所述方法分別制得樣品待測(cè)液，注入氣相色譜儀分別計(jì)算雜質(zhì)與主產(chǎn)物的含量，色譜分離情況如圖2所示。為了分析數(shù)據(jù)的離散程度，特采用格布魯斯法對(duì)12組數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性評(píng)價(jià)，將離群值剔除后，再計(jì)算各物質(zhì)平均值。兩種苯甲醚樣品的格布魯斯檢驗(yàn)表，分別如表2，表3所示。從表2中，發(fā)現(xiàn)樣品1中鄰甲基苯甲醚的第一組數(shù)據(jù)具有顯著性差異，因此需要將測(cè)試樣品的第一組數(shù)據(jù)全部剔除，采用余下11組數(shù)據(jù)計(jì)算各組分含量的平均值。表3中，發(fā)現(xiàn)樣品2的12組數(shù)據(jù)無(wú)離群值，為了方便對(duì)比，采用11組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算各組分含量的平均值，并歸一化。如表4所示。

A.市售苯甲醚樣品1；B.市售苯甲醚樣品2 1. 碳酸二甲酯；2. 1,4-二氧六環(huán)；3. 乙基環(huán)己烷；4. 苯甲醚；5. 4-乙基甲苯；6. 鄰甲基苯甲醚；7. 對(duì)甲基苯甲醚 圖2 市售不同苯甲醚樣品測(cè)試分離圖Fig.2 The separation chromatogram of two different commercial anisole samples表2 樣品1格布魯斯檢驗(yàn)法顯著性評(píng)價(jià)G0.99,12=2.55[10](n=12)Table 2 Evaluation of the significantdifference of sample 1G0.99,12=2.55[10](n=12)

注：“-”代表未檢出。

表3 樣品2格布魯斯檢驗(yàn)法顯著性評(píng)價(jià)G0.99,12=2.55[10](n=12)Table 3 Evaluation of the significant difference of sample 2 G0.99,12=2.55[10](n=12)

表3(續(xù))

注：“-”代表未檢出。

表4 兩種苯甲醚樣品中5中成分的含量(n=11)Table 4 The content of five components of two different sorts of anisole samples

注：“-”代表未檢出。

3 結(jié)論

本文通過篩選合適的氣相色譜內(nèi)標(biāo)物，構(gòu)建了同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定苯甲醚產(chǎn)品中主產(chǎn)物與雜質(zhì)分析方法。體系中各物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)快速完全分離，線性擬合度高，檢出限與定量限較低，方法重復(fù)性以及平均回收率結(jié)果滿意，并采用格布魯斯檢驗(yàn)法對(duì)樣品測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯著性評(píng)價(jià)。本方法操作簡(jiǎn)便、分析快速、不需樣品預(yù)處理，能夠?yàn)樯a(chǎn)、用戶和質(zhì)量評(píng)定提供必要的技術(shù)支撐。