高效液相色譜法同時測定丙烯酸酯中的7種穩定劑

王 磊，譚康慧，田 冬

（1. 滁州職業技術學院 食品與環境工程學院，安徽 滁州 239000；2. 淮南師范學院 化學與材料工程學院，安徽 淮南 232038）

丙烯酸酯是一類重要的石油化工產品及原料，被廣泛應用于高分子材料和有機合成等領域[1-3]。丙烯酸酯分子結構中因含有不穩定的C=C雙鍵官能團，使其在運輸或者儲存期間極易發生聚合反應。因此，常常在丙烯酸酯試劑中加入一定含量的穩定劑。目前市場上常用的穩定劑有7種，分別為對苯二酚（HQ）、對羥基苯甲醚（MEHQ）、對叔丁基鄰苯二酚（TBC）、吩噻嗪（PTA）、2，4-二甲基-6-叔丁基苯酚（TBX）、2，6-二叔丁基對甲基苯酚（BHT）和2，2'-亞甲基雙（6-叔丁基-4-甲基苯酚）（MBP）。不同規格的丙烯酸酯試劑加入的穩定劑種類不同，通常丙烯酸酯試劑中只加入一種穩定劑，有時候也會根據需要加入兩種或兩種以上的復合穩定劑來提高穩定的效果。雖然穩定劑的加入能使丙烯酸酯長期穩定，但穩定劑的存在也會影響丙烯酸酯的純度及下游產品的制備。因此，在使用丙烯酸酯試劑時，需要明確丙烯酸酯中穩定劑的種類及含量，從而采取適當的措施。

目前，丙烯酸酯中穩定劑的分析方法主要有分光光度法[4-6]、氣相色譜法[7-9]和液相色譜法[10-11]。分光光度法操作比較繁瑣，且儀器的靈敏度也不高，使用范圍受到限制。氣相色譜法具有進樣量少、分析速率快、靈敏度和準確度高的特點，在石油化工領域使用頻率較高，但是不適合分析沸點較高、熱穩定性差的穩定劑，而高效液相色譜法卻能夠很好地解決這一問題。目前，高效液相色譜法多集中于對某種丙烯酸酯中的某一種或者兩種穩定劑的分析，尚沒有進行擴大研究。

本工作建立了一種使用高效液相色譜同時測定丙烯酸酯中7種穩定劑的方法，對色譜條件進行了優化，在優化色譜條件下，考察了方法的標準偏差、回收率和精密度。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

HQ：純度大于98.5%（w），成都市科龍化工試劑廠；MEHQ（純度大于99.0%（w））、TBX（純度大于99.0%（w））：國藥集團化學試劑有限公司；PTA（純度大于98.0%（w））、TBC（純度大于98.0%（w））、BHT（純度大于99.0%（w））、MBP（純度大于99.0%（w））、磷酸（分析純）：阿拉丁試劑上海有限公司；四氫呋喃、乙腈、甲醇：色譜級，德國 Merck 公司。

Agilent 1260型高效液相色譜儀：美國Agilent公司，配VWD檢測器；UV-1800PC-DS2型紫外-可見分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；FA2004型電子分析天平：上海佑科儀器儀表有限公司；超純水儀：上海路島分析儀器有限公司。

1.2 標準溶液的配制

1.2.1 標準儲備溶液的配制

分別稱取HQ，MEHQ，TBX，PTA，TBC，BHT，MBP標準試樣置于10 mL的棕色容量瓶中，用甲醇定容，得各穩定劑單體的標準儲備液。量取各單體的標準儲備液1.0 mL于10 mL棕色容量瓶中，用甲醇定容，配制成混合的標準儲備溶液。各標準試樣的稱樣質量、單體標準儲備液及混合標準儲備液的質量濃度見表1。

表1 7種穩定劑標準試樣的稱樣量、單體標準儲備液及混合標準儲備液的質量濃度Table 1 The weight of standard substance，mass concentration of single standard solution and mixing standard solution of the seven stabilizers

1.2.2 標準溶液的配制

量取混合標準儲備液0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，6.0 mL分別置于10 mL的棕色容量瓶中，用甲醇定容，搖勻備用。配制的7種穩定劑的質量濃度分別為5.00，25.00，50.00，100.0，200.0，300.0 mg/L。

1.3 試樣的處理

稱取一定量的丙烯酸酯，用甲醇溶液稀釋數倍，經0.45 μm的微孔有機濾膜過濾后進樣分析，使測定的穩定劑的質量濃度介于5.00～300.0 mg/L范圍內。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 檢測波長的選擇

以無水乙醇為溶劑，在190～400 nm波長范圍內對7種穩定劑進行掃描，結果見圖1。考慮到使用流動相的紫外吸收會干擾到基線的平穩性，本工作只選擇大于230 nm的最大吸收波長。由圖1可知，PTA最大吸收波長為249 nm，其他6種穩定劑的最大吸收波長介于277～295 nm之間。分別考察了波長為280，285，290 nm時6種穩定劑的液相色譜分析情況，實驗結果表明，檢測波長為280 nm時，6種物質的基線平穩，靈敏度更高。同時為了兼顧PTA也具有最優的靈敏度，本工作選取280 nm和249 nm為檢測波長，具體為：0～8.0 min為280 nm；8.0～9.0 min為249 nm，9.0～12.0 min為280 nm。在249 nm波長下對PTA的紫外吸收進行定量計算，在280 nm下對其余6種穩定劑的紫外吸收進行定量計算。

圖1 7種穩定劑的UV吸收譜圖Fig.1 UV absorption spectra of the seven stabilizers.

2.1.2 色譜柱的選擇

考察了7種穩定劑在Poroshell 120 EC-C18色譜柱（150 mm×3.0 mm，2.7 μm）和ZORBAX SCC18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）上的分離情況。實驗結果表明，當使用Poroshell 120ECC18色譜柱時，以水/甲醇/四氫呋喃或者水/甲醇/乙腈為流動相，經反復調整流速和流動相的比例，HQ，MEHQ，TBC三種物質均不能有效分離。而使用ZORBAX SC-C18色譜柱時，以水/甲醇/乙腈為流動相，通過調整流動相比例可使7種穩定劑在12 min內得到很好的分離，且各色譜峰峰形良好，譜圖見圖2。

圖2 7種穩定劑的液相色譜圖Fig.2 Liquid chromatogram of the seven stabilizers.1 HQ；2 MEHQ；3 TBX；4 PTA；5 TBC；6 BHT；7 MBP

7種穩定劑的保留時間、分離度和理論塔板數見表2。由表2可知，7種穩定劑的分離度均大于1.5，具有較高的理論塔板數，因此，該方法可選擇ZORBAX SC-C18色譜柱對目標物進行分離。

表2 7種穩定劑的保留時間、分離度和理論塔板數Table 2 Retention time，resolution and theoretical plate number of the seven stabilizers

2.1.3 流動相的選擇

單純使用文獻[11]中甲醇為流動相無法使7種穩定劑得到分離，因此，考察了水、甲醇、四氫呋喃和乙腈為流動相時，7種穩定劑的色譜分離情況。實驗結果表明，當使用水/甲醇/四氫呋喃為流動相時，隨四氫呋喃比例的降低，MEHQ和TBC、PTA和TBX無法分離，隨四氫呋喃比例的增加，7種穩定劑的保留時間縮短，HQ，MEHQ和TBC無法分離，且峰形前伸嚴重。當使用水/甲醇/乙腈為流動相時，保持甲醇含量不變，7種穩定劑的保留時間會隨乙腈比例的增加而縮短，HQ，MEHQ和TBC、PTA和TBX易重疊，而增加水的比例，5種穩定劑的分離情況逐漸變好，但7種穩定劑的保留時間也會大幅度延長，因此本工作選擇梯度洗脫，最優的梯度洗脫程序見表3。

表3 梯度洗脫程序Table 3 Gradient elution procedures

比較了分別以水和0.1%（w）的酸性水溶液為流動相A相時7種穩定劑的色譜分離效果。實驗結果表明，單純使用水為流動相A相時，HQ和TBX色譜峰較寬，峰形較差，而使用0.1%（w）的酸性水溶液可以較明顯改善它們的峰形。同時比較了酸性物質為甲酸、乙酸和磷酸時的色譜分離效果，實驗結果表明，以甲酸和乙酸為酸性物質時，保留時間在7.50～10.00 min之間的基線波動比較明顯，而以磷酸為酸性物質時，7.50～10.00 min之間的基線波動范圍會有明顯改善，故本工作選擇磷酸為最優酸性物質。

2.1.4 流速的選擇

比較了恒定流速分別為0.8 mL/min和1.0 mL/min時7種穩定劑的色譜分離效果。實驗結果表明，流速為1.0 mL/min時，7種穩定劑的保留時間比流速為0.8 mL/min時可縮短約5 min。同時在流速為1.0 mL/min條件下，選擇了丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-羥乙基酯等5種常見的丙烯酸酯為分析對象，進行了峰定位研究，發現丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-羥乙基酯和MEHQ 保留時間很接近，而降低流速可以改善3種物質的分離效果，經反復實驗，最終確定0～4.0 min內，流速為0.8 mL/min；4.01～5.0 min內，流 速 漸 變 為1.0 mL/min；5.01～13.0 min內，流速為1.0 mL/min。在該分析條件下，丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸-2-羥乙基酯中穩定劑的檢測情況如圖3所示。

2.1.5 柱溫的選擇

考察了柱溫分別為23，25，30 ℃時7種穩定劑的色譜分離情況。實驗結果表明，隨柱溫的升高，7種穩定劑的保留時間縮短，但并沒有太明顯的差異，同時考慮到液相色譜柱降溫操作比升溫操作更耗時，不利于接下來其他分析條件的設置，故本工作選擇在柱溫23 ℃下進行實驗。

2.2 線性范圍和檢出限

以各種穩定劑的質量濃度為橫坐標、色譜峰面積為縱坐標繪制標準曲線進行線性回歸分析。結果見表4。從表4可看出，7種穩定劑在設定的濃度范圍內均具有良好的線性關系，相關系數均在0.9995及以上。對混合標準溶液采取逐級稀釋的方式進行實驗測定，以3倍信噪比（S/N=3）時的進樣量計算檢出限（LOD），以10倍信噪比（S/N=10）時的進樣量計算定量限（LOQ），其中，噪聲信號依照6倍的標準偏差進行計算，從表4可看出，7種穩定劑的檢出限和定量限分別為7.6～208.3 μg/L和16.1～675.6 μg/L。

表4 7種穩定劑的線性關系、檢出限及定量限Table 4 Linear relationships，limit of detection(LOD) and limit of quantification(LOQ) of the seven stabilizers

2.3 加標回收率和精密度

選擇不含某種穩定劑的丙烯酸酯空白試樣，按照低、中、高三種加標量分別加入一定量的穩定劑標準品，經甲醇稀釋后平行測定6次，計算平均加標回收率，結果見表5。由表5可知，7種穩定劑的平均加標回收率為95.58%～105.27%，相對標準偏差在0.6%～2.1%之間，說明該分析方法準確度和精密度良好。

表5 7種穩定劑的加標回收率和精密度Table 5 Recoveries and precisions of the seven stabilizers

2.4 實際試樣的檢測

使用建立的方法對庫存的丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-羥乙基酯等5種常見的丙烯酸酯進行穩定劑的種類及含量分析。實驗結果表明，丙烯酸甲酯含有0.0530%（w）的HQ和0.0094%（w）的MEHQ，丙烯酸丁酯含有0.0086%（w）的MEHQ，甲基丙烯酸甲酯含有0.0280%（w）的TBX和0.0071%（w）的PTA，甲基丙烯酸丁酯含有0.0175%（w）的MEHQ，丙烯酸-2-羥乙基酯含有0.044%（w）的MEHQ。

3 結論

1）建立了一種使用高效液相色譜儀同時測定丙烯酸酯中HQ，MEHQ，TBX，PTA，TBC，BHT，MBP等7種穩定劑的方法。

2）在使用ZORBAX SC-C18色譜柱、VWD檢測器、檢測波長 為280 nm和249 nm、以0.1%（w）的磷酸水溶液/甲醇/乙腈為流動相、流動相流速為0.8 mL/min和1.0 mL/min時，7種穩定劑在5.00～300.0 mg/L的質量濃度范圍內，線性關系均良好，相關系數均在0.9995及以上，7種穩定劑的檢出限和定量限分別為7.6～208.3 μg/L和16.1～67 5.6 μg/L。

3）7種穩定劑具有較高的平均回收率，相對標準偏差在0.6%～2.1%之間，說明該分析方法準確度和精密度良好，適合丙烯酸酯中穩定劑的定性和定量分析。