氣相色譜法測定2-甲基-4-氯苯酚反應液中6種組分含量?

張曉霞,夏雪強,王 艷,崔慶霞,王瑞菲,岳 濤

(青島科技大學山東化工研究院,山東濟南 250014)

2-甲基-4-氯苯酚是鄰甲基苯酚(鄰甲酚)的一氯代衍生產物,屬于鹵代芳香類化合物,是合成農藥工藝中重要的有機中間體,用于生產各種藥物、殺蟲劑、除草劑。在工藝研發過程中,以鄰甲酚為原料進行芳環氯代反應生成2-甲基-4-氯苯酚,同時生成一些副產雜質,需要通過反應液中鄰甲酚和2-甲基-4-氯苯酚的含量計算原料轉化率和反應收率,同時,通過反應液中副產雜質的含量判斷工藝進程,為后期純化分離提供數據參考。因此,建立一種快速測定2-甲基-4-氯苯酚反應液中主要組分含量的方法對工藝優化和中控分析具有重要意義。

目前,氯酚類化合物的測定方法主要有氣相色譜-質譜法[1-5]、液相色譜-質譜法[6-7]、氣相色譜法[8-10]和高效液相色譜法[11-13]等,測定體系中氯苯酚類化合物的檢測尚未見文獻報道。采用液相色譜或液相色譜-質譜法測定氯酚類化合物可不經衍生直接測定,由于反應液體系中共存多種同分異構體,鑒于液相色譜柱效原因,較難實現待測物與相鄰組分的基線分離。文獻報道采用氣相色譜法或氣相色譜-質譜法測定氯苯酚類化合物分為直接測定法和衍生測定法,常用衍生劑有乙酸酐、五氟芐基溴等。測定體系中待測物組分含量較高,考慮到衍生效率和衍生時間的影響,采取不衍生直接進樣測定的方式,使用內標法定量,消除催化劑、溶劑、水分等對測定的影響,方法的準確度和精密度良好,可用于2-甲基-4-氯苯酚反應液體系的快速分析。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

對甲酚:純度99.0%,鄰甲酚:純度99.0%,2-甲基-4-氯苯酚:純度99.0%,2-甲基-3-氯苯酚:純度98.0%,上海麥克林生化科技有限公司;2-氯-6-甲基苯酚:純度98.0%,上海阿拉丁生化科技有限公司;2,4-二氯-6-甲基苯酚:純度99.5%,上海皓鴻生物醫藥科技有限公司;甲醇:色譜純,Thermo Fisher。

氣相色譜儀:Trace 1300,配有氫火焰離子化檢測器(FID),Thermo Fisher公司。

1.2 色譜條件

色譜柱:TG-1701MS(30 m×0.32 mm×0.25μm,Thermo Fisher);載氣:氮氣;氣化室溫度:250℃;柱流量:1.0 m L/min;進樣量:0.2μL;分流比:100∶1;檢測器溫度:270℃。升溫程序:初始溫度120℃,保持30 min,以50℃/min速率升溫至220℃,保持1 min。

1.3 測定步驟

1.3.1 內標物溶液的制備

準確稱取2.0 g對甲酚(精確至0.000 1 g)于100 m L容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制成20 g/L的對甲酚內標溶液。

1.3.2 標準品溶液的制備

混合標準溶液A:分別稱取標準品鄰甲酚、2-甲基-4-氯苯酚各4.0 g(精確至0.000 1 g)于100 m L容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制質量濃度40 g/L 的鄰甲酚、2-甲基-4-氯苯酚標準儲備液。

混合標準溶液B:分別稱取2-氯-6-甲基苯酚、2,4-二氯-6-甲基苯酚、2-甲基-3-氯苯酚和2-甲基-5-氯苯酚各0.2 g(精確至0.000 1 g)于100 m L容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制2 g/L 的2-氯-6-甲基苯酚、2,4-二氯-6-甲基苯酚、2-甲基-3-氯苯酚和2-甲基-5-氯苯酚標準儲備液。

混合標準溶液C:分別準確移取5.00 m L 混合標準溶液A、混合標準溶液B和內標物溶液于50 m L容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制標準使用溶液。

標準溶液系列1:準確移取5.00 m L 內標物溶液于50 m L 容量瓶中,分別加入0.10、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.0 m L 混合標準溶液A,用甲醇稀釋至刻度,搖勻。

標準溶液系列2:準確移取5.00 m L 內標物溶液于50 m L 容量瓶中,分別加入0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.0 m L 混合標準品溶液B,用甲醇稀釋至刻度,搖勻。

1.3.3 樣品溶液的制備

稱取2-甲基-4-氯苯酚反應液0.2 g(精確至0.000 1 g)于50 m L容量瓶中,準確加入5.00 m L內標物溶液,用甲醇稀釋至刻度,搖勻。

1.3.4 測定

在儀器工作條件下,按濃度由低到高的順序測定標準溶液系列1和標準溶液系列2,以濃度為橫坐標,以各組分的峰面積與內標物峰面積的比值為縱坐標,繪制標準曲線,計算線性方程。在相同條件下測定樣品溶液,由標準曲線計算樣品中各組分的質量分數。

2 結果與討論

2.1 色譜柱的選擇

使用HP-5、TG-1701MS 和TG-WAX 毛細柱對待測物進行分離實驗[62],色譜圖及化合物出峰順序見圖1。

圖1 化合物色譜圖

由圖1a、圖1b 可知,2-甲基-3-氯苯酚、2-甲基-4-氯苯酚、2-甲基-5-氯苯酚作為同分異構體較難分離,在HP-5和TG-WAX 色譜柱上無法達到基線分離,通過調整其他色譜參數也不能達到滿意效果;由圖1d可知,在TG-1701MS色譜柱上,各組分與相鄰色譜峰的分離度達到基線分離,可獲得理想的分離效果。

2.2 其他色譜條件的選擇

待測物中2,4-二氯-6-甲基苯酚沸點最高為225℃,設置進樣口溫度為250℃,保證目標組分完全氣化的同時又不會因溫度過高而分解。

選擇柱溫時,既要保證待測物與相鄰組分完全分離,又要保證各組分全部出峰,并且分析時間越短越好,以提高分析效率。考察先等溫30 min,再以50℃/min升溫的條件下各色譜峰之間的分離情況考察了以5、10、20、30℃/min升溫速率的直接程序升溫方式各色譜峰之間的分離情況見圖2。

圖2 不同升溫速率色譜圖

由圖2可知,由于組分中含有同分異構體,沸點相差不大,采用直接程序升溫方式2-甲基-3-氯苯酚、2-甲基-4-氯苯酚與2-甲基-5-氯苯酚無法完全分離。

柱流量為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m L/min時,色譜峰的出峰時間和峰形圖見圖3。

圖3 不同柱流量色譜圖

由圖3可知,柱流量≥1.5 m L/min,2-甲基-4-氯苯酚與2-甲基-5-氯苯酚無法分離,柱流量越高,分離度越小;柱流量為1.0 m L/min,6種待測物的分離度和對稱性均較好。因此,實驗選擇柱流量為1.0 m L/min。

2.3 定量方法和內標物的選擇

隨著反應的進行,反應液中各待測物含量變化較大,且在同一個反應液中原料、產品和雜質含量相差也比較大。由于溶劑、催化劑和水分的影響,面積歸一化法不能準確測定各組分的含量;采用外標定量時,氣相色譜條件的微小變化也可能會導致樣品中高組分化合物峰面積的較大改變,定量結果有較大誤差,影響結果的精密度和準確度;因此,選擇內標法作為定量方法。

考察了2,4-二甲基苯酚和2,4-二氯苯酚作為內標物時的色譜圖見圖4。

圖4 不同內標物色譜圖

由圖4可知,2,4-二甲基苯酚和2,4-二氯苯酚作為內標物時與待測組分無法分離,干擾測定;由圖1d可知,對甲酚作為內標物時與相鄰色譜峰均能達到基線分離,分離度均大于1.5,保留時間處于待測組分中間位置,保留時間適宜,拖尾因子小于1.2,峰形良好。因此,選擇對甲酚作為內標物。

2.4 色譜行為

分別取溶劑(甲醇)、混合標準品溶液C、2-甲基-4-氯苯酚反應液,按照優化的色譜條件進行測定,實驗結果見圖1c、圖1d。由圖1可知,溶劑不干擾樣品的測定,7種組分峰(峰1~峰7)的出峰順序為2-氯-6-甲基苯酚、鄰甲酚(原料)、對甲酚(內標)、2,4-二氯-6-甲基苯酚、2-甲基-3-氯苯酚、2-甲基-4-氯苯酚(產物)、2-甲基-5-氯苯酚,各組分與相鄰色譜峰的分離度均大于1.5,符合要求,表明實驗方法專屬性良好。

2.5 線性方程、檢出限和定量限

按照1.3.4項測定標準溶液系列,繪制標準曲線;另取混合標準溶液A 和混合標準溶液B適量進行稀釋,測定各組分的檢出限(LOD)與定量限(LOQ),以信噪比S/n＝3為檢出限,以S/n＝10為定量限,實驗結果見表1。

表1 線性方程、檢出限與定量限的結果

由表1可知,6種化合物在標準曲線濃度范圍內線性相關系數R2＞0.999 0,線性關系良好。

2.6 精密度實驗

稱取2-甲基-4-氯苯酚反應液0.2 g(精確到0.000 1 g),平行制備6份樣品溶液,按照實驗方法進行測定,6種組分的測定值及相對標準偏差(RSD)見表2。

由表2可知,2-氯-6-甲基苯酚、鄰甲酚、2,4-二氯-6-甲基苯酚、2-甲基-3-氯苯酚、2-甲基-4-氯苯酚和2-甲基-5 氯苯酚測定值的RSD 分別為1.51%、2.38%、1.70%、2.62%、0.97%和2.80%,均未超過3%。

2.7 加標回收率實驗

稱取2-甲基-4-氯苯酚反應液約0.1 g(精確到0.000 1 g),加入適量混合標準溶液A 和混合標準溶液B,對樣品進行5個濃度水平的加標回收率實驗,每個濃度水平平均測定6次,計算回收率平均值和RSD,實驗結果見表3。

表3 回收率實驗結果

由表3可知,各組分的加標回收率在97%~105%,RSD＜3%,表明各組分的回收率良好。

2.8 樣品測定

分別選取6 批不同工藝的2-甲基-4-氯苯酚反應液樣品S1-S6,按照實驗方法進行測定,結果見表4。

表4 樣品分析結果

由表4可知,實驗方法能夠對2-甲基-4-氯苯酚反應液中各組份進行準確測定,能夠反饋不同工藝條件的差異。

3 結 論

通過選擇合適的色譜柱,優化升溫程序、流速等色譜條件,以對甲酚為內標物,建立了氣相色譜-內標法同時測定2-甲基-4-氯苯酚反應液中6種主要組分含量的分析方法。各組分色譜峰與相鄰色譜峰分離良好,在線性范圍內線性關系良好。樣品加標回收在97%~105%,RSD＜3%,準確度和精密度滿足分析方法測定要求,可為2-甲基-4-氯苯酚合成工藝的優化和中控分析提供數據支持。