1H NMR雙內(nèi)標(biāo)法測定2，4-DNT標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的有機(jī)雜質(zhì)

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(xué)研究所，西安 710065)

1H NMR雙內(nèi)標(biāo)法測定2，4-DNT標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的有機(jī)雜質(zhì)

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(xué)研究所，西安 710065)

利用1H NMR確定了2，4-DNT標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的有機(jī)雜質(zhì)為乙醇，根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)溶液加入待測液中作為雙內(nèi)標(biāo)，用乙醇的甲基質(zhì)子峰為定量峰對其含量進(jìn)行了測定。雙內(nèi)標(biāo)法測定結(jié)果分別為0.075%，0.074%，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.005，0.006，t檢驗(yàn)證實(shí)該結(jié)果與色譜法定值結(jié)果一致。該方法專屬、準(zhǔn)確、簡便、快速，適用于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中有機(jī)雜質(zhì)的測定。

1H NMR定量；2，4-DNT標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；雙內(nèi)標(biāo)；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(xué)結(jié)構(gòu)鑒定的工具，隨著近二十年來儀器裝置的發(fā)展及科研人員在核磁共振領(lǐng)域的活躍研究，NMR逐漸成為強(qiáng)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(jìn)行定量分析，具有快速、簡便、準(zhǔn)確、專屬性強(qiáng)等特點(diǎn)。由于NMR定量是通過特定吸收峰強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)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(jìn)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(yōu)勢，不僅用于主體含量分析［4］，還用于有機(jī)雜質(zhì)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(gòu)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(fā)射藥及國防軍事尖端和宇宙飛行。DNT中的微量雜質(zhì)對其使用性能、穩(wěn)定性、運(yùn)輸與貯存安定性有著致關(guān)重要的影響。為保障DNT及其產(chǎn)品純度的檢測和所有測量值的有效、統(tǒng)一，滿足產(chǎn)品的各項(xiàng)量值高需求，西安近代化學(xué)研究所在20世紀(jì)80年代就研制了DNT異構(gòu)體純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。由于所研制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度≥99.5%，很難用常規(guī)化學(xué)方法定量，為提高標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的準(zhǔn)確度并減小不確定度，采用雜質(zhì)扣除法進(jìn)行定值。

筆者以研制的2，4-DNT純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為研究對象，同時(shí)加入1，1，2，2-四氯乙烷與六甲基二硅醚（HMDSO）為內(nèi)標(biāo)，采用核磁共振氫譜法對其中的有機(jī)雜質(zhì)進(jìn)行了準(zhǔn)確測定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

超導(dǎo)核磁共振波譜儀：Bruker-AV500型，磁場強(qiáng)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(jìn)樣器:10,100 μL；

氘代丙酮為美國CIL公司進(jìn)口試劑；

四氯化碳、1，1，2，2-四氯乙烷（內(nèi)標(biāo)1）：分析純；

六甲基二硅醚（內(nèi)標(biāo)2）：光譜純，北京化工廠；

2，4-DNT標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：純度大于99.9%，西安近代化學(xué)研究所；

所有化合物經(jīng)多種手段證實(shí)其結(jié)構(gòu)正確。

1.2 溶液配制

（1）T#標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)標(biāo)物1，用四氯化碳稀釋至刻度，搖勻待用。計(jì)算得T#標(biāo)準(zhǔn)溶液1，1，2，2-四氯乙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為w1=0.005 766。

（2）H#標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)標(biāo)物2，用四氯化碳稀釋至刻度，搖勻待用。計(jì)算得H#標(biāo)準(zhǔn)溶液HMDSO質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)樣器吸取T#標(biāo)準(zhǔn)溶液約100 μL、H#標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)點(diǎn)64 K，1H NMR脈沖延遲30 s。累加次數(shù)64次，樣品管不旋轉(zhuǎn)。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(yīng)組分的定值峰，其積分強(qiáng)度分別與標(biāo)準(zhǔn)樣品吸收峰的積分強(qiáng)度比較進(jìn)行含量計(jì)算。積分區(qū)間：δH6.554～δH6.409（s，2H）為內(nèi)標(biāo)1的積分區(qū)間；δH1.157～δH1.040（t，3H）為有機(jī)雜質(zhì)乙醇積分區(qū)間；δH0.118～δH0.003（s，18H）為內(nèi)標(biāo)2的積分區(qū)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 雜質(zhì)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(wèi)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(nèi)標(biāo)信號d與e，圖中標(biāo)記為x的譜峰為四氯化碳帶入的雜質(zhì)信號。δH1.11(t，3H，CH3)，δH3.55(m，2H，CH2)，δH3.19(t，1H，OH)分別為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中有機(jī)雜質(zhì)乙醇信號a、b、c。加入少量乙醇，該三組信號出現(xiàn)增長，再次確認(rèn)微量有機(jī)雜質(zhì)為乙醇。

2.2 雜質(zhì)定量

2.2.1 計(jì)算方法

以1，1，2，2-四氯乙烷與六甲基二硅醚為雙內(nèi)標(biāo)，利用譜峰面積與共振核的數(shù)目成正比關(guān)系，以基于核載量（NCM）的定量公式(1)計(jì)算雜質(zhì)百分含量［7，8］：

式中：Aj——所求物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

Ci——選測峰1H核載量；

Ws——內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量，mg；

Ii——選測峰的相對積分面積；

Cs——標(biāo)準(zhǔn)峰1H核載量；

Wm——被測物DNT質(zhì)量，mg；

Is——標(biāo)準(zhǔn)峰的相對積分面積；。

Cs、Ci可用式(2)與式(3)計(jì)算：

式中：Ms——內(nèi)標(biāo)物相對分子質(zhì)量（內(nèi)標(biāo)1相對分子質(zhì)量Ms1＝167.82，內(nèi)標(biāo)2相對分子質(zhì)量Ms2＝162.38）；

Mi——選測雜質(zhì)相對分子質(zhì)量（雜質(zhì)乙醇相對分子質(zhì)量 Mi=46.10）；

ns——標(biāo)準(zhǔn)峰含氫個數(shù)（內(nèi)標(biāo)1 ns1=2，內(nèi)標(biāo)2 ns2=18）；

ni——選測峰含氫個數(shù)（ni=3）；

α——1H原子同位素豐度，0.999 85。

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

雜質(zhì)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(jìn)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(qiáng)度Ii記作I1.11，該峰含3個氫，即ni=3。

內(nèi)標(biāo)1只有一個單峰δH6.49，選其為標(biāo)準(zhǔn)峰，記做Is1=I6.49，該標(biāo)準(zhǔn)峰含2個氫，即ns1=2；同樣，內(nèi)標(biāo)2標(biāo)準(zhǔn)峰Is2=I0.07，ns2=18；選測峰與標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算方便，積分時(shí)可設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)峰積分面積為整數(shù)，圖1設(shè)定內(nèi)標(biāo)2標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品質(zhì)量Wm=223.6 mg，內(nèi)標(biāo)1質(zhì)量Ws1=WT#×w1= 155.8 mg×0.005 766=0.898 3 mg；內(nèi)標(biāo)2質(zhì)量Ws2= WH#×w2=15.6 mg×0.003 983=0.0621 mg。

將以上數(shù)據(jù)代入式（1）中，得A1=0.071%，A2=0.072%。

2.2.2 定量結(jié)果

同理，測定其余幾組待測樣品，結(jié)果列入表1中。

表1 DNT標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品中乙醇含量測定結(jié)果

由表1可知，內(nèi)標(biāo)1計(jì)算得乙醇含量為：

實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

內(nèi)標(biāo)2計(jì)算得乙醇含量為0.074%；實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.006。

兩種內(nèi)標(biāo)定值結(jié)果一致，平均值為0.075%。

將2，4-DNT標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行多次色譜測試，獲得雜質(zhì)乙醇含量為0.083%，0.094%，0.072%，0.075%，0.084%，0.086%，0.081%，0.070%。計(jì)算得乙醇含量為：

實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)判斷兩種方法所得結(jié)果是否一致。

將核磁共振法內(nèi)標(biāo)1結(jié)果與色譜法結(jié)果進(jìn)行t檢驗(yàn)，計(jì)算得t=1.50，自由度ν＝13。由tα(ν)數(shù)值表［9］查得t0.05(13)=2.16，因t＜2.16，故兩種方法測定結(jié)果一致。同樣，內(nèi)標(biāo)2結(jié)果也與色譜法結(jié)果一致。

3 結(jié)論

（1）采用核磁共振法實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中有機(jī)雜質(zhì)的定性和定量分析，方法專屬、準(zhǔn)確；

（2）采用雙內(nèi)標(biāo)定值，相互驗(yàn)證，保證了定值結(jié)果的可靠性；

（3）雙內(nèi)標(biāo)法與色譜法測定結(jié)果一致。

［1］ 孫靜霞，張正行.NMR在藥物定量分析中的應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)物質(zhì)的絕對含量［J］.分析化學(xué)，2004，32(4): 451–455.

［4］ 王民昌，張皋，徐敏，等. NMR測定某新型液體推進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中殘余溶劑含量［J］.光譜實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的有機(jī)雜質(zhì)含量［C］//2009國防計(jì)量測試學(xué)術(shù)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(shù)–核載量和粒子數(shù)［J］.科學(xué)通報(bào)，1990，35(23): 1 794–1 797.

［9］ 全國化工標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)委員會.分析測試質(zhì)量保證［M］.沈陽：遼寧大學(xué)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(lián)系人：王民昌；Email: wmc204@yahoo.com.cn

2012–03–08