正相高效液相色譜法測定叔丁基過氧化氫

馬 英，羅小沅，袁 霞，曾小春，吳 劍

（湘潭大學(xué) 化工學(xué)院，湖南 湘潭 411105）

正相高效液相色譜法測定叔丁基過氧化氫

馬 英，羅小沅，袁 霞，曾小春，吳 劍

（湘潭大學(xué) 化工學(xué)院，湖南 湘潭 411105）

建立了丙烯環(huán)氧化反應(yīng)中叔丁基過氧化氫（TBHP）的高效液相色譜分析方法?？疾炝松V柱類型、流動(dòng)相配比和檢測器紫外吸收波長對測定結(jié)果的影響，得到了高效液相色譜法測定TBHP含量的適宜分析條件。即采用Hypersil NH2正相色譜柱（250 mm×4.6 mm×5 μm），以體積比80∶20的乙腈-二氯甲烷混合溶液為流動(dòng)相，流量1.0 mL/min，柱溫 30 ℃，紫外檢測波長 222 nm。測試結(jié)果表明，丙烯環(huán)氧化反應(yīng)產(chǎn)物中的組分在4 min內(nèi)可完全出峰，并得到良好的分離；TBHP質(zhì)量濃度在0.17～17.30 mg/mL內(nèi)時(shí)，其與峰面積呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=0.999 9，檢出限為3.46 μg/mL，加標(biāo)回收率達(dá)99.4%～101.2%。該分析方法準(zhǔn)確、快速且靈敏度較高。

叔丁基過氧化氫；正相高效液相色譜；丙烯；環(huán)氧化

叔丁基過氧化氫（TBHP）是一種重要的有機(jī)過氧化物，主要用做聚氯乙烯等聚合反應(yīng)的引發(fā)劑，也廣泛用于合成其他有機(jī)過氧化物。1968年，美國Oxriane公司建成世界第一套以TBHP為氧源與丙烯共氧化生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的工業(yè)裝置后，以TBHP為氧化劑，用Halcon法氧化丙烯制備環(huán)氧丙烷便成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)［1］。但TBHP在合成過程中副產(chǎn)部分難以分離的二叔丁基過氧化氫［2-4］，該副產(chǎn)物隨TBHP進(jìn)入環(huán)氧化反應(yīng)中，影響環(huán)氧化反應(yīng)的進(jìn)行。王印堂等［5］曾采用氣相色譜法分析了TBHP和二叔丁基過氧化氫的含量，但TBHP的熱穩(wěn)定性不好［6］，95～100 ℃時(shí)會(huì)發(fā)生分解，因此分析結(jié)果存在一定偏差。TBHP和二叔丁基過氧化氫分子中都含有—O—O—鍵，且都具有強(qiáng)氧化性，若采用常規(guī)的有機(jī)過氧化物的定量分析方法（碘量法）測定TBHP的含量，二叔丁基過氧化氫的強(qiáng)氧化性勢必會(huì)對檢測結(jié)果造成影響。目前工業(yè)上及實(shí)驗(yàn)室中測定TBHP含量的方法仍沿用上述兩種方法［7-11］，而對測定同時(shí)含有TBHP和二叔丁基過氧化氫的研究尚未見報(bào)道。高效液相色譜法是分離測定某些熱穩(wěn)定性差且不易揮發(fā)的有機(jī)過氧化物最有效的方法［12-13］。

本工作建立了丙烯環(huán)氧化反應(yīng)中TBHP含量的高效液相色譜分析方法，考察了色譜柱類型、流動(dòng)相配比及檢測器吸收波長等因素對定性、定量分析TBHP的影響，并通過加標(biāo)回收率、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)以及酸堿性的影響等考察了高效液相色譜分析方法的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

LC-20AT型液相色譜儀：島津公司，配有紫外可變波長的紫外檢測器、Hypersil NH2正相色譜柱（250 mm×4.6 mm×5 μm）、濾膜孔徑為0.45 μm的過濾器和10 μL微量進(jìn)樣器；KQ3200B型超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司。

二氯甲烷、乙腈：色譜純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；TBHP：純度73.25%（w），阿拉丁試劑公司。

1.2 色譜條件

流動(dòng)相是體積比為80∶20的乙腈-二氯甲烷混合溶液，經(jīng)濾膜過濾后進(jìn)行脫氣處理。流動(dòng)相流量1.0 mL/min；柱溫30 ℃；紫外檢測波長222 nm。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

精確稱取適量的TBHP標(biāo)樣（精確至0.000 1 g），用體積比為80∶20的乙腈-二氯甲烷混合溶液溶解得到TBHP質(zhì)量濃度為17.30 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。用乙腈-二氯甲烷混合溶液稀釋TBHP標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，制得TBHP質(zhì)量濃度分別為0.17，0.87，1.73，4.33，8.65，17.30 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.4 實(shí)際試樣的制備

稱取丙烯環(huán)氧化反應(yīng)液2 g（精確至0.000 1 g），置于100 mL容量瓶中，加入體積比為80∶20的乙腈-二氯甲烷混合溶劑，定容至刻度線，搖勻后在超聲波清洗器中振蕩20 min，備用。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 色譜柱的選擇

實(shí)驗(yàn)過程中采用C18反相色譜柱（250 mm×4.6 mm×5 μm）、C8反相色譜柱（250 mm×4.6 mm×5 μm）和Hypersil NH2正相色譜柱對環(huán)氧化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用Hypersil NH2正相色譜柱時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物中各類物質(zhì)的分離效果良好。這是由于液-液色譜有正相和反相之分，由于極性化合物更容易被極性固定相所保留，所以正相液-液色譜系統(tǒng)一般可用于分離極性化合物。由于TBHP具有一定的極性，因此使用Hypersil NH2正相色譜柱可很好地分離TBHP和二叔丁基過氧化氫。

2.1.2 流動(dòng)相的確定

正相色譜柱使用的流動(dòng)相極性相對較低，如可以氯仿、正己烷或二氯甲烷等溶劑為流動(dòng)相。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以正己烷、氯仿為流動(dòng)相時(shí)，產(chǎn)物中的環(huán)氧丙烷和TBHP的色譜峰大部分重疊；若以極性溶劑乙腈為流動(dòng)相，當(dāng)流動(dòng)相流量為1.0 mL/min時(shí)，環(huán)氧丙烷和TBHP的色譜峰有少部分重疊，分離效果也較差。若以乙腈-二氯甲烷的混合溶液為流動(dòng)相，可使反應(yīng)液中的各種物質(zhì)得到較好分離。乙腈與二氯甲烷的配比對保留時(shí)間的影響較大，因此考察了乙腈與二氯甲烷的配比對測定結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增加流動(dòng)相中二氯甲烷的比例會(huì)使保留時(shí)間延長，當(dāng)乙腈與二氯甲烷的體積比為 80∶20時(shí)，環(huán)氧丙烷和TBHP的分離效果和保留時(shí)間都令人滿意，丙烯環(huán)氧化反應(yīng)產(chǎn)物中的各組分在4 min內(nèi)可完全出峰。TBHP標(biāo)樣和實(shí)際試樣的HPLC譜圖見圖1。

2.1.3 波長的確定

將TBHP標(biāo)樣用體積比為80∶20的乙腈-二氯甲烷混合溶液配成溶液后，用紫外分光光度計(jì)在200～500 nm內(nèi)掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TBHP在222 nm處有強(qiáng)吸收峰。因此，選擇222 nm為TBHP的檢測波長。

綜上所述，采用高效液相色譜法分析丙烯環(huán)氧化反應(yīng)液的適宜色譜條件為：采用Hypersil NH2正相色譜柱，以體積比80∶20的乙腈-二氯甲烷混合溶液為流動(dòng)相，流量1.0 mL/min，柱溫30 ℃，紫外檢測波長222 nm。

2.2 線性回歸方程

按照2.1節(jié)選擇的適宜色譜條件對TBHP標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測，以峰面積（A）為縱坐標(biāo)，TBHP質(zhì)量濃度（ρ）為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，在該測試范圍內(nèi)，TBHP質(zhì)量濃度與峰面積呈良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為A=611 964.9ρ+23 652.3，線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 9，檢出限為3.46 μg/mL。

圖1 TBHP標(biāo)樣（A）和實(shí)際試樣（B）的HPLC譜圖Fig.1 Liquid chromatograms of the tert-butyl hydroperoxide(TBHP) standard sample(A) and an actual sample(B).1 TBHP；2 Epoxy propane

2.3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

分別稱取10個(gè)已知含量的TBHP試樣，然后分別加入一定量的TBHP標(biāo)樣，在相同色譜條件下，測定10個(gè)試樣的加標(biāo)回收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 TBHP加標(biāo)回收率的測定Table 1 Determination of the recovery for TBHP

由表1可見，回收率在99.4%～101.2%之間，平均回收率為100.4%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.60%。表明該分析方法具有較好的準(zhǔn)確度。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)及試樣的穩(wěn)定性

在相同色譜條件下，對同一混合試樣平行測定10次，TBHP的平均質(zhì)量濃度為7.72 mg/mL，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.79%，表明該方法的儀器精密度符合要求，重復(fù)性較好。

取用于精密度實(shí)驗(yàn)的試樣，在室溫下分別放置12，24 h后再平行測定5次，得到TBHP的平均質(zhì)量濃度分別為7.73，7.72 mg/mL，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.52%，0.36%。表明試樣的穩(wěn)定性較好。

2.5 pH的影響

有研究表明，在丙烯環(huán)氧化反應(yīng)過程中會(huì)副產(chǎn)少量的低碳羧酸［14］，同時(shí)在后續(xù)的產(chǎn)物與催化劑分離回收過程中，需加入少量的堿性物質(zhì)［15］，因此根據(jù)實(shí)際情況考察了不同pH下反應(yīng)產(chǎn)物中TBHP的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同pH下反應(yīng)產(chǎn)物中TBHP的含量Table 2 TBHP content in the reaction products at different pHs

由表2可見，該分析方法受酸堿性的影響不大。

3 結(jié)論

（1）采用高效液相色譜法測定了丙烯環(huán)氧化反應(yīng)中TBHP的含量，得到了優(yōu)化的分析條件，即采用Hypersil NH2正相色譜柱，以體積比80∶20的乙腈-二氯甲烷混合溶液為流動(dòng)相，流量1.0 mL/min，柱溫30 ℃，紫外檢測波長222 nm。在此條件下，丙烯環(huán)氧化反應(yīng)產(chǎn)物中的組分在4 min內(nèi)可完全出峰，并得到良好的分離。

（2）TBHP標(biāo)準(zhǔn)工作曲線相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.999 9，加標(biāo)回收率為99.4%～101.2%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.60%，重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.79%。

（3） 采用高效液相色譜法測定丙烯環(huán)氧化反應(yīng)中TBHP的含量受酸堿性的影響較??；該方法的精密度和準(zhǔn)確度較高，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，且分析速度快，簡便，經(jīng)濟(jì)，是一種較為理想的檢測分析方法。

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Determination of tert-Butyl Hydroperoxide by Normal Phase High Performance Liquid Chromatography

Ma Ying，Luo Xiaoyuan，Yuan Xia，Zeng Xiaochun，Wu Jian
（School of Chemical Engineering，Xiangtan University，Xiangtan Hunan 411105，China）

A normal phase high performance liquid chromatography(HPLC) for the determination oftert-butyl hydroperoxide (TBHP) in a propylene epoxidation system was established. The effects of different chromatographic columns，ratio of acetonitrile to dichloromethane as the mobile phase and UV absorption wavelength of the detector on the HPLC method were investigated. Under the appropriate analysis conditions of Hypersil NH2normal phase chromatographic column(250 mm×4.6 mm×5 μm)，volume ratio of acetonitrile to dichloromethane 80∶20，flowrate of the mobile phase 1.0 mL/min，column temperature 30 ℃ and UV absorption wavelength 222 nm，the TBHP in the propylene epoxidation system could be separated in 4 min and a good linear relationship was showed in the range of 0.17-17.30 mg/mL with a correlation coefficient of 0.999 9. The detection limit is 3.46 μg/mL and the recovery is in the range of 99.4%-101.2%. Compared with gas chromatography，the HPLC method is accurate，rapid and sensitive.

tert-butyl hydroperoxide；normal phase high performance liquid chromatography；propylene；epoxidation

1000 - 8144（2012）09 - 1077 - 04

TQ 207.4

A

2012 - 02 - 22；［修改稿日期］2012 - 06 - 28。

馬英（1987—），女，湖南省湘潭市人，碩士生，電郵 306661018@qq.com。聯(lián)系人：吳劍，電話 0731 - 58293545，電郵 wujian@xtu.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（21046001）；湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（10JJ4009）；湖南省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2010GK2028）。

（編輯 李明輝）