高效液相色譜法同時測定反應液中的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑

趙建宏, 張梅梅， 程相林， 王建設(shè)， 王留成， 宋成盈, 張家麗

(鄭州大學 化工與能源學院，河南 鄭州 450001)

高效液相色譜法同時測定反應液中的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑

趙建宏, 張梅梅， 程相林， 王建設(shè)， 王留成， 宋成盈, 張家麗

(鄭州大學 化工與能源學院，河南 鄭州 450001)

建立了一種同時定量測定反應液中苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的高效液相色譜分析方法.該方法采用Hypersil C18(150 mm×4.6 mm i.d)型色譜柱,以V(甲醇)：V(水)=50∶50作為流動相(用氨水調(diào)節(jié)流動相的pH 為7.0～8.0)；檢測波長254 nm；柱溫30 ℃；流速0.9 mL/min.結(jié)果表明，待測物苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑在上述色譜條件下分離良好，兩種物質(zhì)的質(zhì)量濃度線性范圍分別為0.047～0.426 g·L-1和0.059～0.273 g·L-1，檢出限分別在1.23×10-3g·L-1和0.78×10-3g·L-1，加標回收率分別在98.20 %～101.03%和98.78 %～99.76%，測定結(jié)果的最大相對標準偏差分別為0.45 %和0.63%.

高效液相色譜；2-巰基苯并噻唑；苯并噻唑

0 引言

苯并噻唑(Benzothiazole)，又名1,3-硫氮雜茚或間氮硫雜茚，外觀為淺黃色液體，是一種重要的有機化工產(chǎn)品和中間體，廣泛應用于橡膠、防腐、醫(yī)藥、農(nóng)藥及食品、飲料等行業(yè)[1-3].

目前，苯并噻唑的合成方法主要有重排反應法、鄰氨基苯硫酚合成法及氧化法等[4-5].前兩種方法由于存在著能耗較大、原材料價格昂貴及環(huán)境污染嚴重等缺點，其工業(yè)化過程受到限制.氧化法合成苯并噻唑，具有生產(chǎn)成本低、反應條件溫和、污染小等優(yōu)點，是一種很有發(fā)展前景的合成方法.鄭州大學有機電化學工程中心成功開發(fā)了以2-巰基苯并噻唑和雙氧水為主要原料的苯并噻唑合成新工藝，而該合成工藝的實施需要建立一種準確、快速的分析方法同時測定反應液中的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑.文獻報道的單獨分析苯并噻唑或2-巰基苯并噻唑的方法主要有氣相色譜法和液相色譜法，由于氧化合成反應液中含有無機酸和水，氣相色譜法分析時需經(jīng)過復雜的預處理；而采用液相色譜法測定苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑時須采用不同的流動相體系，操作繁瑣，同時分析反應液中這兩種物質(zhì)的方法未見報道[6-8].筆者采用高效液相色譜法，對合成液中的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑進行了同時測定，該方法準確、快速，解決了合成反應液的快速分析問題，為苯并噻唑的生產(chǎn)工藝優(yōu)化和產(chǎn)品質(zhì)量控制提供了幫助.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent1200型高效液相色譜儀(美國安捷倫公司)；UV22401PC型紫外-可見分光光度儀(島津公司)；AW120型電子分析天平(日本島津公司)；KQ-100E型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司).

苯并噻唑標準品(質(zhì)量分數(shù)≥99.5%，鶴壁市雙力橡塑助劑廠)；2-巰基苯并噻唑標準品(質(zhì)量分數(shù)≥99.5%，鶴壁市雙力橡塑助劑廠)；甲醇和乙腈均為色譜純(山東禹王實業(yè)有限公司化工分公司)；四氫呋喃和氨水為分析純(天津市科密歐化學試劑有限公司);實驗用水為二次蒸餾水.

1.2 色譜條件

Hypersil C18型(150 mm×4.6 mm i.d) 色譜柱；檢測波長254 nm；以V(甲醇)∶V(水)=50∶50作為流動相(用氨水調(diào)節(jié)流動相的pH 為7.0～8.0)，超聲15 min，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾；柱溫30 ℃；流速：0.9 mL/min；進樣量：20 μL.

1.3 實驗方法

標準溶液的配制：分別準確稱取一定量的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑于50 mL的容量瓶中，用流動相溶解并定容，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后備用.

樣品溶液的配制：準確稱取0.7～0.8 g合成反應液樣品于50 mL的容量瓶中，用四氫呋喃稀釋并定容，再從中移取2mL溶液于10 mL的容量瓶中，然后用流動相稀釋并定容，經(jīng)濾膜過濾后進樣，以峰面積外標標準曲線法定量.

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 檢測波長的確定

分別配制一定濃度的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑標準溶液，在紫外分光光度計上進行掃描，掃描范圍200～400 nm.結(jié)果發(fā)現(xiàn)為苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的最大吸收波長分別在294 nm和322 nm，本實驗選取254 nm作為檢測波長，雖然在該波長下苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的吸收強度略有下降，但是其他雜質(zhì)吸收峰的干擾少，基線較為穩(wěn)定，所以可選作最佳檢測波長.

2.1.2 流動相組成及pH的確定

實驗選用C18(150 mm×4.6 mm i.d)色譜柱對流動相組成和比例進行了優(yōu)化.分別采用乙腈-水及甲醇-水為流動相進行苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的色譜分析試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用甲醇-水體系時樣品的分離度均較好，柱內(nèi)殘留樣品量少.因此本實驗采用甲醇-水體系.

實驗發(fā)現(xiàn)，流動相的pH對苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的峰形和分離效果有顯著的影響.酸性條件下(pH=3左右)，2-巰基苯并噻唑保留時間大于苯并噻唑的保留時間，但二者不能有效分離，出現(xiàn)雙頭峰且苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑峰均拖尾嚴重，可能與酸性條件下流動相中的氫離子與噻唑環(huán)上氮原子的相互作用有關(guān).弱堿性條件下(pH≥7)，2-巰基苯并噻唑的出峰時間顯著提前且峰型對稱，苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑可實現(xiàn)較好分離，應與系統(tǒng)中發(fā)生化學反應有關(guān)：2-巰基苯并噻唑由非水溶性轉(zhuǎn)化為易溶于水的苯并噻唑巰基鹽.進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，當流動相的pH≥7.5時，二待分析物出峰重復性良好，考慮到流動相pH過大可能對色譜柱造成損害，本研究中采用氨水調(diào)節(jié)流動相的pH在7.0～8.0之間.

不同的甲醇-水配比對峰型和分離效果的影響也比較明顯.流動相中甲醇體積分數(shù)小于40%時(流動相pH=7.0～8.0，下同)，苯并噻唑峰拖尾嚴重且峰展較寬；甲醇體積分數(shù)大于70%時，苯并噻唑出峰時間提前，但2-巰基苯并噻唑的出峰時間明顯推遲，出現(xiàn)重疊峰，分離效果不好；當控制流動相中甲醇比例為50%時，苯并噻唑峰拖尾現(xiàn)象消失，峰型對稱，苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑峰完全分離.

2.1.3 流速及柱溫的確定

流動相的流速對待分析物的分離度及峰形有一定的影響[9-10].綜合考慮，流速采用0.9 mL/min.

在上述流速下，分別在柱溫25 ℃～40 ℃進行實驗.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，柱溫的高低對峰形及分離效果影響不大.綜合考慮，本實驗中柱溫控制在30 ℃.

圖1為優(yōu)化的色譜條件下標準樣品和反應液樣品的色譜圖，其中2-巰基苯并噻唑、苯并噻唑的保留時間分別為1.725,5.726 min.顯然，待測物苯并噻唑、2-巰基苯并噻唑及雜質(zhì)的分離良好，峰型對稱，基線平穩(wěn).

1為2-巰基苯并噻唑 ；2為苯并噻唑 ； 3，4為副產(chǎn)物

圖1 標準樣品及反應液樣品色譜圖

Fig.1 Chromatograms of standard

sample and synthetic sample

2.2 標準曲線及檢出限

分別精密吸取上述苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑標準溶液1，3，5，7，9 mL于10 mL的容量瓶中，用流動相稀釋至刻度，搖勻，得到一系列不同濃度的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑混合標準液.將所有樣品經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后進樣，每個樣品平行進樣3次，以峰面積y作為縱坐標，質(zhì)量濃度x作為橫坐標進行線性回歸.苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的標準曲線回歸方程、線性范圍及相關(guān)系數(shù)均列于表1中.以3倍基線噪聲測得的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的檢測限也列于表1中.可以看出，在所確定的色譜條件下測定苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的濃度線性范圍均較寬，線性關(guān)系較好.

表1 苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的線性回歸及檢出限Tab.1 Regression analysis and detection limits of benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole

2.3 精密度檢測

分別取高、中、低3個濃度，對應樣品編號為1,2,3的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑標準溶液，按前面所確定色譜條件進行重復測定，每份樣品分別連續(xù)進樣3次，結(jié)果如表2所示.可以看出，苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的最大相對標準偏差分別為0.45%和0.63%，說明本測定方法的重復性良好.取反應液樣品3份分別檢測，對應樣品編號為4,5,6.結(jié)果表明，反應液樣品的精密度在檢測精密度范圍內(nèi).

2.4 回收率實驗

取不同工藝條件下的反應液樣品3份，分別加入一定量的苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑標準品，然后按同樣的方法和色譜條件重復測定，進行回收率實驗，每份溶液進樣3次.計算回收率.結(jié)果見表3.由表可知，苯并噻唑、2-巰基苯并噻唑的加標回收率分別為98.20%～101.03%，98.78%～99.706%，說明在優(yōu)化的色譜條件下測定結(jié)果的準確度較高，可用于苯并噻唑合成工藝優(yōu)化及其它相關(guān)研究中.

表2 苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的精密度檢測Tab.2 Detection of the precision of benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazol

表3 苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑回收率檢測Tab.3 Detection of the recovery of benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazoc

3 結(jié)論

筆者使用Hypersil C18 型反相色譜柱，以V(甲醇)：V(水)=50∶50作為流動相(用氨水調(diào)節(jié)流動相的pH 為7.0～8.0)，建立了同時檢測合成反應液中苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑的液相分析方法.該方法具有良好的精密度和準確度，可在7 min內(nèi)完成合成反應液的全部分析，可用于苯并噻唑合成工藝優(yōu)化及其他相關(guān)研究中.

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The Simultaneous Determination of Benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole in the Reaction Liquid by High Performance Liquid Chromatography

ZHAO Jian-hong， ZHANG Mei-mei， CHENG Xiang-lin， WANG Jian-she，WANG Liu-cheng， SONG Cheng-ying, ZHANG Jia-li

(School of Chemical Engineering and Energy， Zhengzhou University， Zhengzhou 450001， China)

A method was presented for the simultaneous determination of benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole in the reaction liquid by high performance liquid chromatography (HPLC). The analysis was performed on a Hypersil C18 column (150 mm×4.6 mm i.d) with 50：50 methanol-water as the mobile phase (mobile phase with ammonia ,pH=7.0～8.0)at a flow rate of 0.9 mL/min.The samples were detected at 254 nm with an UV detector and the column temperature was 30 ℃. It was found that benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole could be well separated under the chromatographic conditions. The linear ranges of the mass concentration were 0.047～0.426 g/L and 0.059 g/L～0.273 g/L respectively. The recoveries for them were 98.20%～101.0 3% and 98.78 %～99.76%. The maximum relative standard deviations were 0.45 % and 0.63 % for benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole.

high performance liquid chromatography； benzothiazole； 2-mercaptobenzothiazole

2014-09-25；

2014-11-03

河南省產(chǎn)學研計劃資助項目(142107000007)

趙建宏(1963-)，男，河北巨鹿人，鄭州大學教授，博士，主要從事精細有機合成及有機電合成方面的研究,E-mail : zhaojh@zzu.edu.com.

1671-6833(2015)01-0037-04

O657.7

A

10.3969/j.issn.1671-6833.2015.01.009