乙醇酸甲酯水解制乙醇酸中組分的測(cè)定

郭一丹，張育紅，王　川，宋海峰

(中國(guó)石化上海石油化工研究院，上?！?01208)

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乙醇酸甲酯水解制乙醇酸中組分的測(cè)定

郭一丹，張育紅，王川，宋海峰

(中國(guó)石化上海石油化工研究院，上海201208)

建立了乙醇酸甲酯水解制乙醇酸中組分及含量的高效液相色譜快速測(cè)定方法。采用超高效液相色譜與二極管陣列檢測(cè)器/四級(jí)桿-飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-PDA/Q-ToFMS/MS)聯(lián)用技術(shù)對(duì)乙醇酸產(chǎn)品進(jìn)行定性分析，高效液相色譜進(jìn)行檢測(cè)，外標(biāo)法定量。本方法，乙醇酸和乙醇酸甲酯在0.01～100mg/mL范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系(r2>0.999)；檢出限分別為0.0102mg/mL和0.0208mg/mL；加標(biāo)回收率為95%～105%；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.01%～0.86%。本方法已用于乙醇酸工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程分析及乙醇酸產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

高效液相色譜；液相色譜-質(zhì)譜法；乙醇酸；組分；含量

乙醇酸是一種重要的有機(jī)合成中間體，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、高分子降解材料、醫(yī)學(xué)工程及其他許多領(lǐng)域[1-2]。近年來(lái)，隨著生物可降解材料乙醇酸類(lèi)聚合物在醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，高純度的乙醇酸單體需求量也在不斷增長(zhǎng)[3]。

乙醇酸的分析方法目前主要為：酸堿滴定法、比色法、氣相色譜法、液相色譜法等[7-12]。其中，酸堿滴定法和比色法準(zhǔn)確性不高，不適用于乙醇酸含量的準(zhǔn)確測(cè)量；氣相色譜法需將乙醇酸酯化后才能進(jìn)行分析，較為繁瑣，提高了成本；液相色譜法可以直接進(jìn)樣分析，已有研究用于實(shí)驗(yàn)室水解條件下乙醇酸甲酯和乙醇酸含量的分析，但對(duì)乙醇酸產(chǎn)品中組分種類(lèi)及含量的分析尚未涉及[12]。

本實(shí)驗(yàn)利用超高效液相色譜與二極管陣列檢測(cè)器/四級(jí)桿-飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)工業(yè)乙醇酸產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)定性分析，確定乙醇酸中存在乙醇酸甲酯和乙醇酸二聚物兩種雜質(zhì)組分。同時(shí)，建立快速高效液相色譜-紫外檢測(cè)法直接測(cè)定乙醇酸中組分及含量的實(shí)驗(yàn)方法。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1儀器與試劑

20A高效液相色譜系統(tǒng)，日本島津公司(配自動(dòng)進(jìn)樣器，10AT和10AD泵，20A多波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器)；ACQUITYUPLC/XevoG2QTOF超高效液相色譜高分辨串聯(lián)質(zhì)譜，美國(guó)沃特世公司；配自動(dòng)進(jìn)樣器，二極管陣列紫外檢測(cè)器；乙腈(HPLC級(jí))，美國(guó)Fisher公司；磷酸(HPLC級(jí)),美國(guó)Dikma公司；超純水，由美國(guó)Millipore公司Milli-Q超純水凈化系統(tǒng)制備。

乙醇酸和乙醇酸甲酯(化學(xué)純)，國(guó)藥集團(tuán)。

1.2標(biāo)準(zhǔn)溶液配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱(chēng)取乙醇酸甲酯和乙醇酸標(biāo)準(zhǔn)品各1g于容量瓶，為避免乙醇酸甲酯及乙醇酸中乙醇酸甲酯水解生成乙醇酸，影響定量的準(zhǔn)確性，用乙腈溶解至10mL，配制成100mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。將儲(chǔ)備液用乙腈稀釋成系列濃度為0.01mg/mL、0.1mg/mL、1mg/mL、10mg/mL、50mg/mL和100mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作液，注入高效液相色譜，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3樣品溶液配制

將適量樣品用乙腈稀釋至標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)，等待上機(jī)。

1.4色譜條件和質(zhì)譜條件

1.4.1高效液相色譜條件

高效液相色譜條件：色譜柱：ZorbaxEclipsePlusC18(4.6mm×150mm，5μm)；柱溫：35 ℃；流動(dòng)相：水(含0.06%的磷酸):乙腈=95:5，流速：1.0mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)：210nm；進(jìn)樣量：1μL。

1.4.2超高效液相色譜和質(zhì)譜條件

超高效液相色譜條件：色譜柱:HSST3 (2.1mm×100mm，1.7μm);柱溫：30 ℃；流動(dòng)相：水:甲醇；梯度洗脫(正離子模式)：0minV(水):V(甲醇)=85:15；2.5min后V(水):V(甲醇)=55:35；4min后V(水):V(甲醇)=10:90；流速：0.45mL/min; 梯度淋洗(負(fù)離子模式)：0min用V(水):V(甲醇)=70:30；2.5min后V(水):V(甲醇)=55:35；3.5min后V(水):V(甲醇)=10:90；流速：0.45mL/min；進(jìn)樣量：3μL。

質(zhì)譜條件:電噴霧電離源(ESI)，正離子或負(fù)離子掃描模式；毛細(xì)管電壓2kV；錐孔電壓30eV；離子源溫度：120 ℃；脫溶劑溫度450 ℃；錐孔氣流量50L/h；脫溶劑氣(N2)流速900L/h。

2　結(jié)果與討論

2.1乙醇酸產(chǎn)品中組分的定性分析

圖1　工業(yè)裝置乙醇酸實(shí)際樣品總離子流圖

圖2　工業(yè)裝置乙醇酸實(shí)際樣品質(zhì)譜圖

圖3　乙醇酸二聚物二級(jí)質(zhì)譜圖(負(fù)離子模式)

圖4　乙醇酸及乙醇酸二聚物的UPLC-PDA光譜圖

圖5　乙醇酸二聚物結(jié)構(gòu)圖

2.2高效液相色譜法的線性范圍及檢出限

本實(shí)驗(yàn)采用高效液相色譜-紫外檢測(cè)法進(jìn)行乙醇酸樣品中組分的定量分析。按照1.3配制乙醇酸甲酯和乙醇酸系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，吸取1μL直接進(jìn)樣檢測(cè)，記錄色譜圖，以峰面積Y對(duì)標(biāo)樣濃度X(mg/mL)進(jìn)行線性回歸，乙醇酸甲酯和乙醇酸濃度在0.01～100mg/mL范圍內(nèi)，線性方程分別為Y=24617X+5394.3和Y=22387X-6803.1，線性相關(guān)系數(shù)r2均大于0.999，線性關(guān)系良好。由于乙醇酸二聚物標(biāo)準(zhǔn)樣品無(wú)法獲得，采用乙醇酸標(biāo)樣做外標(biāo)，進(jìn)行半定量分析。

以濃度為0.01mg/mL的標(biāo)樣進(jìn)樣,根據(jù)信噪比S/N=3,得到乙醇酸和乙醇酸甲酯的最低檢出限LOD分別為0.0102mg/mL和0.0208mg/mL；根據(jù)信噪比S/N=10，得到乙醇酸和乙醇酸甲酯的最低定量限LOQ分別為0.038mg/mL和0.069mg/mL。

2.3高效液相色譜法的準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)

以含低濃度乙醇酸和乙醇酸甲酯的樣品為本底,分別添加不同量的乙醇酸和乙醇酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)樣品得低、中、高三個(gè)加標(biāo)濃度的樣品(加標(biāo)量見(jiàn)表2)，進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，重復(fù)測(cè)定5次。以測(cè)得的峰面積與相應(yīng)的濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液峰面積，計(jì)算乙醇酸和乙醇酸甲酯的加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見(jiàn)表2。3份平行樣品中，兩種物質(zhì)的加標(biāo)回收率在95.4%～104.9%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.01%～0.86%之間(n=5)。

表2　加標(biāo)樣品回收率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)Table 2　Recovery and relative standard deviation (RSD)of the spiked samples (n=5)

2.4樣品檢測(cè)

2.4.1乙醇酸產(chǎn)品的測(cè)定

利用該方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外不同廠家的乙醇酸產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，典型譜圖見(jiàn)圖6所示，并用外標(biāo)法進(jìn)行定量，結(jié)果見(jiàn)表3。由圖6可以看出，本文所建高效液相色譜方法能很好地應(yīng)用于乙醇酸產(chǎn)品組分的快速測(cè)定，結(jié)果良好。由表3可以看出, 對(duì)乙醇酸甲酯水解制乙醇酸工藝而言，其產(chǎn)物乙醇酸和雜質(zhì)組分的含量也與水解控制工藝密切相關(guān)。

圖6　乙醇酸實(shí)際樣品高效液相色譜圖

表3　乙醇酸實(shí)際樣品的典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3　Typical data of samples

2.4.2工業(yè)裝置不同反應(yīng)階段樣品分析

利用該方法，對(duì)乙醇酸工業(yè)裝置水解反應(yīng)不同階段的樣品進(jìn)行分析，可得到如圖7所示的乙醇酸甲酯和乙醇酸含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖。由圖7可知，該方法還可用于乙醇酸甲酯水解制乙醇酸反應(yīng)中，組分的測(cè)定，有效監(jiān)控反應(yīng)過(guò)程。

圖7　一定溫度下反應(yīng)產(chǎn)物中乙醇酸和乙醇酸甲酯含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖

3　結(jié)　論

建立了乙醇酸甲酯水解體系中乙醇酸和乙醇酸甲酯的定性和定量分析方法，針對(duì)乙醇酸和乙醇酸甲酯的極性特點(diǎn)，選擇適用于低碳非強(qiáng)極性的C18柱對(duì)乙醇酸和乙醇酸甲酯進(jìn)行分離，并優(yōu)化了色譜條件，保證兩種目標(biāo)待測(cè)物在該體系中的有效分離，并采用低進(jìn)樣量，在保證檢測(cè)限的同時(shí)保護(hù)色譜柱。方法簡(jiǎn)便，分析時(shí)間較短，樣品在5min內(nèi)即結(jié)束分析，達(dá)到了快速分析的目的。實(shí)際樣品回收率達(dá)到分析要求，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，實(shí)用性強(qiáng)。同時(shí)，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品分析中, 并對(duì)產(chǎn)品中未知物開(kāi)展了進(jìn)一步分析, 進(jìn)行初步的質(zhì)譜定性。不僅對(duì)該工藝路線的生產(chǎn)過(guò)程可起到指導(dǎo)作用，還可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行有效的質(zhì)量控制。

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Simultaneous Analysis of Compounds for Methyl Glycolate to Glycolic AcidbyHigh-performanceLiquidChromatography

GUO Yi-dan, ZHANG Yu-hong, WANG Chuan, SONG Hai-feng

(Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology, SINOPEC, Shanghai 201208, China)

AnovelmethodwaspresentedforidentificationandquantificationofcompoundsinGlycolicAcid(GA)byusinghigh-performanceliquidchromatography.Methylglycolate(MG)andglycolicaciddimerwereidentifiedasimpuritiesinGAproductsbyultra-performanceliquidchromatographywithphoto-diodearrayandquadrupole-timeofflightmassspectrometry(UPLC-PDA/Q-ToFMS/MS).High-performanceliquidchromatography-diodearraydetector(HPLC-DAD)wasusedforquantificationanalysisofcompoundsinGA.Externalstandardmethodwasappliedinthisstudy.ThelinearrangeofGAandMGwas0.01～100mg/mL(r2>0.9999),limitsofdetection(LOD,S/N=3)ofGAandMGwere0.0102mg/mLand0.0208mg/mL,respectively,andrecoveriesofGAandMGwerebetween95%～105%.Relativestandarddeviationswerebelow0.01%～0.86%forbothGAandMG.Processingconditionoptimization,processcontrolandqualitycontrolofGAproductioncouldbeappliedeffectivelybyusingthismethod.

high-performanceliquidchromatography;ultra-performanceliquidchromatographywithquadrupole-timeofflightmassspectrometry;glycolicacid;compound;concentration

郭一丹(1985-)，女，碩士，工程師，主要從事石油化工分析研究工作。

TQ225.4,TQ207,O656

B

1001-9677(2016)013-0122-04