超高效液相色譜法快速分析異丙苯中的過氧化氫異丙苯與酚類化合物

劉俊彥，李繼文，王 川

（中國石化 上海石油化工研究院，上海 201208）

超高效液相色譜法快速分析異丙苯中的過氧化氫異丙苯與酚類化合物

劉俊彥，李繼文，王 川

（中國石化 上海石油化工研究院，上海 201208）

采用超高效液相色譜建立了快速分析異丙苯中的過氧化氫異丙苯與酚類雜質(zhì)的方法，該方法采用BEH C18（1.7 μm×2.1 mm×100 mm）反相色譜柱，以乙腈/水為流動(dòng)相，流量0.4 mL/min，采用梯度洗脫，紫外檢測(cè)波長為220 nm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)組分分離效果良好，分析周期為8 min，分析周期短。標(biāo)樣的測(cè)試結(jié)果表明，各目標(biāo)化合物在各自配制的濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性響應(yīng)，回歸系數(shù)均大于0.999，各目標(biāo)組分的最低檢出限為0.235～1.167 mg/L。實(shí)際試樣中的加標(biāo)回收率為89.74%～102.26%，6次重復(fù)測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于等于3.18%，定量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，數(shù)據(jù)精密度良好。將超高效液相色譜應(yīng)用于異丙苯中微量過氧化氫異丙苯與酚類化合物雜質(zhì)的分析，為異丙苯生產(chǎn)企業(yè)提供了一種簡便、快速、準(zhǔn)確的分析方法。

超高效液相色譜；酚類；過氧化氫異丙苯；異丙苯

超高效液相色譜法（UPLC）是在高效液相色譜（HPLC）基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新興技術(shù)，采用小顆粒柱填料，提高了靈敏度和分辨率，各項(xiàng)性能均比HPLC優(yōu)越，具有檢測(cè)速度快、檢出限低、污染少等優(yōu)點(diǎn)。與HPLC相比，UPLC的速度、靈敏度及分離度分別是HPLC的3～9倍、3倍及1.7倍，縮短了分析時(shí)間，同時(shí)減少了溶劑用量，降低了分析成本。UPLC在藥物分析［1］、蛋白組和代謝組分離分析［2］、食品安全監(jiān)測(cè)［3］、水污染監(jiān)控［4］、大氣污染物分析等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

工業(yè)異丙苯中的酚類化合物主要為苯酚，也可能存在甲酚、二甲酚、異丙基酚、苯甲醛、苯乙酮、苯乙醇及其異構(gòu)體。這些化合物是一種游離基捕獲劑，會(huì)抑制異丙苯的某些化學(xué)反應(yīng)（如異丙苯的氧化反應(yīng)等），嚴(yán)重影響了異丙苯產(chǎn)品的質(zhì)量及下游產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，因此必須嚴(yán)格控制。目前SH/ T 1744—2004［5］中規(guī)定工業(yè)用異丙苯中酚類含量小于5 mg/kg。迄今為止，異丙苯中酚類含量的測(cè)定方法主要采用SH/T 1748—2004［6］與SH/T 1747—2004［7］。SH/T 1748—2004采用HPLC分離異丙苯中的酚類化合物與過氧化氫異丙苯（CHP），使用C18反相色譜柱，分離周期超過20 min。SH/T 1747—2004采用分光光度法，利用苯酚與4-氨基安替比林反應(yīng)所呈現(xiàn)的顏色，通過測(cè)定472 nm處的吸光度，并根據(jù)比爾定律確定苯酚的含量。分光光度法測(cè)定的是異丙苯中酚類化合物的總量，但不同形態(tài)的酚類的反應(yīng)活性有差異，從而對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性有顯著影響。

CHP是工業(yè)用異丙苯中的另一種重要雜質(zhì)。在一定條件下，CHP易分解為苯酚和丙酮，因此它的存在不僅會(huì)影響苯酚的指標(biāo)，而且作為過氧化物還會(huì)影響異丙苯的安全性能。SH/T 1744—2004［6］中規(guī)定CHP含量小于100 mg/kg。CHP的測(cè)定方法有SH/T 1746—2004［8］，采用分光光度法測(cè)定異丙苯中CHP的含量。由于試劑中的溶解氧和空氣中的氧影響測(cè)定，必須予以脫除和控制，造成分析方法操作繁瑣、條件苛刻。

本工作將UPLC用于異丙苯中酚類和CHP的分析，使用紫外檢測(cè)對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行定量分析。與現(xiàn)行國標(biāo)方法相比，簡單快速、檢測(cè)限更低、更環(huán)保，適用于異丙苯產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

苯酚、鄰甲酚、對(duì)甲酚、間甲酚、2-異丙基苯酚、3-異丙基苯酚、4-異丙基苯酚、苯、甲苯、乙苯、α-甲基苯乙烯：純度均大于99%，Sigma公司；CHP：純度80%，Sigma公司，配制標(biāo)樣時(shí)對(duì)CHP進(jìn)行含量修正。

Waters公司的UPLC ACQUITY I Class型超高效液相色譜儀。HPLC級(jí)乙腈、HPLC級(jí)甲醇：Thermofisher公司；超純水為Milli-Q超純水。BEH C18反相色譜柱：1.7 μm×2.1 mm×100 mm，Waters公司。

1.2 試樣配制

分別稱取不同的標(biāo)準(zhǔn)化合物溶于甲醇中，制備約1 g/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液儲(chǔ)備液。分別吸取適量標(biāo)準(zhǔn)溶液儲(chǔ)備液，用甲醇稀釋，得1#～5#系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中，苯酚的質(zhì)量濃度范圍為21.67～541.67 mg/L、對(duì)甲酚的質(zhì)量濃度范圍為20.01～501.11 mg/L、鄰甲酚的質(zhì)量濃度范圍為21.47～536.67 mg/L、4-異丙基苯酚的質(zhì)量濃度范圍為21.22～530.56 mg/L、2-異丙基苯酚的質(zhì)量濃度范圍為18.82～470.56 mg/L、CHP的質(zhì)量濃度范圍為22.18～554.44 mg/L。

1.3 色譜分析條件

流動(dòng)相A為純水、流動(dòng)相B為純乙腈，流動(dòng)相流量為0.4 mL/min，色譜柱溫為40 ℃，進(jìn)樣量為1 μL。色譜梯度：0～4 min，40%～60%B；4～5 min，60%～80%B；5～8 min，80%B。紫外檢測(cè)波長為220 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜分離條件的優(yōu)化

目前國標(biāo)HPLC法能將工業(yè)異丙苯中的主要有機(jī)雜質(zhì)苯酚、對(duì)甲酚/間甲酚、鄰甲酚、CHP、4-異丙基苯酚/3-異丙基苯酚、2-異丙基苯酚、苯、甲苯、乙苯等與異丙苯完全分離，且雜質(zhì)峰均在異丙苯主峰前流出，有利于各雜質(zhì)的準(zhǔn)確測(cè)定。目前，國標(biāo)推薦的色譜柱規(guī)格為250 mm×4.6 mm，色譜填料粒徑為5 μm，在67.5%（φ）乙腈水溶液下進(jìn)行等度分離，分析周期超過20 min，酚類與CHP的分離時(shí)間約為10 min。模擬異丙苯實(shí)際試樣，在純異丙苯中分別加入酚類雜質(zhì)標(biāo)樣、CHP和芳烴標(biāo)樣（苯、甲苯、乙苯、α-甲基苯乙烯）。使用國標(biāo)推薦的等度分離方法在UPLC色譜柱上分離上述試樣，結(jié)果見圖1。由圖1可見，等度分離條件下，對(duì)甲酚與間甲酚保留時(shí)間相同，與鄰甲酚分離不完全；苯與4-異丙基苯酚保留時(shí)間相同；4-異丙基苯酚與2-異丙基苯酚的分離效果較差。優(yōu)化色譜條件，使用梯度洗脫分離目標(biāo)化合物，結(jié)果見圖2。由圖2可見，在梯度洗脫分離條件下，4 min內(nèi)可完成所有酚類與CHP的分離，分離效果優(yōu)于等度分離。分離結(jié)束后色譜柱在4 min內(nèi)完成平衡，并可進(jìn)行下一試樣的分析，分析周期為8 min。在優(yōu)化后的UPLC梯度分離條件中，對(duì)甲酚與間甲酚、4-異丙基苯酚與3-異丙基苯酚共流出，無法分離，此結(jié)果與現(xiàn)有國標(biāo)結(jié)果相同。

UPLC是基于小顆粒填料的新技術(shù)，在HPLC基礎(chǔ)上發(fā)展而來。UPLC與HPLC有相同的原理，根據(jù)van Deemeter方程，隨著顆粒度減小，理論塔板高度（HETP）下降，1.7 μm顆粒提供的柱效比5 μm顆粒提供的柱效高3倍，分離度提高了70%；且隨著填料顆粒的減小，HETP最小值區(qū)域擴(kuò)大，能在更寬的流量范圍內(nèi)得到最高柱效，在保持高分離度的同時(shí)優(yōu)化流速、提高分析速度、縮短分離時(shí)間。由于使用小于2 μm的固定相填料，且在高線速及比HPLC更高的壓力下操作，顯著提高了分辨率、靈敏度及分析速度，色譜性能有了極大改善。

圖1 目標(biāo)化合物在等度分離條件下的UPLC色譜圖Fig.1 UV chromatogram of the target compounds in isocratic elution mode.

圖2 目標(biāo)化合物在梯度洗脫分離條件下的UPLC色譜圖Fig.2 UV chromatogram of the target compounds in gradient elution mode.

2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的線性關(guān)系與檢出限

對(duì)1#～5#標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析，以各化合物紫外峰面積對(duì)含量進(jìn)行線性回歸，分別得到目標(biāo)化合物的線性方程、線性范圍、回歸系數(shù)、最低定量限（LOQ）與最低檢出限（LOD）。LOQ以10倍信噪比（S/N= 10）計(jì)算，LOD以3倍信噪比（S/N= 3）計(jì)算。每份標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定6次，計(jì)算峰面積并取平均值，結(jié)果見表1。從表1可看出，各化合物在各自的含量范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。因此，通過該方法建立的定量曲線可用于實(shí)際試樣中酚類與CHP的檢測(cè)分析。

表1 目標(biāo)化合物的線性關(guān)系與檢出限Table 1 Linear ranges，regression coefficients(r2)，linear regression equations and limit of detection(LOD) of the target compound

2.3 實(shí)際試樣的測(cè)定

采用1.3節(jié)的色譜條件和2.2節(jié)測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)曲線，對(duì)實(shí)際異丙苯試樣進(jìn)行分析，實(shí)際試樣中CHP和酚類雜質(zhì)的測(cè)定結(jié)果見表2。從表2可看出，定量分析結(jié)果的重復(fù)性良好。

表2 實(shí)際試樣的測(cè)定結(jié)果（n=6）Table 2 Analysis results of the real samples(n=6)

2.4 方法的準(zhǔn)確性與精密度

為了考察方法的準(zhǔn)確性和精密度，在實(shí)際異丙苯試樣中進(jìn)行加標(biāo)回收率和重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。在異丙苯試樣中加標(biāo)配制2個(gè)不同質(zhì)量濃度的標(biāo)樣Ⅰ和Ⅱ，分別進(jìn)行定量分析，每個(gè)標(biāo)樣重復(fù)測(cè)定6次，標(biāo)準(zhǔn)試樣加標(biāo)量與分析結(jié)果見表3。由表3可見，各加標(biāo)組分的回收率在89.74%～102.26%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n = 6）小于等于3.18%，說明該方法定量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，數(shù)據(jù)精密度良好。

表3 回收率與重復(fù)性Table 3 Repeatability and recovery of the standard sample(n=6)

3 結(jié)論

1）使用UPLC快速分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了異丙苯中微量CHP與酚類的快速定性和定量分析，將目標(biāo)雜質(zhì)分析時(shí)間縮短至4 min，分析周期為8 min。

2）各化合物在配制濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性響應(yīng)，回收率為89.74%～102.26%、6次重復(fù)測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于等于3.18%，定量準(zhǔn)確，分析快速，為測(cè)定異丙苯中的微量雜質(zhì)提供了一種新的快速分析方法。

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［7］ 中國石油化工股份有限公司. SH/T 1747—2004 工業(yè)用異丙苯中苯酚含量的測(cè)定——分光光度法［S］.北京：中國石化出版社，2004.

［8］ 中國石油化工股份有限公司. SH/T 1746—2004 工業(yè)用異丙苯中過氧化合物含量的測(cè)定——分光光度法［S］.北京：中國石化出版社，2004.

（編輯 王 萍）

Application of ultra-performance liquid chromatography in analysis of cumenehydroperoxide and phenols in cumene

Liu Junyan，Li Jiwen，Wang Chuan
（Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology，Shanghai 201208，China）

The fast-quantitative analysis of cumene hydroperoxide and phenols in cumene by applying ultra-performance liquid chromatography(UPLC) was established. Target compounds in real sample were accurately qualified and quantified through a comprehensive analysis of the LC in a gradient elution mode with the flow rate of 0.4 mL/min. A BEH（1.7 μm×2.1 mm×100 mm）was applied for the separation coupled with UV detection(220 nm). The new method therefore effectively realized the ultra-fast analysis within 4 min for the target compounds and 8 min for total analysis. The UV peak area for each compound was used for quantitation calculation. The UV signal response of target compounds showed a good linear relationship with the corresponding concentration and the linear regression coefficients were greater than 0.999. The limits of detection of the method were 0.235-1.167 mg/L. The method recoveries were 89.74%-102.26%. The study provided a new strategy for ultra-fast analysis of byproducts in cumene by applying UPLC.

ultra-performance liquid chromatography；phenols；cumene hydroperoxide；cumene

1000-8144（2017）07-0934-04

TQ 207.4

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2017.07.017

2017-01-06；［修改稿日期］2017-05-12。

劉俊彥（1984—），男，上海市人，博士，高級(jí)工程師，電話 021-68462197-6203，電郵 liujy.sshy@sinopec.com。

工業(yè)技術(shù)