高效液相色譜法同時測定丙烯酸酯中的7種穩(wěn)定劑

王 磊，譚康慧，田 冬

（1. 滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 滁州 239000；2. 淮南師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 淮南 232038）

丙烯酸酯是一類重要的石油化工產(chǎn)品及原料，被廣泛應(yīng)用于高分子材料和有機(jī)合成等領(lǐng)域[1-3]。丙烯酸酯分子結(jié)構(gòu)中因含有不穩(wěn)定的C=C雙鍵官能團(tuán)，使其在運輸或者儲存期間極易發(fā)生聚合反應(yīng)。因此，常常在丙烯酸酯試劑中加入一定含量的穩(wěn)定劑。目前市場上常用的穩(wěn)定劑有7種，分別為對苯二酚（HQ）、對羥基苯甲醚（MEHQ）、對叔丁基鄰苯二酚（TBC）、吩噻嗪（PTA）、2，4-二甲基-6-叔丁基苯酚（TBX）、2，6-二叔丁基對甲基苯酚（BHT）和2，2'-亞甲基雙（6-叔丁基-4-甲基苯酚）（MBP）。不同規(guī)格的丙烯酸酯試劑加入的穩(wěn)定劑種類不同，通常丙烯酸酯試劑中只加入一種穩(wěn)定劑，有時候也會根據(jù)需要加入兩種或兩種以上的復(fù)合穩(wěn)定劑來提高穩(wěn)定的效果。雖然穩(wěn)定劑的加入能使丙烯酸酯長期穩(wěn)定，但穩(wěn)定劑的存在也會影響丙烯酸酯的純度及下游產(chǎn)品的制備。因此，在使用丙烯酸酯試劑時，需要明確丙烯酸酯中穩(wěn)定劑的種類及含量，從而采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

目前，丙烯酸酯中穩(wěn)定劑的分析方法主要有分光光度法[4-6]、氣相色譜法[7-9]和液相色譜法[10-11]。分光光度法操作比較繁瑣，且儀器的靈敏度也不高，使用范圍受到限制。氣相色譜法具有進(jìn)樣量少、分析速率快、靈敏度和準(zhǔn)確度高的特點，在石油化工領(lǐng)域使用頻率較高，但是不適合分析沸點較高、熱穩(wěn)定性差的穩(wěn)定劑，而高效液相色譜法卻能夠很好地解決這一問題。目前，高效液相色譜法多集中于對某種丙烯酸酯中的某一種或者兩種穩(wěn)定劑的分析，尚沒有進(jìn)行擴(kuò)大研究。

本工作建立了一種使用高效液相色譜同時測定丙烯酸酯中7種穩(wěn)定劑的方法，對色譜條件進(jìn)行了優(yōu)化，在優(yōu)化色譜條件下，考察了方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差、回收率和精密度。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

HQ：純度大于98.5%（w），成都市科龍化工試劑廠；MEHQ（純度大于99.0%（w））、TBX（純度大于99.0%（w））：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；PTA（純度大于98.0%（w））、TBC（純度大于98.0%（w））、BHT（純度大于99.0%（w））、MBP（純度大于99.0%（w））、磷酸（分析純）：阿拉丁試劑上海有限公司；四氫呋喃、乙腈、甲醇：色譜級，德國 Merck 公司。

Agilent 1260型高效液相色譜儀：美國Agilent公司，配VWD檢測器；UV-1800PC-DS2型紫外-可見分光光度計：上海美譜達(dá)儀器有限公司；FA2004型電子分析天平：上海佑科儀器儀表有限公司；超純水儀：上海路島分析儀器有限公司。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液的配制

分別稱取HQ，MEHQ，TBX，PTA，TBC，BHT，MBP標(biāo)準(zhǔn)試樣置于10 mL的棕色容量瓶中，用甲醇定容，得各穩(wěn)定劑單體的標(biāo)準(zhǔn)儲備液。量取各單體的標(biāo)準(zhǔn)儲備液1.0 mL于10 mL棕色容量瓶中，用甲醇定容，配制成混合的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。各標(biāo)準(zhǔn)試樣的稱樣質(zhì)量、單體標(biāo)準(zhǔn)儲備液及混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液的質(zhì)量濃度見表1。

表1 7種穩(wěn)定劑標(biāo)準(zhǔn)試樣的稱樣量、單體標(biāo)準(zhǔn)儲備液及混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液的質(zhì)量濃度Table 1 The weight of standard substance，mass concentration of single standard solution and mixing standard solution of the seven stabilizers

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

量取混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，6.0 mL分別置于10 mL的棕色容量瓶中，用甲醇定容，搖勻備用。配制的7種穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度分別為5.00，25.00，50.00，100.0，200.0，300.0 mg/L。

1.3 試樣的處理

稱取一定量的丙烯酸酯，用甲醇溶液稀釋數(shù)倍，經(jīng)0.45 μm的微孔有機(jī)濾膜過濾后進(jìn)樣分析，使測定的穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度介于5.00～300.0 mg/L范圍內(nèi)。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 檢測波長的選擇

以無水乙醇為溶劑，在190～400 nm波長范圍內(nèi)對7種穩(wěn)定劑進(jìn)行掃描，結(jié)果見圖1?？紤]到使用流動相的紫外吸收會干擾到基線的平穩(wěn)性，本工作只選擇大于230 nm的最大吸收波長。由圖1可知，PTA最大吸收波長為249 nm，其他6種穩(wěn)定劑的最大吸收波長介于277～295 nm之間。分別考察了波長為280，285，290 nm時6種穩(wěn)定劑的液相色譜分析情況，實驗結(jié)果表明，檢測波長為280 nm時，6種物質(zhì)的基線平穩(wěn)，靈敏度更高。同時為了兼顧PTA也具有最優(yōu)的靈敏度，本工作選取280 nm和249 nm為檢測波長，具體為：0～8.0 min為280 nm；8.0～9.0 min為249 nm，9.0～12.0 min為280 nm。在249 nm波長下對PTA的紫外吸收進(jìn)行定量計算，在280 nm下對其余6種穩(wěn)定劑的紫外吸收進(jìn)行定量計算。

圖1 7種穩(wěn)定劑的UV吸收譜圖Fig.1 UV absorption spectra of the seven stabilizers.

2.1.2 色譜柱的選擇

考察了7種穩(wěn)定劑在Poroshell 120 EC-C18色譜柱（150 mm×3.0 mm，2.7 μm）和ZORBAX SCC18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）上的分離情況。實驗結(jié)果表明，當(dāng)使用Poroshell 120ECC18色譜柱時，以水/甲醇/四氫呋喃或者水/甲醇/乙腈為流動相，經(jīng)反復(fù)調(diào)整流速和流動相的比例，HQ，MEHQ，TBC三種物質(zhì)均不能有效分離。而使用ZORBAX SC-C18色譜柱時，以水/甲醇/乙腈為流動相，通過調(diào)整流動相比例可使7種穩(wěn)定劑在12 min內(nèi)得到很好的分離，且各色譜峰峰形良好，譜圖見圖2。

圖2 7種穩(wěn)定劑的液相色譜圖Fig.2 Liquid chromatogram of the seven stabilizers.1 HQ；2 MEHQ；3 TBX；4 PTA；5 TBC；6 BHT；7 MBP

7種穩(wěn)定劑的保留時間、分離度和理論塔板數(shù)見表2。由表2可知，7種穩(wěn)定劑的分離度均大于1.5，具有較高的理論塔板數(shù)，因此，該方法可選擇ZORBAX SC-C18色譜柱對目標(biāo)物進(jìn)行分離。

表2 7種穩(wěn)定劑的保留時間、分離度和理論塔板數(shù)Table 2 Retention time，resolution and theoretical plate number of the seven stabilizers

2.1.3 流動相的選擇

單純使用文獻(xiàn)[11]中甲醇為流動相無法使7種穩(wěn)定劑得到分離，因此，考察了水、甲醇、四氫呋喃和乙腈為流動相時，7種穩(wěn)定劑的色譜分離情況。實驗結(jié)果表明，當(dāng)使用水/甲醇/四氫呋喃為流動相時，隨四氫呋喃比例的降低，MEHQ和TBC、PTA和TBX無法分離，隨四氫呋喃比例的增加，7種穩(wěn)定劑的保留時間縮短，HQ，MEHQ和TBC無法分離，且峰形前伸嚴(yán)重。當(dāng)使用水/甲醇/乙腈為流動相時，保持甲醇含量不變，7種穩(wěn)定劑的保留時間會隨乙腈比例的增加而縮短，HQ，MEHQ和TBC、PTA和TBX易重疊，而增加水的比例，5種穩(wěn)定劑的分離情況逐漸變好，但7種穩(wěn)定劑的保留時間也會大幅度延長，因此本工作選擇梯度洗脫，最優(yōu)的梯度洗脫程序見表3。

表3 梯度洗脫程序Table 3 Gradient elution procedures

比較了分別以水和0.1%（w）的酸性水溶液為流動相A相時7種穩(wěn)定劑的色譜分離效果。實驗結(jié)果表明，單純使用水為流動相A相時，HQ和TBX色譜峰較寬，峰形較差，而使用0.1%（w）的酸性水溶液可以較明顯改善它們的峰形。同時比較了酸性物質(zhì)為甲酸、乙酸和磷酸時的色譜分離效果，實驗結(jié)果表明，以甲酸和乙酸為酸性物質(zhì)時，保留時間在7.50～10.00 min之間的基線波動比較明顯，而以磷酸為酸性物質(zhì)時，7.50～10.00 min之間的基線波動范圍會有明顯改善，故本工作選擇磷酸為最優(yōu)酸性物質(zhì)。

2.1.4 流速的選擇

比較了恒定流速分別為0.8 mL/min和1.0 mL/min時7種穩(wěn)定劑的色譜分離效果。實驗結(jié)果表明，流速為1.0 mL/min時，7種穩(wěn)定劑的保留時間比流速為0.8 mL/min時可縮短約5 min。同時在流速為1.0 mL/min條件下，選擇了丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-羥乙基酯等5種常見的丙烯酸酯為分析對象，進(jìn)行了峰定位研究，發(fā)現(xiàn)丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-羥乙基酯和MEHQ 保留時間很接近，而降低流速可以改善3種物質(zhì)的分離效果，經(jīng)反復(fù)實驗，最終確定0～4.0 min內(nèi)，流速為0.8 mL/min；4.01～5.0 min內(nèi)，流 速 漸 變 為1.0 mL/min；5.01～13.0 min內(nèi)，流速為1.0 mL/min。在該分析條件下，丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸-2-羥乙基酯中穩(wěn)定劑的檢測情況如圖3所示。

2.1.5 柱溫的選擇

考察了柱溫分別為23，25，30 ℃時7種穩(wěn)定劑的色譜分離情況。實驗結(jié)果表明，隨柱溫的升高，7種穩(wěn)定劑的保留時間縮短，但并沒有太明顯的差異，同時考慮到液相色譜柱降溫操作比升溫操作更耗時，不利于接下來其他分析條件的設(shè)置，故本工作選擇在柱溫23 ℃下進(jìn)行實驗。

2.2 線性范圍和檢出限

以各種穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、色譜峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行線性回歸分析。結(jié)果見表4。從表4可看出，7種穩(wěn)定劑在設(shè)定的濃度范圍內(nèi)均具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均在0.9995及以上。對混合標(biāo)準(zhǔn)溶液采取逐級稀釋的方式進(jìn)行實驗測定，以3倍信噪比（S/N=3）時的進(jìn)樣量計算檢出限（LOD），以10倍信噪比（S/N=10）時的進(jìn)樣量計算定量限（LOQ），其中，噪聲信號依照6倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計算，從表4可看出，7種穩(wěn)定劑的檢出限和定量限分別為7.6～208.3 μg/L和16.1～675.6 μg/L。

表4 7種穩(wěn)定劑的線性關(guān)系、檢出限及定量限Table 4 Linear relationships，limit of detection(LOD) and limit of quantification(LOQ) of the seven stabilizers

2.3 加標(biāo)回收率和精密度

選擇不含某種穩(wěn)定劑的丙烯酸酯空白試樣，按照低、中、高三種加標(biāo)量分別加入一定量的穩(wěn)定劑標(biāo)準(zhǔn)品，經(jīng)甲醇稀釋后平行測定6次，計算平均加標(biāo)回收率，結(jié)果見表5。由表5可知，7種穩(wěn)定劑的平均加標(biāo)回收率為95.58%～105.27%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.6%～2.1%之間，說明該分析方法準(zhǔn)確度和精密度良好。

表5 7種穩(wěn)定劑的加標(biāo)回收率和精密度Table 5 Recoveries and precisions of the seven stabilizers

2.4 實際試樣的檢測

使用建立的方法對庫存的丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-羥乙基酯等5種常見的丙烯酸酯進(jìn)行穩(wěn)定劑的種類及含量分析。實驗結(jié)果表明，丙烯酸甲酯含有0.0530%（w）的HQ和0.0094%（w）的MEHQ，丙烯酸丁酯含有0.0086%（w）的MEHQ，甲基丙烯酸甲酯含有0.0280%（w）的TBX和0.0071%（w）的PTA，甲基丙烯酸丁酯含有0.0175%（w）的MEHQ，丙烯酸-2-羥乙基酯含有0.044%（w）的MEHQ。

3 結(jié)論

1）建立了一種使用高效液相色譜儀同時測定丙烯酸酯中HQ，MEHQ，TBX，PTA，TBC，BHT，MBP等7種穩(wěn)定劑的方法。

2）在使用ZORBAX SC-C18色譜柱、VWD檢測器、檢測波長 為280 nm和249 nm、以0.1%（w）的磷酸水溶液/甲醇/乙腈為流動相、流動相流速為0.8 mL/min和1.0 mL/min時，7種穩(wěn)定劑在5.00～300.0 mg/L的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，線性關(guān)系均良好，相關(guān)系數(shù)均在0.9995及以上，7種穩(wěn)定劑的檢出限和定量限分別為7.6～208.3 μg/L和16.1～67 5.6 μg/L。

3）7種穩(wěn)定劑具有較高的平均回收率，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.6%～2.1%之間，說明該分析方法準(zhǔn)確度和精密度良好，適合丙烯酸酯中穩(wěn)定劑的定性和定量分析。