氣相色譜法測(cè)定2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液中6種組分含量?

張曉霞,夏雪強(qiáng),王 艷,崔慶霞,王瑞菲,岳 濤

(青島科技大學(xué)山東化工研究院,山東濟(jì)南 250014)

2-甲基-4-氯苯酚是鄰甲基苯酚(鄰甲酚)的一氯代衍生產(chǎn)物,屬于鹵代芳香類化合物,是合成農(nóng)藥工藝中重要的有機(jī)中間體,用于生產(chǎn)各種藥物、殺蟲(chóng)劑、除草劑。在工藝研發(fā)過(guò)程中,以鄰甲酚為原料進(jìn)行芳環(huán)氯代反應(yīng)生成2-甲基-4-氯苯酚,同時(shí)生成一些副產(chǎn)雜質(zhì),需要通過(guò)反應(yīng)液中鄰甲酚和2-甲基-4-氯苯酚的含量計(jì)算原料轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)收率,同時(shí),通過(guò)反應(yīng)液中副產(chǎn)雜質(zhì)的含量判斷工藝進(jìn)程,為后期純化分離提供數(shù)據(jù)參考。因此,建立一種快速測(cè)定2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液中主要組分含量的方法對(duì)工藝優(yōu)化和中控分析具有重要意義。

目前,氯酚類化合物的測(cè)定方法主要有氣相色譜-質(zhì)譜法[1-5]、液相色譜-質(zhì)譜法[6-7]、氣相色譜法[8-10]和高效液相色譜法[11-13]等,測(cè)定體系中氯苯酚類化合物的檢測(cè)尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。采用液相色譜或液相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定氯酚類化合物可不經(jīng)衍生直接測(cè)定,由于反應(yīng)液體系中共存多種同分異構(gòu)體,鑒于液相色譜柱效原因,較難實(shí)現(xiàn)待測(cè)物與相鄰組分的基線分離。文獻(xiàn)報(bào)道采用氣相色譜法或氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定氯苯酚類化合物分為直接測(cè)定法和衍生測(cè)定法,常用衍生劑有乙酸酐、五氟芐基溴等。測(cè)定體系中待測(cè)物組分含量較高,考慮到衍生效率和衍生時(shí)間的影響,采取不衍生直接進(jìn)樣測(cè)定的方式,使用內(nèi)標(biāo)法定量,消除催化劑、溶劑、水分等對(duì)測(cè)定的影響,方法的準(zhǔn)確度和精密度良好,可用于2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液體系的快速分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

對(duì)甲酚:純度99.0%,鄰甲酚:純度99.0%,2-甲基-4-氯苯酚:純度99.0%,2-甲基-3-氯苯酚:純度98.0%,上海麥克林生化科技有限公司;2-氯-6-甲基苯酚:純度98.0%,上海阿拉丁生化科技有限公司;2,4-二氯-6-甲基苯酚:純度99.5%,上海皓鴻生物醫(yī)藥科技有限公司;甲醇:色譜純,Thermo Fisher。

氣相色譜儀:Trace 1300,配有氫火焰離子化檢測(cè)器(FID),Thermo Fisher公司。

1.2 色譜條件

色譜柱:TG-1701MS(30 m×0.32 mm×0.25μm,Thermo Fisher);載氣:氮?dú)?氣化室溫度:250℃;柱流量:1.0 m L/min;進(jìn)樣量:0.2μL;分流比:100∶1;檢測(cè)器溫度:270℃。升溫程序:初始溫度120℃,保持30 min,以50℃/min速率升溫至220℃,保持1 min。

1.3 測(cè)定步驟

1.3.1 內(nèi)標(biāo)物溶液的制備

準(zhǔn)確稱取2.0 g對(duì)甲酚(精確至0.000 1 g)于100 m L容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制成20 g/L的對(duì)甲酚內(nèi)標(biāo)溶液。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)品溶液的制備

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液A:分別稱取標(biāo)準(zhǔn)品鄰甲酚、2-甲基-4-氯苯酚各4.0 g(精確至0.000 1 g)于100 m L容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制質(zhì)量濃度40 g/L 的鄰甲酚、2-甲基-4-氯苯酚標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液B:分別稱取2-氯-6-甲基苯酚、2,4-二氯-6-甲基苯酚、2-甲基-3-氯苯酚和2-甲基-5-氯苯酚各0.2 g(精確至0.000 1 g)于100 m L容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制2 g/L 的2-氯-6-甲基苯酚、2,4-二氯-6-甲基苯酚、2-甲基-3-氯苯酚和2-甲基-5-氯苯酚標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液C:分別準(zhǔn)確移取5.00 m L 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液A、混合標(biāo)準(zhǔn)溶液B和內(nèi)標(biāo)物溶液于50 m L容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制標(biāo)準(zhǔn)使用溶液。

標(biāo)準(zhǔn)溶液系列1:準(zhǔn)確移取5.00 m L 內(nèi)標(biāo)物溶液于50 m L 容量瓶中,分別加入0.10、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.0 m L 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液A,用甲醇稀釋至刻度,搖勻。

標(biāo)準(zhǔn)溶液系列2:準(zhǔn)確移取5.00 m L 內(nèi)標(biāo)物溶液于50 m L 容量瓶中,分別加入0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.0 m L 混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液B,用甲醇稀釋至刻度,搖勻。

1.3.3 樣品溶液的制備

稱取2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液0.2 g(精確至0.000 1 g)于50 m L容量瓶中,準(zhǔn)確加入5.00 m L內(nèi)標(biāo)物溶液,用甲醇稀釋至刻度,搖勻。

1.3.4 測(cè)定

在儀器工作條件下,按濃度由低到高的順序測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液系列1和標(biāo)準(zhǔn)溶液系列2,以濃度為橫坐標(biāo),以各組分的峰面積與內(nèi)標(biāo)物峰面積的比值為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算線性方程。在相同條件下測(cè)定樣品溶液,由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

使用HP-5、TG-1701MS 和TG-WAX 毛細(xì)柱對(duì)待測(cè)物進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)[62],色譜圖及化合物出峰順序見(jiàn)圖1。

圖1 化合物色譜圖

由圖1a、圖1b 可知,2-甲基-3-氯苯酚、2-甲基-4-氯苯酚、2-甲基-5-氯苯酚作為同分異構(gòu)體較難分離,在HP-5和TG-WAX 色譜柱上無(wú)法達(dá)到基線分離,通過(guò)調(diào)整其他色譜參數(shù)也不能達(dá)到滿意效果;由圖1d可知,在TG-1701MS色譜柱上,各組分與相鄰色譜峰的分離度達(dá)到基線分離,可獲得理想的分離效果。

2.2 其他色譜條件的選擇

待測(cè)物中2,4-二氯-6-甲基苯酚沸點(diǎn)最高為225℃,設(shè)置進(jìn)樣口溫度為250℃,保證目標(biāo)組分完全氣化的同時(shí)又不會(huì)因溫度過(guò)高而分解。

選擇柱溫時(shí),既要保證待測(cè)物與相鄰組分完全分離,又要保證各組分全部出峰,并且分析時(shí)間越短越好,以提高分析效率?？疾煜鹊葴?0 min,再以50℃/min升溫的條件下各色譜峰之間的分離情況考察了以5、10、20、30℃/min升溫速率的直接程序升溫方式各色譜峰之間的分離情況見(jiàn)圖2。

圖2 不同升溫速率色譜圖

由圖2可知,由于組分中含有同分異構(gòu)體,沸點(diǎn)相差不大,采用直接程序升溫方式2-甲基-3-氯苯酚、2-甲基-4-氯苯酚與2-甲基-5-氯苯酚無(wú)法完全分離。

柱流量為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m L/min時(shí),色譜峰的出峰時(shí)間和峰形圖見(jiàn)圖3。

圖3 不同柱流量色譜圖

由圖3可知,柱流量≥1.5 m L/min,2-甲基-4-氯苯酚與2-甲基-5-氯苯酚無(wú)法分離,柱流量越高,分離度越小;柱流量為1.0 m L/min,6種待測(cè)物的分離度和對(duì)稱性均較好。因此,實(shí)驗(yàn)選擇柱流量為1.0 m L/min。

2.3 定量方法和內(nèi)標(biāo)物的選擇

隨著反應(yīng)的進(jìn)行,反應(yīng)液中各待測(cè)物含量變化較大,且在同一個(gè)反應(yīng)液中原料、產(chǎn)品和雜質(zhì)含量相差也比較大。由于溶劑、催化劑和水分的影響,面積歸一化法不能準(zhǔn)確測(cè)定各組分的含量;采用外標(biāo)定量時(shí),氣相色譜條件的微小變化也可能會(huì)導(dǎo)致樣品中高組分化合物峰面積的較大改變,定量結(jié)果有較大誤差,影響結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度;因此,選擇內(nèi)標(biāo)法作為定量方法。

考察了2,4-二甲基苯酚和2,4-二氯苯酚作為內(nèi)標(biāo)物時(shí)的色譜圖見(jiàn)圖4。

圖4 不同內(nèi)標(biāo)物色譜圖

由圖4可知,2,4-二甲基苯酚和2,4-二氯苯酚作為內(nèi)標(biāo)物時(shí)與待測(cè)組分無(wú)法分離,干擾測(cè)定;由圖1d可知,對(duì)甲酚作為內(nèi)標(biāo)物時(shí)與相鄰色譜峰均能達(dá)到基線分離,分離度均大于1.5,保留時(shí)間處于待測(cè)組分中間位置,保留時(shí)間適宜,拖尾因子小于1.2,峰形良好。因此,選擇對(duì)甲酚作為內(nèi)標(biāo)物。

2.4 色譜行為

分別取溶劑(甲醇)、混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液C、2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液,按照優(yōu)化的色譜條件進(jìn)行測(cè)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1c、圖1d。由圖1可知,溶劑不干擾樣品的測(cè)定,7種組分峰(峰1~峰7)的出峰順序?yàn)?-氯-6-甲基苯酚、鄰甲酚(原料)、對(duì)甲酚(內(nèi)標(biāo))、2,4-二氯-6-甲基苯酚、2-甲基-3-氯苯酚、2-甲基-4-氯苯酚(產(chǎn)物)、2-甲基-5-氯苯酚,各組分與相鄰色譜峰的分離度均大于1.5,符合要求,表明實(shí)驗(yàn)方法專屬性良好。

2.5 線性方程、檢出限和定量限

按照1.3.4項(xiàng)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線;另取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液A 和混合標(biāo)準(zhǔn)溶液B適量進(jìn)行稀釋,測(cè)定各組分的檢出限(LOD)與定量限(LOQ),以信噪比S/n＝3為檢出限,以S/n＝10為定量限,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 線性方程、檢出限與定量限的結(jié)果

由表1可知,6種化合物在標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度范圍內(nèi)線性相關(guān)系數(shù)R2＞0.999 0,線性關(guān)系良好。

2.6 精密度實(shí)驗(yàn)

稱取2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液0.2 g(精確到0.000 1 g),平行制備6份樣品溶液,按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定,6種組分的測(cè)定值及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)見(jiàn)表2。

由表2可知,2-氯-6-甲基苯酚、鄰甲酚、2,4-二氯-6-甲基苯酚、2-甲基-3-氯苯酚、2-甲基-4-氯苯酚和2-甲基-5 氯苯酚測(cè)定值的RSD 分別為1.51%、2.38%、1.70%、2.62%、0.97%和2.80%,均未超過(guò)3%。

2.7 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

稱取2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液約0.1 g(精確到0.000 1 g),加入適量混合標(biāo)準(zhǔn)溶液A 和混合標(biāo)準(zhǔn)溶液B,對(duì)樣品進(jìn)行5個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn),每個(gè)濃度水平平均測(cè)定6次,計(jì)算回收率平均值和RSD,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可知,各組分的加標(biāo)回收率在97%~105%,RSD＜3%,表明各組分的回收率良好。

2.8 樣品測(cè)定

分別選取6 批不同工藝的2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液樣品S1-S6,按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 樣品分析結(jié)果

由表4可知,實(shí)驗(yàn)方法能夠?qū)?-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液中各組份進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定,能夠反饋不同工藝條件的差異。

3 結(jié) 論

通過(guò)選擇合適的色譜柱,優(yōu)化升溫程序、流速等色譜條件,以對(duì)甲酚為內(nèi)標(biāo)物,建立了氣相色譜-內(nèi)標(biāo)法同時(shí)測(cè)定2-甲基-4-氯苯酚反應(yīng)液中6種主要組分含量的分析方法。各組分色譜峰與相鄰色譜峰分離良好,在線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。樣品加標(biāo)回收在97%~105%,RSD＜3%,準(zhǔn)確度和精密度滿足分析方法測(cè)定要求,可為2-甲基-4-氯苯酚合成工藝的優(yōu)化和中控分析提供數(shù)據(jù)支持。