TATB高效液相內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的篩選

摘要：為了獲得優(yōu)良的1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯（TATB）高效液相內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，設(shè)計(jì)合成了3，5-二氨基-2，4，6-三硝基苯酚（DATNP）、1，3，5-三甲氨基-2，4，6-三硝基苯（TMATNB）、2，4，6-三硝基苯胺（TNAB）和N-甲基-2，4，6-三硝基苯胺（TNMAB）等TATB類(lèi)似物，開(kāi)展了其高效液相色譜、紫外可見(jiàn)光譜和穩(wěn)定性等研究，并對(duì)內(nèi)標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行了純化和應(yīng)用研究。結(jié)果表明：TNMAB可作為T(mén)ATB高效液相色譜內(nèi)標(biāo)物質(zhì)；經(jīng)甲醇/乙酸乙酯重結(jié)晶，TNMAB的純度達(dá)99.85%；以TNMAB作為高效液相內(nèi)標(biāo)物測(cè)定TATB純度時(shí)，精度較高，滿(mǎn)足高效液相內(nèi)標(biāo)法定量分析要求。

關(guān)鍵詞：含能材料 合成 高效液相色譜 紫外光譜 內(nèi)標(biāo)物質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TJ55；O64 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1671-8755（2025）01-0022-06

Screening of the High-performance Liquid Internal Standard Substances for TATB

ZHANG Xiaotian¹， WANG Xinyu¹， WANG Yuqing¹， HUANG Ming²， YANG Haijun¹

（1. School of Materials and Chemistry， Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621010， Sichuan， China; 2. Institute of Chemical Materials， China Academy of Engineering Physics， Mianyang 621900， Sichuan， China）

Abstract： In order to obtain excellent high-performance liquid chromatography （HPLC） internal standard substances for 1，3，5-triamino-2，4，6-trinitrobenzene （TATB）， TATB analogues such as 3，5-diamino-2，4，6-trinitrophenol （DATNP）， 1，3，5-trimethylamino-2，4，6-trinitrobenzene （TMATNB）， 2，4，6-trinitroaniline （TNAB）， and N-methyl-2，4，6-trinitroaniline （TNMAB） were designed and synthesized. Their HPLC spectra， UV-Vis spectroscopy， and stabilities were studied. And the purification and application of the obtained internal standards were studied. The results indicate that TNMAB can be used as the HPLC internal standard for TATB; TNMAB has a purity of 99.85% via recrystallization with MeOH/AcOEt; In the determination of the purities of TATB， the HPLC method using TNMAB as internal standard has good reproducibility and high precision， meeting the requirements of HPLC quantitative analysis.

Keywords： Energetic materials; Synthesis; High-performance liquid chromatography; UV spectrum; Internal standard substance

1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯（TATB）是一種綜合性能十分優(yōu)異的鈍感單質(zhì)炸藥^［1-3］。目前，TATB的合成方法有含鹵法和無(wú)鹵法^［4-5］。不同方法所得TATB均含有不同的雜質(zhì)，可能對(duì)TATB的生產(chǎn)、貯存或使用等過(guò)程產(chǎn)生負(fù)面影響^［6-8］。因此，單質(zhì)或配方中TATB的高效、準(zhǔn)確分析極為重要。

由于TATB溶解性極差，從而限制了其分析方法的發(fā)展^［9-10］。目前，已報(bào)道的TATB分析方法有滴定法^［11-12］、薄層色譜（TLC）^［6］、高效液相色譜（HPLC）^［13-15］等。滴定法需要經(jīng)過(guò)水解或電化學(xué)還原等反應(yīng)過(guò)程，存在繁瑣、精度差等問(wèn)題。薄層色譜（TLC）可以定性分析雜質(zhì)，但無(wú)法定量分析TATB。高效液相色譜（HPLC）則具有快速、高效、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，可用于TATB的雜質(zhì)和純度分析。目前，TATB純度主要采用HPLC外標(biāo)法測(cè)定^［14-15］，但進(jìn)樣量、檢測(cè)器波動(dòng)等因素會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差^［16］，且由于基體效應(yīng)，復(fù)雜體系中TATB的定量分析還存在困難^［17］。相較于HPLC外標(biāo)法，HPLC內(nèi)標(biāo)法可以避免外標(biāo)法存在的固有問(wèn)題，檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確^［18-19］。HPLC內(nèi)標(biāo)法的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的研制。內(nèi)標(biāo)物質(zhì)需滿(mǎn)足以下要求^［20-22］：（1）不是且不含產(chǎn)品固有雜質(zhì)；（2）具有產(chǎn)品類(lèi)似結(jié)構(gòu)，且HPLC保留時(shí)間和紫外可見(jiàn)光譜（UV-Vis）最大吸收波長(zhǎng)與產(chǎn)品相近；（3）純度高，質(zhì)量穩(wěn)定。綜上，開(kāi)展TATB的HPLC內(nèi)標(biāo)物質(zhì)研究，尤其開(kāi)展普適于不同來(lái)源TATB的HPLC內(nèi)標(biāo)物質(zhì)研究，從而獲得可實(shí)際使用的HPLC內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，對(duì)于TATB品質(zhì)控制、裝備質(zhì)量保障等具有現(xiàn)實(shí)意義。

本研究設(shè)計(jì)合成了3，5-二氨基-2，4，6-三硝基苯酚（DATNP）、1，3，5-三甲氨基-2，4，6-三硝基苯（TMATNB）、2，4，6-三硝基苯胺（TNAB）和N-甲基-2，4，6-三硝基苯甲胺（TNMAB）等一系列TATB類(lèi)似物，篩選獲得了TATB的HPLC內(nèi)標(biāo)物質(zhì)TNMAB。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)與儀器

試劑：甲胺水溶液和氨水，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氫氧化鈉、四氫呋喃、甲苯，分析純，成都市科隆化學(xué)品有限公司；2，4，6-三硝基苯酚（TNP）、2，4，6-三硝基氯苯（TNCB），上海麥克林生化科技有限公司；1，3，5-三氯-2，4，6-三硝基苯（TCTNB），實(shí)驗(yàn)室合成。

儀器：傅里葉變換紅外吸收光譜儀，美國(guó)Perkin Elmer公司；Ultimate 3000DGLC雙三元、二維液相色譜儀，中國(guó)賽莫飛世爾科技有限公司；Brucker Avance 600型核磁共振波譜儀，瑞士Brucker 公司。

1.2 合成路線(xiàn)

參考文獻(xiàn)［23-25］方法，分別以2，4，6-三硝基苯酚（TNP）、1，3，5-三氯-2，4，6-三硝基苯（TCTNB）、2，4，6-三硝基氯苯（TNCB）為原料，合成得到DATNP，TMATNB，TNAB或TNMAB。合成路線(xiàn)如圖1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 DATNP的合成

將3-氨基-1，2，4-三唑（ATA，7.34 g，87.30 mmol）和乙醇鈉（12.00 g，176.47 mmol）置于250 mL圓底燒瓶中，加入DMSO（180 mL）。室溫?cái)嚢? h，逐滴滴加含有2，4，6-三硝基苯酚（TNP，4.00 g，17.46 mmol）的DMSO（40 mL）溶液，滴加時(shí)間約1 h。然后，加熱至90 ℃，反應(yīng)3 h。冷卻至室溫，緩慢倒入260 mL冰水混合物中。用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3，析出大量固體，過(guò)濾，乙醇和水各洗2次，DMSO/H₂O重結(jié)晶得到DATNP（3.38 g），產(chǎn)率74.80%，純度為98.77%（面積歸一法）。

FT-IR （KBr，σ/cm^-1）：3 438，3 369，3 314，3 262，1 617，1 539，1 492，1 334，639；¹H NMR（DMSO-d₆，600 MHz） δ（10^-6）：9.15 （s，4H）；¹³C NMR （DMSO-d₆，150 MHz） δ（10^-6）：113.38，117.75，147.09，157.52；m/s （ESI）：257.93 ［M-H］^-。

1.3.2 TMATNB的合成

將TCTNB（1.00 g，3.18 mmol）溶于10 mL甲苯中，加入3 mL甲胺水溶液（40%），攪拌反應(yīng)2 d。體系中逐漸析出黃色固體，過(guò)濾，甲醇洗滌兩次，干燥，得到TMATNB（0.73 g），產(chǎn)率76.50%，純度為83.66%（面積歸一法）。

FT-IR （KBr，σ/cm^-1）：3 450，3 260，1 616，1 592，1 496，1 436，1 322，713；¹H NMR （DMSO-d₆，600 MHz） δ（10^-6）：2.38 （s，9H），9.12 （s，3H）；¹³C NMR （DMSO-d₆，150 MHz） δ（10^-6）：39.97，121.55，153.36；m/s （ESI）：299.07 ［M-H］^-。

1.3.3 TNAB的合成

將TNCB（2.00 g，8.10 mmol）置于50 mL圓底燒瓶中，加入20 mL甲苯和8 mL氨水。安裝油封，加熱至50 ℃ 反應(yīng)24 h，體系中逐漸析出黃色固體。冷卻至室溫，過(guò)濾，乙醇洗，干燥，得到TNAB （1.43 g），產(chǎn)率77.30%，純度為99.76%（面積歸一法）。

FT-IR（KBr，σ/cm^-1）：3 437，3 104，3 083，1 635，1 593，1 525，1 328；¹H NMR （DMSO-d₆，600 MHz） δ（10^-6）：8.99（s，2H），9.06（s，2H）；¹³C NMR （DMSO-d₆，150 MHz） δ（10^-6）：128.53，133.08，134.69，144.03；m/s（ESI）：227.05［M-H］^-。

1.3.4 TNMAB的合成

將TNCB（2.00 g，8.10 mmol）溶于20 mL 甲苯之中，常溫下滴加3 mL甲胺水溶液（40%）。常溫，劇烈攪拌反應(yīng)1 d，逐漸析出固體。過(guò)濾析出的固體，水洗，干燥，得到TNMAB（1.56 g），產(chǎn)率 79.80%，純度為94.54%（面積歸一法）。

FT-IR （KBr，σ/cm^-1）：3 330，3 104，3 083，2 945，1 624，1 586，1 532，1 467，1 360，1 330；¹H NMR （DMSO-d₆，600 MHz） δ（10^-6）：2.83 （s，3H），8.93 （s，2H），9.18 （s，1H）；¹³C NMR （DMSO-d₆，150 MHz） δ（10^-6）：33.60，127.48，132.73，136.46，143.71；m/s （ESI）：241.10 ［M-H］^-。

1.3.5 TNMAB的純化

取TNMAB 10.00 g，加入少量石油醚，加熱至回流。保持回流狀態(tài)，緩慢補(bǔ)加乙酸乙酯，直至固體完全溶解。冷藏放置析出 TNMAB晶體，過(guò)濾后向晶體加入少量甲醇，加熱至回流并保持回流狀態(tài)，緩慢補(bǔ)加乙酸乙酯，直至晶體完全溶解，然后冷卻靜置12 h，得到TNMAB晶體。過(guò)濾，干燥，得到二次重結(jié)晶產(chǎn)物TNMAB（5.02 g）。

1.4 分析表征

采用HPLC，UV-Vis對(duì)合成的一系列TATB類(lèi)似物進(jìn)行檢測(cè)。HPLC測(cè)試條件：色譜柱ZORBAX SB-phentyl（長(zhǎng)250 mm，內(nèi)徑4.6 mm，填料粒徑5 μm）；流動(dòng)相乙腈/0.1%三氟乙酸水，流速1.000 mL/min，進(jìn)樣量5 μL。

1.5 TATB純度測(cè)試

TNMAB內(nèi)標(biāo)溶液配制：稱(chēng)取TNMAB （200.0±0.1） mg于100 mL容量瓶中，精確至0.001 mg，加入約95 mL DMSO，超聲振蕩至溶解完全，靜置至室溫后定容。

TATB標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：稱(chēng)取TATB標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（3.6±0.1），（4.1±0.1），（4.6±0.1），（5.4±0.1） mg各一份，分別置于100 mL容量瓶中，精確至0.001 mg。每個(gè)容量瓶分別加入約95 mL DMSO，超聲振蕩至溶解完全，靜置至室溫，準(zhǔn)確加入1.00 mL TNMAB內(nèi)標(biāo)溶液后定容。

1.6 校準(zhǔn)曲線(xiàn)繪制

將配置得到的TATB標(biāo)準(zhǔn)溶液在選定的色譜條件下進(jìn)樣測(cè)定，每個(gè)質(zhì)量平行進(jìn)樣2～3次，計(jì)算峰面積的平均值（表1）。

以TATB的質(zhì)量為橫坐標(biāo)，TATB峰面積與內(nèi)標(biāo)物TNMAB峰面積之比為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線(xiàn)（圖2）。曲線(xiàn)通過(guò)原點(diǎn)，說(shuō)明峰面積之比y與TATB質(zhì)量x呈良好的線(xiàn)性關(guān)系，線(xiàn)性回歸方程為y=1.06443x，相關(guān)系數(shù)R²=0.99997。

1.7 TATB純度測(cè)試

以TNMAB為內(nèi)標(biāo)，對(duì)TATB純度進(jìn)行HPLC測(cè)試。按以下公式計(jì)算樣品中TATB的純度：

c=m_i/m×100%

式中：c為樣品中TATB的純度，%；m_i為由校準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算所得樣品中TATB的質(zhì)量，mg；m為樣品的質(zhì)量，mg。

2 結(jié)果與討論

2.1 TATB內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的合成

化合物的HPLC和UV-Vis光譜行為主要與其母體結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)有關(guān)。TATB含有1個(gè)苯環(huán)、3個(gè)硝基和3個(gè)氨基，其中，氨基不僅是TATB紫外可見(jiàn)光譜行為的主要助色基團(tuán)，也是TATB高效液相色譜行為的主要影響基團(tuán)。因此，設(shè)計(jì)TATB類(lèi)似物時(shí)保留了TATB的2，4，6-三硝基苯結(jié)構(gòu)，并在此結(jié)構(gòu)中引入了氨基等助色團(tuán)，得到DATNP，TMATNB，TNAB和TNMAB等潛在化合物。

2.2 TATB內(nèi)標(biāo)物的篩選

2.2.1 樣品的紫外可見(jiàn)光吸收波長(zhǎng)

化合物TATB，DATNP，TMATNB，TNAB和 TNMAB的紫外可見(jiàn)光譜如圖3所示。TATB的吸收峰值在354 nm附近；DATNP，TMATNB，TNAB和TNMAB分別在364，372，321，342 nm附近存在吸收峰。DATNP和TNMAB的吸收峰與TATB接近。

2.2.2 樣品HPLC測(cè)試的保留時(shí)間

由于DATNP是TATB的固有雜質(zhì)之一，無(wú)法用作TATB的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行HPLC行為和穩(wěn)定性考察已無(wú)意義。測(cè)試得到TNMAB和TATB混合溶液的HPLC圖譜（圖4）。由圖可知，TATB的保留時(shí)間為4.187 min，TNMAB的保留時(shí)間為5.472 min，TNMAB與TATB高效液相色譜的保留時(shí)間較接近。

2.2.3 穩(wěn)定性

將TNMAB溶于DMSO中，常溫存放，并間隔2 h測(cè)試一次其含量，連續(xù)測(cè)試10次（圖5）。結(jié)果表明，連續(xù)測(cè)試10次后TNMAB的含量沒(méi)有明顯變化，可見(jiàn)TNMAB在HPLC測(cè)試中較穩(wěn)定。此外，HPLC監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)TNMAB固體加熱或長(zhǎng)期存放均比較穩(wěn)定。因此，TNMAB符合TATB內(nèi)標(biāo)物的穩(wěn)定性要求。

紫外可見(jiàn)光譜、高效液相色譜和穩(wěn)定性分析表明TNMAB適合作為T(mén)ATB的HPLC內(nèi)標(biāo)物質(zhì)。

2.3 TNMAB的純化

對(duì)未經(jīng)純化的TNMAB進(jìn)行了HPLC分析（圖6）。結(jié)果表明，未經(jīng)純化的TNMAB純度為94.62%，并且存在一些極性較大的雜質(zhì)。利用高極性溶劑和中極性溶劑相結(jié)合的方式，用甲醇/乙酸乙酯重結(jié)晶，可得到具有較高純度的TNMAB產(chǎn)品，純度為99.85%，滿(mǎn)足其作為T(mén)ATB的HPLC內(nèi)標(biāo)物的純度要求。

2.4 TATB的純度測(cè)試結(jié)果及測(cè)試精度

稱(chēng)取樣品4.0～4.5 mg于100 mL容量瓶中，精確至0.001 mg，加入約95 mL DMSO，超聲振蕩至溶解完全，靜置至室溫，準(zhǔn)確加入1.00 mL TNMAB內(nèi)標(biāo)溶液后定容。

在相同色譜條件下對(duì)同一樣品的濃度進(jìn)行7次重復(fù)測(cè)試（表2），得到配置的TATB樣品的純度平均值為98.18%，求得該方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差

為0.14，變異系數(shù)為0.14%?？梢?jiàn)TNMAB作為HPLC內(nèi)標(biāo)物測(cè)定TATB純度時(shí)精度較高，滿(mǎn)足HPLC內(nèi)標(biāo)法定量分析要求。

3 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)并合成了DATNP，TMATNB，TNAB和TNMAB等TATB類(lèi)似物，并對(duì)其進(jìn)行了高效液相色譜、紫外可見(jiàn)光譜和穩(wěn)定性研究，結(jié)果表明TNMAB適宜作為T(mén)ATB高效液相色譜內(nèi)標(biāo)物質(zhì)。

（2）采用高/中極性溶劑相結(jié)合的方式，用甲醇/乙酸乙酯重結(jié)晶，可簡(jiǎn)便地得到較高純度的TNMAB產(chǎn)品，純度為99.85%。

（3）以TNMAB為HPLC內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，重復(fù)進(jìn)行TATB純度測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.14，變異系數(shù)為0.14%，精度較高，符合TATB高效液相內(nèi)標(biāo)法定量分析要求。

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