周 靜，包秀秀，張?jiān)A，王艷輝，唐勁松

(上海華峰材料科技研究院，上海 201203)

高效液相法定量分析戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯混合物

周 靜，包秀秀，張?jiān)A，王艷輝，唐勁松

(上海華峰材料科技研究院，上海 201203)

己二酸生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的混和二元酸副產(chǎn)物，其中戊二酸含量最高.在分離混合二元酸純化戊二酸的工藝中，酯化分離水解法是其中一種常用的工藝方法. 水解反應(yīng)體系中，除了主產(chǎn)物戊二酸之外，還有戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯兩種主要雜質(zhì)，通過(guò)高效液相色譜法，建立了一種便捷快速，可以同時(shí)準(zhǔn)確定量戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯含量的分析方法，采用SunFire C18色譜柱(5 μm, 4.6 mm×150 mm)和乙腈/水/三氟醋酸(體積比為60∶40∶1)流動(dòng)相，在柱溫40 ℃和流速0.5 mL/min的條件下，實(shí)現(xiàn)了3種物質(zhì)之間的基線分離. 戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯的線性范圍分別為6～3 000 mg/L (r=0.998 0)、3～1 500 mg/L (r=0.999 1)及3～1 500 mg/L (r=0.999 4)，加標(biāo)回收率(n=5)分別為105.79% (RSD=1.63%)、96.21% (RSD=7.28%)、93.10% (RSD=11.22%). 方法實(shí)現(xiàn)了同時(shí)測(cè)定戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯，為酯化分離水解工藝提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支持.

高效液相色譜；戊二酸；戊二酸單甲酯；戊二酸二甲酯

近年來(lái)，隨著尼龍、聚酯多元醇及聚氨酯等工業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)己二酸生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大[1]. 己二酸生產(chǎn)過(guò)程中有大量副產(chǎn)物混合二元酸，混和二元酸的主要成分為丁二酸、戊二酸和己二酸，其中戊二酸的含量最高(約占60%)[2]. 戊二酸本身也是一種非常重要的化工原料，可生產(chǎn)氯乙烯、聚酯多元醇、聚酰胺、合成樹(shù)脂、合成橡膠和表面活性劑等精細(xì)化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、建筑、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等方面[3]. 混合二元酸多為低附加值產(chǎn)品的原料[4]，但戊二酸售價(jià)遠(yuǎn)高于混和二元酸，開(kāi)發(fā)分離提純戊二酸的工藝技術(shù)具有非?？捎^的經(jīng)濟(jì)意義.

目前利用混酸分離提取戊二酸的工藝方法有酯化分離水解法[5-6]、成鹽酸化法[7]、精餾法[8]、結(jié)晶法[9-11]等. 其中酯化分離水解法是將混合二元酸和甲醇在催化劑條件下進(jìn)行酯化，利用酯化產(chǎn)物的沸點(diǎn)差異進(jìn)行精餾分離，得到純度較高的戊二酸二甲酯，在酸催化下進(jìn)行水解反應(yīng)，產(chǎn)物分離出戊二酸產(chǎn)品. 在水解產(chǎn)物中除了絕大部分戊二酸，還會(huì)有由于水解不完全生成的戊二酸單甲酯和未反應(yīng)的戊二酸二甲酯以及甲醇、水和酸催化劑. 因此建立分析方法將戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯定量分析是非常有必要的，為戊二酸產(chǎn)品提供雜質(zhì)分析方法和控制指標(biāo).

戊二酸的分析方法通常使用高效液相色譜法[12]，利用銅離子絡(luò)合增加紫外吸收[13]，提高檢測(cè)的靈敏度，流動(dòng)相以水系緩沖溶液為主，水系溶液對(duì)戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯的溶解度低，導(dǎo)致兩種酯類化合物不能完全溶解，影響定量結(jié)果，因此利用戊二酸的高效液相分析法不能準(zhǔn)確測(cè)定兩種酯類雜質(zhì)的含量. 戊二酸酯的沸點(diǎn)較低，通常采取氣相色譜法定量分析[14-15]，但戊二酸的沸點(diǎn)較高(303 ℃)，氣相色譜法難以分析，因此利用氣相色譜法不能準(zhǔn)確測(cè)定戊二酸的含量. 本文提供了一種利用高效液相色譜同時(shí)測(cè)定戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯的分析方法，樣品無(wú)需額外處理，方便快捷，準(zhǔn)確度高.

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Waters 1515高效液相色譜儀，配2414示差檢測(cè)器和柱溫箱，Breeze 2色譜處理軟件；梅特勒托利多MS204型分析天平，ZB-20型超聲波清洗儀(上海卓博精密機(jī)械有限公司).

戊二酸，純度99%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；戊二酸單甲酯，純度97%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；戊二酸二甲酯，純度98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙腈為色譜純，純度不低于99.9%，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；三氟醋酸，純度大于99.0%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；試驗(yàn)用水為純凈水；水解反應(yīng)液為上海華峰材料科技研究院實(shí)驗(yàn)室工藝研發(fā)過(guò)程產(chǎn)生；各種試劑均未經(jīng)處理而是直接使用.

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別準(zhǔn)確稱取標(biāo)樣戊二酸300.0 mg、戊二酸單甲酯150.0 mg、戊二酸二甲酯150.0 mg于100 mL容量瓶中，用流動(dòng)相完全溶解并定容至刻度，搖勻，得上述三者質(zhì)量濃度分別為3 000 、1 500和1 500 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1.

分別準(zhǔn)確稱取標(biāo)樣戊二酸20.0 mg、戊二酸單甲酯10.0 mg、戊二酸二甲酯10.0 mg于25 mL容量瓶中，用流動(dòng)相完全溶解并定容至刻度，搖勻，得上述三者質(zhì)量濃度分別為800、400和400 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液2.

分別準(zhǔn)確吸取不同體積的戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1或標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液2于6個(gè)不同體積的容量瓶中，用流動(dòng)相定容至刻度，搖勻，密封保存. 8組標(biāo)準(zhǔn)混合溶液中的質(zhì)量濃度范圍分別為：戊二酸(6～3 000 mg/L)、戊二酸單甲酯(3～1 500 mg/L)、戊二酸二甲酯(3～1 500 mg/L).

1.3 色譜條件

色譜柱：SunFire, C18, 5 μm, 4.6 mm×150 mm；流動(dòng)相：乙腈/水/三氟醋酸(體積比為60∶40∶1)；流速：0.5 mL/min；柱溫：40 ℃；進(jìn)樣量：20 μL. 示差檢測(cè)器靈敏度：8；檢測(cè)器溫度： 40 ℃.

1.4 樣品的配制

從水解反應(yīng)體系中吸取10.0～30.0 mg的反應(yīng)液于5 mL容量瓶中，用流動(dòng)相溶解并定容，溶液通過(guò)0.45 μm的濾膜進(jìn)行過(guò)濾.

1.5 檢測(cè)

戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯在極性上有明顯差別，在反相色譜體系中出峰順序應(yīng)該依次為戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯，通過(guò)單標(biāo)進(jìn)樣出峰時(shí)間確定水解體系中3種物質(zhì)的出峰時(shí)間(圖1)，分別為3.23、3.65、4.68 min.

圖1 (a)單標(biāo)戊二酸、(b)單標(biāo)戊二酸單甲酯、(c)單標(biāo)戊二酸二甲酯和(d)水解體系的色譜圖Fig.1 Chromatograms of (a) glutaric acid, (b) mono-methyl glutarate, (c) dimethyl glutarate and (d) hydrolysis reaction system

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的選擇

為了得到良好的基線分離，對(duì)流動(dòng)相的比例、流速和柱溫三方面進(jìn)行篩選，如表1所列. 由表1可見(jiàn)，在流動(dòng)相為乙腈/水/三氟醋酸(體積比為60∶40∶1)、流速為0.5 mL/min、柱溫為40 ℃的條件下，3種物質(zhì)達(dá)到最佳分離.

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取8個(gè)質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液(其中戊二酸的質(zhì)量濃度分別為6.36、16.96、31.80、84.80、318.00、848.00、1 590.00、3 180.00 mg/L，戊二酸單甲酯的質(zhì)量濃度分別為3.72、10.32、18.60、51.60、186.00、516.00、930.00、1 860.00 mg/L，戊二酸二甲酯的質(zhì)量濃度分別為3.40、12.16、17.00、60.80、170.80、608.00、850.00、1 700.00 mg/L)，重復(fù)進(jìn)樣(n=3)，記錄優(yōu)化的色譜條件下的峰面積. 以標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯的回歸曲線、相關(guān)系數(shù)(表2).

2.3 精密度試驗(yàn)

取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化的色譜條件下連續(xù)進(jìn)樣5次，戊二酸、戊二酸單甲酯、戊二酸二甲酯峰面積的RSD分別為1.15%、0.24%、0.91%.

2.4 重現(xiàn)性試驗(yàn)

準(zhǔn)確量取酯化戊二酸水解反應(yīng)液5份，每份約32.5 mg，按優(yōu)化的條件配制溶液和測(cè)定，計(jì)算樣品中戊二酸、戊二酸單甲酯、戊二酸二甲酯峰面積RSD的平均值，分別為1.64%、1.68%、2.02%. 試驗(yàn)結(jié)果表明重現(xiàn)性良好.

表1 色譜條件的選擇Table 1 Selections of HPLC conditions

表2 3種化合物的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和線性范圍Table 2 Linear regression equations, correlation coefficients and linear ranges of three compounds

2.5 加標(biāo)回收率試驗(yàn)

準(zhǔn)確量取酯化戊二酸水解反應(yīng)液3份，每份1.0 mL, 分別添加不同量的戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.4節(jié)制備加標(biāo)樣品溶液，按照1.3節(jié)色譜條件進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表3所列.

表3 樣品的加標(biāo)回收率(n=5)Table 3 Recoveries of spiked samples (n=5)

2.6 樣品含量的測(cè)定

選取5種不同水解反應(yīng)條件下進(jìn)行的戊二酸酯化水解反應(yīng)液，準(zhǔn)確吸取水解反應(yīng)液，按照2.1節(jié)進(jìn)行配制溶液，在優(yōu)化的色譜條件下平行測(cè)定5次，單次進(jìn)樣20 μL，反應(yīng)液中的戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯的質(zhì)量濃度如表4所列.

表4 水解液樣品中3種物質(zhì)的質(zhì)量濃度及RSD (n=5)Table 4 Contents of three compounds in hydrolysate samples

3 結(jié)論

本文建立了戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯的分離定量分析方法，用以在混合二元酸中通過(guò)酯化水解提純戊二酸的質(zhì)量控制. 在最優(yōu)分析條件下，3種物質(zhì)在5 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)基線分離. 該方法簡(jiǎn)便快捷，不需要對(duì)水解反應(yīng)液做額外處理，重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確可靠，精密度較高，在一定的濃度范圍內(nèi)回收率高，可以同時(shí)測(cè)定戊二酸、戊二酸單甲酯和戊二酸二甲酯的含量. 本文的方法同時(shí)適用于丁二酸和己二酸的酯化水解提純工藝中，為混和二元酸的分離工藝的質(zhì)量控制提供借鑒.

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Quantitative Analysis of Glutaric Acid, mono-Methyl Glutarate and Dimethyl Glutarate by High Performance Liquid Chromatography

ZHOU Jing, BAO Xiu-xiu, ZHANG Yuan-hua, Wang Yan-hui, TANG Jin-song

(ShanghaiHuafonMaterialTechnologyInstitute,Shanghai201203,China)

A large amount of binary acid mixture by-product is generated during the production process of adipic acid, in which the content of glutaric acid is the highest. Esterification-separation-hydrolysis method is one of the commonly used purification technological methods for glutaric acid in binary acid mixture. In addition to the main product glutaric acid, mono-methyl glutarate and dimethyl glutarate are the two important impurities in the hydrolysis reaction system. In this paper, a convenient, accurate quantitative analysis method is established using a HPLC with a SunFire C18column (5 μm, 4.6 mm×150 mm) and CH3CN/H2O/CF3COOH (60∶40∶1，V/V/V) as the mobile phase. Glutaric acid, mono-methyl glutarate and dimethyl glutarate were baseline separated under a flow rate of 0.5 mL/min and a column temperature of 40 ℃. Under the optimal conditions, linear correlations were obtained in the mass concentration range of 6～3 000 mg/L (r=0.998 0) for glutaric acid, 3～1 500 mg/L (r=0.999 1) for mono-methyl glutarate, and 3～1 500 mg/L (r=0.999 4)for dimethyl glutarate. The recoveries (n=5) of glutaric acid, mono-methyl glutarate and dimethyl glutarate were 105.79% (RSD=1.63%), 96.21% (RSD=7.28%) and 93.10% (RSD=11.22%), respectively. Using this method the simultaneously determination of the contents of glutaric acid, mono-methyl glutarate and dimethyl glutarate, respectively can be carried out. Which can provide accurate and reliable data for the esterification-separation-hydrolysis process.

HPLC;glutaric acid;mono-methyl glutarate;dimethyl glutarate

分析測(cè)試新方法(029～033)

2016-12-27;

2017-02-21.

周靜(1984-)，女，博士，現(xiàn)主要從事聚氨酯領(lǐng)域的分析工作,研究聚氨酯及其相關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，E-mail: zhou. jing@huafeng. com.

O657.33

B

1006-3757(2017)01-0029-05

10.16495/j.1006-3757.2017.01.006