劉俊彥，李繼文，王 川

（中國(guó)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(guò)氧化氫異丙苯與酚類化合物

劉俊彥，李繼文，王 川

（中國(guó)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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的分析方法。

超高效液相色譜；酚類；過(guò)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(guò)氧化氫異丙苯（CHP），使用C18反相色譜柱，分離周期超過(guò)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(guò)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(guò)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(guó)標(biāo)方法相比，簡(jiǎn)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(zhǎng)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(guó)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(guó)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(guò)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(guó)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(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，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(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，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(wú)法分離，此結(jié)果與現(xiàn)有國(guó)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(lái)。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(jiàn)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(guò)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(jiàn)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(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，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(shuō)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(guó)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(guó)石化出版社，2004.

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