周長海，岳 濤，2，王 艷，徐 婷，王瑞菲，2，馮維春，2*

(1.山東省水相有機合成及高效清潔分離工程技術研究中心,濟南 250014;2.青島科技大學 山東化工研究院,濟南 250014)

氯乙酸是一種非常重要的有機化工原料,其下游產品達百余種,在表面活性劑、染料、涂料、醫(yī)藥、農藥等有機合成材料及中間體領域應用廣泛[1-3]。目前氯乙酸的合成方法有十余種[4],其中最主要的工業(yè)化生產方法為乙酸催化氯化法[5-6]。該方法主要以乙酸和氯氣為原料,在催化劑的催化作用下生成氯乙酸,但此反應過程易發(fā)生深度氯化,產生二氯乙酸等雜質[7],而二氯乙酸和殘余原料乙酸都會影響最終產品氯乙酸的品質。因此,建立一種快速、準確地測定氯乙酸、二氯乙酸及乙酸含量的方法具有重要意義。

工業(yè)氯乙酸行業(yè)標準HG/T 3271－2000《工業(yè)氯乙酸》中用氫氧化鈉滴定法測定總酸度、佛爾哈德法(硝酸銀間接法)測定總氯量、高錳酸鉀滴定法測定二氯乙酸含量,差減計算得氯乙酸含量和乙酸含量。整個測定過程不僅繁瑣費時,而且佛爾哈德法終點顏色很難判定,方法平行性和重現(xiàn)性很差,會直接影響氯乙酸和乙酸含量的準確測定。

文獻報道的測定工業(yè)氯乙酸及雜質的方法主要有氣相色譜法[8-10]、離子色譜法[11-12]、化學滴定法[13]等。氣相色譜法需要先采用硫酸催化氯乙酸、二氯乙酸與過量的乙醇發(fā)生酯化反應,然后再用氣相色譜進行測定,操作過程比較繁瑣;在采用離子色譜法測定工業(yè)氯乙酸時,受柱容量的限制,樣品需要經過高倍稀釋后才能進樣分析,且色譜峰積分面積的微小變化對氯乙酸含量影響很大,色譜柱對二氯乙酸和乙酸的響應較低,測定誤差較大。由于氯乙酸、二氯乙酸的沸點較高,應采用液相色譜法測定其含量[14],但目前還沒有關于此方法同時分析氯乙酸、二氯乙酸、乙酸的應用報道。

因此,通過優(yōu)化試驗條件,本工作建立了一種用于同時測定工業(yè)氯乙酸中氯乙酸、二氯乙酸和乙酸含量的高效液相色譜法(HPLC),以期為工業(yè)氯乙酸產品的質量控制提供數(shù)據(jù)參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

島津LC-2030C 型高效液相色譜儀,配可變波長掃描紫外檢測器和二極管陣列檢測器;島津UV-2700型紫外-可見分光光度計;賽多利斯SQP 型電子天平;0.45μm 有機相針式濾器。

氯乙酸標準溶液:500 g·L－1。

二氯乙酸標準溶液:1 000 mg·L－1。

乙酸標準溶液:1 000 mg·L－1。

氯乙酸、二氯乙酸和乙酸標準儲備溶液:分別取適量氯乙酸標準溶液、二氯乙酸標準溶液與乙酸標準溶液,用體積比為95∶5的0.05%(體積分數(shù),下同)磷酸溶液-甲醇(流動相)配制成氯乙酸、二氯乙酸、乙酸質量濃度分別為10 000,250,250 mg·L－1的標準儲備溶液。

混合標準溶液:移取標準儲備溶液各10.0 mL于100 mL 容量瓶中,用流動相定容,配制成氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的質量濃度分別為1 000,25,25 mg·L－1的混合標準溶液。

混合標準溶液系列:分別移取氯乙酸標準儲備溶液0.2,0.5,1,5,10,15,20 mL,移取乙酸、氯乙酸標準儲 備溶液0.2,0.4,0.6,0.8,1.2,1.6,2.0 mL 置于100 mL容量瓶中,用流動相稀釋,配制混合標準溶液系列。

乙酸為優(yōu)級純;甲醇為色譜純;磷酸為分析純;試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

Inert Sustain AQ-C18色譜柱(250 mm ×4.6 mm,5μm),柱溫30℃;流動相為體積比為95∶5的0.05%磷酸溶液-甲醇,等度洗脫;進樣體積20μL;流量0.8 mL·min－1;檢測波長215 nm。

1.3 試驗方法

取工業(yè)氯乙酸樣品0.100 0 g,用流動相定容至100.0 mL,用0.45μm 濾膜過濾,按儀器工作條件測定濾液中的氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的含量。

2 結果與討論

2.1 色譜行為

氯乙酸、二氯乙酸、乙酸混合標準溶液的色譜圖見圖1,其中插圖為6～10 min的色譜放大圖。

由圖1可知,本法能夠實現(xiàn)氯乙酸、二氯乙酸、乙酸的基線分離。

圖1 混合標準溶液色譜圖Fig.1 Chromatograms of mixed standard solution

2.2 色譜條件的選擇

2.2.1 檢測波長

試驗對混合標準溶液進行200～400 nm 紫外-可見掃描。結果顯示,3 種目標化合物在205～215 nm 內的吸收曲線變化基本一致,為了保證測定靈敏度和準確度,應盡量減少流動相中甲醇或樣品中其他微量共存組分對3種目標化合物分離造成的干擾。綜合考慮,試驗選擇檢測波長為215 nm。

2.2.2 色譜柱

試驗考察了Inertsil?ODS-SP C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)和Inert Sustain AQ-C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)對乙酸、氯乙酸與二氯乙酸3種目標化合物分離效果的影響,色譜圖見圖2。

由圖2可知:采用Inertsil?ODS-SP C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)時,乙酸、氯乙酸與二氯乙酸的保留時間比較接近,氯乙酸與乙酸未達到基線分離;在選用Inert Sustain AQ-C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)時,各目標化合物色譜峰的分離效果均較好,這與該色譜柱對高比例水相耐受性較好有關。因此,試驗選用Inert Sustain AQC18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)。

2.2.3 流動相

乙酸、氯乙酸與二氯乙酸均為酸性化合物,在水中會部分解離,形成離子化合物,從而使其色譜峰在進行色譜柱分離時產生拖尾。為了使目標化合物實現(xiàn)良好的分離,并形成對稱的色譜峰,需要調節(jié)流動相酸度,使這3種目標化合物以分子態(tài)存在。因此,試驗考察了分別采用體積比均為95∶5 的0.01%(體積分數(shù),下同)磷酸溶液-甲醇、0.05%磷酸溶液-甲醇、0.1%(體積分數(shù),下同)磷酸溶液-甲醇等3種流動相體系時對乙酸、氯乙酸與二氯乙酸的分離效果的影響,結果見圖3。

圖2 采用不同色譜柱時的色譜圖Fig.2 Chromatograms with the different columns

圖3 采用不同流動相時的色譜圖Fig.3 Chromatograms with the different mobile phases

由圖3可知:隨著磷酸體積分數(shù)的增加,乙酸、二氯乙酸與氯乙酸的分離度與保留時間變化較大。以體積比為95∶5的0.01%磷酸溶液-甲醇為流動相時,乙酸與二氯乙酸的分離度較差;以體積比為95∶5的0.1%磷酸溶液-甲醇為流動相時,二氯乙酸與氯乙酸的分離度較差;以體積比:95∶5 的0.05%磷酸溶液-甲醇為流動相時,乙酸、二氯乙酸與氯乙酸的分離度均較好。因此,試驗選擇體積比為95∶5的0.05%磷酸溶液-甲醇為流動相。

2.3 標準曲線、檢出限和測定下限

按儀器工作條件對混合標準溶液系列進行測定,以3種目標化合物的質量濃度為橫坐標,其對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線,3種目標化合物的線性參數(shù)見表1。

以3倍信噪比(S/N)計算氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的檢出限(3S/N),以10 倍信噪比(S/N)計算氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的測定下限(10S/N),結果見表1。

表1 線性參數(shù)、檢出限和測定下限Tab.1 Linearity parameters，detection limits and lower limits of determination

2.4 精密度及回收試驗

取批號為20190302工業(yè)氯乙酸樣品,按照試驗方法平行測定6次,計算氯乙酸、二氯乙酸、乙酸測定值的極差和相對標準偏差(RSD)。結果顯示:3種目標化合物的質量分數(shù)分別為99.44%,0.16%,0.20%;氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的極差分別為0.32%,0.03%,0.03%,滿足HG/T 3271－2000中規(guī)定的氯乙酸、二氯乙酸和乙酸兩次平行測定結果的差值不大于0.4%,0.1%,0.1%的要求;測定值的RSD 分別為0.11%,6.6%,5.1%,均小于10%。

按試驗方法對工業(yè)氯乙酸樣品進行低、中、高等3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定3次,計算回收率,結果見表2。

由表2可知:氯乙酸、乙酸、二氯乙酸的回收率分別為99.8%～100%,97.5%～101%,96.7%～102%,表明本方法準確度良好。

2.5 方法比對

按照試驗方法對4 批工業(yè)氯乙酸樣品進行分析,每批樣品平行測定2次,并同標準方法(HG/T3271－2000)的測定結果和極差進行比對,所得結果見表3。

表2 回收試驗結果Tab.2 Results of test for recovery

表3 不同方法的結果比對(n=2)Tab.3 Comparison of results obtained by the different methods(n=2)%

由表3可知:在工業(yè)氯乙酸樣品中未檢出乙酸原料,而雜質二氯乙酸的檢出量為0.11%～1.01%;本方法的測定值與標準方法的測定值基本一致,且該方法所得的極差更低,說明本方法的重復性更好。

本工作采用高效液相色譜法同時測定工業(yè)氯乙酸產品中氯乙酸、二氯乙酸與乙酸的含量。相對于HG/T 3271－2000,該方法具有操作簡單快速、化學試劑用量少、方法穩(wěn)定、靈敏度和準確度高等優(yōu)點,滿足工業(yè)氯乙酸產品及雜質(二氯乙酸、乙酸)含量測定的要求,可作為HG/T 3271－2000 中分析方法的補充,用于工業(yè)氯乙酸的質量控制。