高效液相色谱法同时测定反应液中的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑

赵建宏, 张梅梅， 程相林， 王建设， 王留成， 宋成盈, 张家丽

(郑州大学 化工与能源学院，河南 郑州 450001)

高效液相色谱法同时测定反应液中的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑

赵建宏, 张梅梅， 程相林， 王建设， 王留成， 宋成盈, 张家丽

(郑州大学 化工与能源学院，河南 郑州 450001)

建立了一种同时定量测定反应液中苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的高效液相色谱分析方法.该方法采用Hypersil C18(150 mm×4.6 mm i.d)型色谱柱,以V(甲醇)：V(水)=50∶50作为流动相(用氨水调节流动相的pH 为7.0～8.0)；检测波长254 nm；柱温30 ℃；流速0.9 mL/min.结果表明，待测物苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑在上述色谱条件下分离良好，两种物质的质量浓度线性范围分别为0.047～0.426 g·L-1和0.059～0.273 g·L-1，检出限分别在1.23×10-3g·L-1和0.78×10-3g·L-1，加标回收率分别在98.20 %～101.03%和98.78 %～99.76%，测定结果的最大相对标准偏差分别为0.45 %和0.63%.

高效液相色谱；2-巯基苯并噻唑；苯并噻唑

0 引言

苯并噻唑(Benzothiazole)，又名1,3-硫氮杂茚或间氮硫杂茚，外观为浅黄色液体，是一种重要的有机化工产品和中间体，广泛应用于橡胶、防腐、医药、农药及食品、饮料等行业[1-3].

目前，苯并噻唑的合成方法主要有重排反应法、邻氨基苯硫酚合成法及氧化法等[4-5].前两种方法由于存在着能耗较大、原材料价格昂贵及环境污染严重等缺点，其工业化过程受到限制.氧化法合成苯并噻唑，具有生产成本低、反应条件温和、污染小等优点，是一种很有发展前景的合成方法.郑州大学有机电化学工程中心成功开发了以2-巯基苯并噻唑和双氧水为主要原料的苯并噻唑合成新工艺，而该合成工艺的实施需要建立一种准确、快速的分析方法同时测定反应液中的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑.文献报道的单独分析苯并噻唑或2-巯基苯并噻唑的方法主要有气相色谱法和液相色谱法，由于氧化合成反应液中含有无机酸和水，气相色谱法分析时需经过复杂的预处理；而采用液相色谱法测定苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑时须采用不同的流动相体系，操作繁琐，同时分析反应液中这两种物质的方法未见报道[6-8].笔者采用高效液相色谱法，对合成液中的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑进行了同时测定，该方法准确、快速，解决了合成反应液的快速分析问题，为苯并噻唑的生产工艺优化和产品质量控制提供了帮助.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent1200型高效液相色谱仪(美国安捷伦公司)；UV22401PC型紫外-可见分光光度仪(岛津公司)；AW120型电子分析天平(日本岛津公司)；KQ-100E型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司).

苯并噻唑标准品(质量分数≥99.5%，鹤壁市双力橡塑助剂厂)；2-巯基苯并噻唑标准品(质量分数≥99.5%，鹤壁市双力橡塑助剂厂)；甲醇和乙腈均为色谱纯(山东禹王实业有限公司化工分公司)；四氢呋喃和氨水为分析纯(天津市科密欧化学试剂有限公司);实验用水为二次蒸馏水.

1.2 色谱条件

Hypersil C18型(150 mm×4.6 mm i.d) 色谱柱；检测波长254 nm；以V(甲醇)∶V(水)=50∶50作为流动相(用氨水调节流动相的pH 为7.0～8.0)，超声15 min，经0.45 μm滤膜过滤；柱温30 ℃；流速：0.9 mL/min；进样量：20 μL.

1.3 实验方法

标准溶液的配制：分别准确称取一定量的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑于50 mL的容量瓶中，用流动相溶解并定容，经0.45 μm滤膜过滤后备用.

样品溶液的配制：准确称取0.7～0.8 g合成反应液样品于50 mL的容量瓶中，用四氢呋喃稀释并定容，再从中移取2mL溶液于10 mL的容量瓶中，然后用流动相稀释并定容，经滤膜过滤后进样，以峰面积外标标准曲线法定量.

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

2.1.1 检测波长的确定

分别配制一定浓度的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑标准溶液，在紫外分光光度计上进行扫描，扫描范围200～400 nm.结果发现为苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的最大吸收波长分别在294 nm和322 nm，本实验选取254 nm作为检测波长，虽然在该波长下苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的吸收强度略有下降，但是其他杂质吸收峰的干扰少，基线较为稳定，所以可选作最佳检测波长.

2.1.2 流动相组成及pH的确定

实验选用C18(150 mm×4.6 mm i.d)色谱柱对流动相组成和比例进行了优化.分别采用乙腈-水及甲醇-水为流动相进行苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的色谱分析试验，结果发现采用甲醇-水体系时样品的分离度均较好，柱内残留样品量少.因此本实验采用甲醇-水体系.

实验发现，流动相的pH对苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的峰形和分离效果有显著的影响.酸性条件下(pH=3左右)，2-巯基苯并噻唑保留时间大于苯并噻唑的保留时间，但二者不能有效分离，出现双头峰且苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑峰均拖尾严重，可能与酸性条件下流动相中的氢离子与噻唑环上氮原子的相互作用有关.弱碱性条件下(pH≥7)，2-巯基苯并噻唑的出峰时间显著提前且峰型对称，苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑可实现较好分离，应与系统中发生化学反应有关：2-巯基苯并噻唑由非水溶性转化为易溶于水的苯并噻唑巯基盐.进一步的实验发现，当流动相的pH≥7.5时，二待分析物出峰重复性良好，考虑到流动相pH过大可能对色谱柱造成损害，本研究中采用氨水调节流动相的pH在7.0～8.0之间.

不同的甲醇-水配比对峰型和分离效果的影响也比较明显.流动相中甲醇体积分数小于40%时(流动相pH=7.0～8.0，下同)，苯并噻唑峰拖尾严重且峰展较宽；甲醇体积分数大于70%时，苯并噻唑出峰时间提前，但2-巯基苯并噻唑的出峰时间明显推迟，出现重叠峰，分离效果不好；当控制流动相中甲醇比例为50%时，苯并噻唑峰拖尾现象消失，峰型对称，苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑峰完全分离.

2.1.3 流速及柱温的确定

流动相的流速对待分析物的分离度及峰形有一定的影响[9-10].综合考虑，流速采用0.9 mL/min.

在上述流速下，分别在柱温25 ℃～40 ℃进行实验.结果发现，柱温的高低对峰形及分离效果影响不大.综合考虑，本实验中柱温控制在30 ℃.

图1为优化的色谱条件下标准样品和反应液样品的色谱图，其中2-巯基苯并噻唑、苯并噻唑的保留时间分别为1.725,5.726 min.显然，待测物苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑及杂质的分离良好，峰型对称，基线平稳.

1为2-巯基苯并噻唑 ；2为苯并噻唑 ； 3，4为副产物

图1 标准样品及反应液样品色谱图

Fig.1 Chromatograms of standard

sample and synthetic sample

2.2 标准曲线及检出限

分别精密吸取上述苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑标准溶液1，3，5，7，9 mL于10 mL的容量瓶中，用流动相稀释至刻度，摇匀，得到一系列不同浓度的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑混合标准液.将所有样品经0.45 μm滤膜过滤后进样，每个样品平行进样3次，以峰面积y作为纵坐标，质量浓度x作为横坐标进行线性回归.苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的标准曲线回归方程、线性范围及相关系数均列于表1中.以3倍基线噪声测得的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的检测限也列于表1中.可以看出，在所确定的色谱条件下测定苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的浓度线性范围均较宽，线性关系较好.

表1 苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的线性回归及检出限Tab.1 Regression analysis and detection limits of benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole

2.3 精密度检测

分别取高、中、低3个浓度，对应样品编号为1,2,3的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑标准溶液，按前面所确定色谱条件进行重复测定，每份样品分别连续进样3次，结果如表2所示.可以看出，苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的最大相对标准偏差分别为0.45%和0.63%，说明本测定方法的重复性良好.取反应液样品3份分别检测，对应样品编号为4,5,6.结果表明，反应液样品的精密度在检测精密度范围内.

2.4 回收率实验

取不同工艺条件下的反应液样品3份，分别加入一定量的苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑标准品，然后按同样的方法和色谱条件重复测定，进行回收率实验，每份溶液进样3次.计算回收率.结果见表3.由表可知，苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑的加标回收率分别为98.20%～101.03%，98.78%～99.706%，说明在优化的色谱条件下测定结果的准确度较高，可用于苯并噻唑合成工艺优化及其它相关研究中.

表2 苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的精密度检测Tab.2 Detection of the precision of benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazol

表3 苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑回收率检测Tab.3 Detection of the recovery of benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazoc

3 结论

笔者使用Hypersil C18 型反相色谱柱，以V(甲醇)：V(水)=50∶50作为流动相(用氨水调节流动相的pH 为7.0～8.0)，建立了同时检测合成反应液中苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑的液相分析方法.该方法具有良好的精密度和准确度，可在7 min内完成合成反应液的全部分析，可用于苯并噻唑合成工艺优化及其他相关研究中.

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[4] 刘俊峰，冯桂英，王象清等.2-巯基苯并噻唑氧化合成苯并噻唑[J].化工生产与技术，2012，19(3)：8-9.

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The Simultaneous Determination of Benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole in the Reaction Liquid by High Performance Liquid Chromatography

ZHAO Jian-hong， ZHANG Mei-mei， CHENG Xiang-lin， WANG Jian-she，WANG Liu-cheng， SONG Cheng-ying, ZHANG Jia-li

(School of Chemical Engineering and Energy， Zhengzhou University， Zhengzhou 450001， China)

A method was presented for the simultaneous determination of benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole in the reaction liquid by high performance liquid chromatography (HPLC). The analysis was performed on a Hypersil C18 column (150 mm×4.6 mm i.d) with 50：50 methanol-water as the mobile phase (mobile phase with ammonia ,pH=7.0～8.0)at a flow rate of 0.9 mL/min.The samples were detected at 254 nm with an UV detector and the column temperature was 30 ℃. It was found that benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole could be well separated under the chromatographic conditions. The linear ranges of the mass concentration were 0.047～0.426 g/L and 0.059 g/L～0.273 g/L respectively. The recoveries for them were 98.20%～101.0 3% and 98.78 %～99.76%. The maximum relative standard deviations were 0.45 % and 0.63 % for benzothiazole and 2-mercaptobenzothiazole.

high performance liquid chromatography； benzothiazole； 2-mercaptobenzothiazole

2014-09-25；

2014-11-03

河南省产学研计划资助项目(142107000007)

赵建宏(1963-)，男，河北巨鹿人，郑州大学教授，博士，主要从事精细有机合成及有机电合成方面的研究,E-mail : zhaojh@zzu.edu.com.

1671-6833(2015)01-0037-04

O657.7

A

10.3969/j.issn.1671-6833.2015.01.009