乙醇酸甲酯水解制乙醇酸中组分的测定

郭一丹，张育红，王　川，宋海峰

(中国石化上海石油化工研究院，上海　201208)



乙醇酸甲酯水解制乙醇酸中组分的测定

郭一丹，张育红，王川，宋海峰

(中国石化上海石油化工研究院，上海201208)

建立了乙醇酸甲酯水解制乙醇酸中组分及含量的高效液相色谱快速测定方法。采用超高效液相色谱与二极管阵列检测器/四级杆-飞行时间串联质谱(UPLC-PDA/Q-ToFMS/MS)联用技术对乙醇酸产品进行定性分析，高效液相色谱进行检测，外标法定量。本方法，乙醇酸和乙醇酸甲酯在0.01～100mg/mL范围内呈现良好的线性关系(r2>0.999)；检出限分别为0.0102mg/mL和0.0208mg/mL；加标回收率为95%～105%；相对标准偏差(RSD)为0.01%～0.86%。本方法已用于乙醇酸工业生产的过程分析及乙醇酸产品的质量控制。

高效液相色谱；液相色谱-质谱法；乙醇酸；组分；含量

乙醇酸是一种重要的有机合成中间体，广泛应用于有机合成、高分子降解材料、医学工程及其他许多领域[1-2]。近年来，随着生物可降解材料乙醇酸类聚合物在医学工程领域的广泛应用，高纯度的乙醇酸单体需求量也在不断增长[3]。

乙醇酸的分析方法目前主要为：酸碱滴定法、比色法、气相色谱法、液相色谱法等[7-12]。其中，酸碱滴定法和比色法准确性不高，不适用于乙醇酸含量的准确测量；气相色谱法需将乙醇酸酯化后才能进行分析，较为繁琐，提高了成本；液相色谱法可以直接进样分析，已有研究用于实验室水解条件下乙醇酸甲酯和乙醇酸含量的分析，但对乙醇酸产品中组分种类及含量的分析尚未涉及[12]。

本实验利用超高效液相色谱与二极管阵列检测器/四级杆-飞行时间串联质谱联用技术对工业乙醇酸产品进行详细定性分析，确定乙醇酸中存在乙醇酸甲酯和乙醇酸二聚物两种杂质组分。同时，建立快速高效液相色谱-紫外检测法直接测定乙醇酸中组分及含量的实验方法。

1　实　验

1.1仪器与试剂

20A高效液相色谱系统，日本岛津公司(配自动进样器，10AT和10AD泵，20A多波长紫外检测器)；ACQUITYUPLC/XevoG2QTOF超高效液相色谱高分辨串联质谱，美国沃特世公司；配自动进样器，二极管阵列紫外检测器；乙腈(HPLC级)，美国Fisher公司；磷酸(HPLC级),美国Dikma公司；超纯水，由美国Millipore公司Milli-Q超纯水净化系统制备。

乙醇酸和乙醇酸甲酯(化学纯)，国药集团。

1.2标准溶液配制及标准曲线的绘制

称取乙醇酸甲酯和乙醇酸标准品各1g于容量瓶，为避免乙醇酸甲酯及乙醇酸中乙醇酸甲酯水解生成乙醇酸，影响定量的准确性，用乙腈溶解至10mL，配制成100mg/mL的标准储备液。将储备液用乙腈稀释成系列浓度为0.01mg/mL、0.1mg/mL、1mg/mL、10mg/mL、50mg/mL和100mg/mL的标准工作液，注入高效液相色谱，绘制标准曲线。

1.3样品溶液配制

将适量样品用乙腈稀释至标准曲线范围内，等待上机。

1.4色谱条件和质谱条件

1.4.1高效液相色谱条件

高效液相色谱条件：色谱柱：ZorbaxEclipsePlusC18(4.6mm×150mm，5μm)；柱温：35 ℃；流动相：水(含0.06%的磷酸):乙腈=95:5，流速：1.0mL/min；检测波长：210nm；进样量：1μL。

1.4.2超高效液相色谱和质谱条件

超高效液相色谱条件：色谱柱:HSST3 (2.1mm×100mm，1.7μm);柱温：30 ℃；流动相：水:甲醇；梯度洗脱(正离子模式)：0minV(水):V(甲醇)=85:15；2.5min后V(水):V(甲醇)=55:35；4min后V(水):V(甲醇)=10:90；流速：0.45mL/min; 梯度淋洗(负离子模式)：0min用V(水):V(甲醇)=70:30；2.5min后V(水):V(甲醇)=55:35；3.5min后V(水):V(甲醇)=10:90；流速：0.45mL/min；进样量：3μL。

质谱条件:电喷雾电离源(ESI)，正离子或负离子扫描模式；毛细管电压2kV；锥孔电压30eV；离子源温度：120 ℃；脱溶剂温度450 ℃；锥孔气流量50L/h；脱溶剂气(N2)流速900L/h。

2　结果与讨论

2.1乙醇酸产品中组分的定性分析

图1　工业装置乙醇酸实际样品总离子流图

图2　工业装置乙醇酸实际样品质谱图

图3　乙醇酸二聚物二级质谱图(负离子模式)

图4　乙醇酸及乙醇酸二聚物的UPLC-PDA光谱图

图5　乙醇酸二聚物结构图

2.2高效液相色谱法的线性范围及检出限

本实验采用高效液相色谱-紫外检测法进行乙醇酸样品中组分的定量分析。按照1.3配制乙醇酸甲酯和乙醇酸系列标准溶液，吸取1μL直接进样检测，记录色谱图，以峰面积Y对标样浓度X(mg/mL)进行线性回归，乙醇酸甲酯和乙醇酸浓度在0.01～100mg/mL范围内，线性方程分别为Y=24617X+5394.3和Y=22387X-6803.1，线性相关系数r2均大于0.999，线性关系良好。由于乙醇酸二聚物标准样品无法获得，采用乙醇酸标样做外标，进行半定量分析。

以浓度为0.01mg/mL的标样进样,根据信噪比S/N=3,得到乙醇酸和乙醇酸甲酯的最低检出限LOD分别为0.0102mg/mL和0.0208mg/mL；根据信噪比S/N=10，得到乙醇酸和乙醇酸甲酯的最低定量限LOQ分别为0.038mg/mL和0.069mg/mL。

2.3高效液相色谱法的准确度和精密度实验

以含低浓度乙醇酸和乙醇酸甲酯的样品为本底,分别添加不同量的乙醇酸和乙醇酸甲酯标准样品得低、中、高三个加标浓度的样品(加标量见表2)，进行回收率实验，重复测定5次。以测得的峰面积与相应的浓度标准溶液峰面积，计算乙醇酸和乙醇酸甲酯的加标回收率和相对标准偏差，结果见表2。3份平行样品中，两种物质的加标回收率在95.4%～104.9%之间，相对标准偏差在0.01%～0.86%之间(n=5)。

表2　加标样品回收率与相对标准偏差(n=5)Table 2　Recovery and relative standard deviation (RSD)of the spiked samples (n=5)

2.4样品检测

2.4.1乙醇酸产品的测定

利用该方法，对国内外不同厂家的乙醇酸产品进行检测，典型谱图见图6所示，并用外标法进行定量，结果见表3。由图6可以看出，本文所建高效液相色谱方法能很好地应用于乙醇酸产品组分的快速测定，结果良好。由表3可以看出, 对乙醇酸甲酯水解制乙醇酸工艺而言，其产物乙醇酸和杂质组分的含量也与水解控制工艺密切相关。

图6　乙醇酸实际样品高效液相色谱图

表3　乙醇酸实际样品的典型实验数据Table 3　Typical data of samples

2.4.2工业装置不同反应阶段样品分析

利用该方法，对乙醇酸工业装置水解反应不同阶段的样品进行分析，可得到如图7所示的乙醇酸甲酯和乙醇酸含量随时间变化趋势图。由图7可知，该方法还可用于乙醇酸甲酯水解制乙醇酸反应中，组分的测定，有效监控反应过程。

图7　一定温度下反应产物中乙醇酸和乙醇酸甲酯含量随时间变化趋势图

3　结　论

建立了乙醇酸甲酯水解体系中乙醇酸和乙醇酸甲酯的定性和定量分析方法，针对乙醇酸和乙醇酸甲酯的极性特点，选择适用于低碳非强极性的C18柱对乙醇酸和乙醇酸甲酯进行分离，并优化了色谱条件，保证两种目标待测物在该体系中的有效分离，并采用低进样量，在保证检测限的同时保护色谱柱。方法简便，分析时间较短，样品在5min内即结束分析，达到了快速分析的目的。实际样品回收率达到分析要求，结果准确可靠，实用性强。同时，应用于工业生产的产品分析中, 并对产品中未知物开展了进一步分析, 进行初步的质谱定性。不仅对该工艺路线的生产过程可起到指导作用，还可对产品进行有效的质量控制。

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Simultaneous Analysis of Compounds for Methyl Glycolate to Glycolic AcidbyHigh-performanceLiquidChromatography

GUO Yi-dan, ZHANG Yu-hong, WANG Chuan, SONG Hai-feng

(Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology, SINOPEC, Shanghai 201208, China)

AnovelmethodwaspresentedforidentificationandquantificationofcompoundsinGlycolicAcid(GA)byusinghigh-performanceliquidchromatography.Methylglycolate(MG)andglycolicaciddimerwereidentifiedasimpuritiesinGAproductsbyultra-performanceliquidchromatographywithphoto-diodearrayandquadrupole-timeofflightmassspectrometry(UPLC-PDA/Q-ToFMS/MS).High-performanceliquidchromatography-diodearraydetector(HPLC-DAD)wasusedforquantificationanalysisofcompoundsinGA.Externalstandardmethodwasappliedinthisstudy.ThelinearrangeofGAandMGwas0.01～100mg/mL(r2>0.9999),limitsofdetection(LOD,S/N=3)ofGAandMGwere0.0102mg/mLand0.0208mg/mL,respectively,andrecoveriesofGAandMGwerebetween95%～105%.Relativestandarddeviationswerebelow0.01%～0.86%forbothGAandMG.Processingconditionoptimization,processcontrolandqualitycontrolofGAproductioncouldbeappliedeffectivelybyusingthismethod.

high-performanceliquidchromatography;ultra-performanceliquidchromatographywithquadrupole-timeofflightmassspectrometry;glycolicacid;compound;concentration

郭一丹(1985-)，女，硕士，工程师，主要从事石油化工分析研究工作。

TQ225.4,TQ207,O656

B

1001-9677(2016)013-0122-04