高效液相色谱法同时测定工业氯乙酸中氯乙酸、二氯乙酸和乙酸

周长海，岳 涛，2，王 艳，徐 婷，王瑞菲，2，冯维春，2*

(1.山东省水相有机合成及高效清洁分离工程技术研究中心,济南 250014;2.青岛科技大学 山东化工研究院,济南 250014)

氯乙酸是一种非常重要的有机化工原料,其下游产品达百余种,在表面活性剂、染料、涂料、医药、农药等有机合成材料及中间体领域应用广泛[1-3]。目前氯乙酸的合成方法有十余种[4],其中最主要的工业化生产方法为乙酸催化氯化法[5-6]。该方法主要以乙酸和氯气为原料,在催化剂的催化作用下生成氯乙酸,但此反应过程易发生深度氯化,产生二氯乙酸等杂质[7],而二氯乙酸和残余原料乙酸都会影响最终产品氯乙酸的品质。因此,建立一种快速、准确地测定氯乙酸、二氯乙酸及乙酸含量的方法具有重要意义。

工业氯乙酸行业标准HG/T 3271－2000《工业氯乙酸》中用氢氧化钠滴定法测定总酸度、佛尔哈德法(硝酸银间接法)测定总氯量、高锰酸钾滴定法测定二氯乙酸含量,差减计算得氯乙酸含量和乙酸含量。整个测定过程不仅繁琐费时,而且佛尔哈德法终点颜色很难判定,方法平行性和重现性很差,会直接影响氯乙酸和乙酸含量的准确测定。

文献报道的测定工业氯乙酸及杂质的方法主要有气相色谱法[8-10]、离子色谱法[11-12]、化学滴定法[13]等。气相色谱法需要先采用硫酸催化氯乙酸、二氯乙酸与过量的乙醇发生酯化反应,然后再用气相色谱进行测定,操作过程比较繁琐;在采用离子色谱法测定工业氯乙酸时,受柱容量的限制,样品需要经过高倍稀释后才能进样分析,且色谱峰积分面积的微小变化对氯乙酸含量影响很大,色谱柱对二氯乙酸和乙酸的响应较低,测定误差较大。由于氯乙酸、二氯乙酸的沸点较高,应采用液相色谱法测定其含量[14],但目前还没有关于此方法同时分析氯乙酸、二氯乙酸、乙酸的应用报道。

因此,通过优化试验条件,本工作建立了一种用于同时测定工业氯乙酸中氯乙酸、二氯乙酸和乙酸含量的高效液相色谱法(HPLC),以期为工业氯乙酸产品的质量控制提供数据参考。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

岛津LC-2030C 型高效液相色谱仪,配可变波长扫描紫外检测器和二极管阵列检测器;岛津UV-2700型紫外-可见分光光度计;赛多利斯SQP 型电子天平;0.45μm 有机相针式滤器。

氯乙酸标准溶液:500 g·L－1。

二氯乙酸标准溶液:1 000 mg·L－1。

乙酸标准溶液:1 000 mg·L－1。

氯乙酸、二氯乙酸和乙酸标准储备溶液:分别取适量氯乙酸标准溶液、二氯乙酸标准溶液与乙酸标准溶液,用体积比为95∶5的0.05%(体积分数,下同)磷酸溶液-甲醇(流动相)配制成氯乙酸、二氯乙酸、乙酸质量浓度分别为10 000,250,250 mg·L－1的标准储备溶液。

混合标准溶液:移取标准储备溶液各10.0 mL于100 mL 容量瓶中,用流动相定容,配制成氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的质量浓度分别为1 000,25,25 mg·L－1的混合标准溶液。

混合标准溶液系列:分别移取氯乙酸标准储备溶液0.2,0.5,1,5,10,15,20 mL,移取乙酸、氯乙酸标准储 备溶液0.2,0.4,0.6,0.8,1.2,1.6,2.0 mL 置于100 mL容量瓶中,用流动相稀释,配制混合标准溶液系列。

乙酸为优级纯;甲醇为色谱纯;磷酸为分析纯;试验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

Inert Sustain AQ-C18色谱柱(250 mm ×4.6 mm,5μm),柱温30℃;流动相为体积比为95∶5的0.05%磷酸溶液-甲醇,等度洗脱;进样体积20μL;流量0.8 mL·min－1;检测波长215 nm。

1.3 试验方法

取工业氯乙酸样品0.100 0 g,用流动相定容至100.0 mL,用0.45μm 滤膜过滤,按仪器工作条件测定滤液中的氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的含量。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

氯乙酸、二氯乙酸、乙酸混合标准溶液的色谱图见图1,其中插图为6～10 min的色谱放大图。

由图1可知,本法能够实现氯乙酸、二氯乙酸、乙酸的基线分离。

图1 混合标准溶液色谱图Fig.1 Chromatograms of mixed standard solution

2.2 色谱条件的选择

2.2.1 检测波长

试验对混合标准溶液进行200～400 nm 紫外-可见扫描。结果显示,3 种目标化合物在205～215 nm 内的吸收曲线变化基本一致,为了保证测定灵敏度和准确度,应尽量减少流动相中甲醇或样品中其他微量共存组分对3种目标化合物分离造成的干扰。综合考虑,试验选择检测波长为215 nm。

2.2.2 色谱柱

试验考察了Inertsil®ODS-SP C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm)和Inert Sustain AQ-C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm)对乙酸、氯乙酸与二氯乙酸3种目标化合物分离效果的影响,色谱图见图2。

由图2可知:采用Inertsil®ODS-SP C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm)时,乙酸、氯乙酸与二氯乙酸的保留时间比较接近,氯乙酸与乙酸未达到基线分离;在选用Inert Sustain AQ-C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm)时,各目标化合物色谱峰的分离效果均较好,这与该色谱柱对高比例水相耐受性较好有关。因此,试验选用Inert Sustain AQC18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm)。

2.2.3 流动相

乙酸、氯乙酸与二氯乙酸均为酸性化合物,在水中会部分解离,形成离子化合物,从而使其色谱峰在进行色谱柱分离时产生拖尾。为了使目标化合物实现良好的分离,并形成对称的色谱峰,需要调节流动相酸度,使这3种目标化合物以分子态存在。因此,试验考察了分别采用体积比均为95∶5 的0.01%(体积分数,下同)磷酸溶液-甲醇、0.05%磷酸溶液-甲醇、0.1%(体积分数,下同)磷酸溶液-甲醇等3种流动相体系时对乙酸、氯乙酸与二氯乙酸的分离效果的影响,结果见图3。

图2 采用不同色谱柱时的色谱图Fig.2 Chromatograms with the different columns

图3 采用不同流动相时的色谱图Fig.3 Chromatograms with the different mobile phases

由图3可知:随着磷酸体积分数的增加,乙酸、二氯乙酸与氯乙酸的分离度与保留时间变化较大。以体积比为95∶5的0.01%磷酸溶液-甲醇为流动相时,乙酸与二氯乙酸的分离度较差;以体积比为95∶5的0.1%磷酸溶液-甲醇为流动相时,二氯乙酸与氯乙酸的分离度较差;以体积比:95∶5 的0.05%磷酸溶液-甲醇为流动相时,乙酸、二氯乙酸与氯乙酸的分离度均较好。因此,试验选择体积比为95∶5的0.05%磷酸溶液-甲醇为流动相。

2.3 标准曲线、检出限和测定下限

按仪器工作条件对混合标准溶液系列进行测定,以3种目标化合物的质量浓度为横坐标,其对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线,3种目标化合物的线性参数见表1。

以3倍信噪比(S/N)计算氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的检出限(3S/N),以10 倍信噪比(S/N)计算氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的测定下限(10S/N),结果见表1。

表1 线性参数、检出限和测定下限Tab.1 Linearity parameters，detection limits and lower limits of determination

2.4 精密度及回收试验

取批号为20190302工业氯乙酸样品,按照试验方法平行测定6次,计算氯乙酸、二氯乙酸、乙酸测定值的极差和相对标准偏差(RSD)。结果显示:3种目标化合物的质量分数分别为99.44%,0.16%,0.20%;氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的极差分别为0.32%,0.03%,0.03%,满足HG/T 3271－2000中规定的氯乙酸、二氯乙酸和乙酸两次平行测定结果的差值不大于0.4%,0.1%,0.1%的要求;测定值的RSD 分别为0.11%,6.6%,5.1%,均小于10%。

按试验方法对工业氯乙酸样品进行低、中、高等3个浓度水平的加标回收试验,每个浓度水平平行测定3次,计算回收率,结果见表2。

由表2可知:氯乙酸、乙酸、二氯乙酸的回收率分别为99.8%～100%,97.5%～101%,96.7%～102%,表明本方法准确度良好。

2.5 方法比对

按照试验方法对4 批工业氯乙酸样品进行分析,每批样品平行测定2次,并同标准方法(HG/T3271－2000)的测定结果和极差进行比对,所得结果见表3。

表2 回收试验结果Tab.2 Results of test for recovery

表3 不同方法的结果比对(n=2)Tab.3 Comparison of results obtained by the different methods(n=2)%

由表3可知:在工业氯乙酸样品中未检出乙酸原料,而杂质二氯乙酸的检出量为0.11%～1.01%;本方法的测定值与标准方法的测定值基本一致,且该方法所得的极差更低,说明本方法的重复性更好。

本工作采用高效液相色谱法同时测定工业氯乙酸产品中氯乙酸、二氯乙酸与乙酸的含量。相对于HG/T 3271－2000,该方法具有操作简单快速、化学试剂用量少、方法稳定、灵敏度和准确度高等优点,满足工业氯乙酸产品及杂质(二氯乙酸、乙酸)含量测定的要求,可作为HG/T 3271－2000 中分析方法的补充,用于工业氯乙酸的质量控制。