化学工程工艺 外文翻译 外文文献 英文文献 分析工业邻苯二甲酸酐产品.pdf

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1、 外文翻译（一） 精细化工中间体生产过程中的一个质量控制例子：采用反相 高效液相色谱法分析工业邻苯二甲酸酐产品中的相关杂质 Lin-feng ZhouJun-qin QiaoHong-zhen LianXin Ge 摘要摘要：我们制定了一个准确的反相高效液相色谱法分析工业邻苯二甲酸酐（PA） 的相关杂质组成成分。其中将顺丁烯二酸（顺酐水解产物） ，邻苯二甲酰亚胺， 和苯甲酸从邻苯二甲酸 （PA， PA的水解产物） 的 C18 柱中由乙腈和 0.1 （V / V） 高氯酸水溶液梯度洗脱分离出来。这种方法简便，灵敏，准确，已成功地应用于 工业 PA的质量控制。 关键词：精细化学品邻苯二甲酸酐相关杂

2、质高效液相色谱法 1.简介 邻苯二甲酸酐（PA）是一种重要的精细化工中间体，广泛用于生产增塑剂， 染料，杀虫剂，药品，和阻燃剂等 1。例如，邻苯二甲酸二丁酯（ DBP）和DI-2- 乙基己酯（DEHP） ，是PA的两个下游产品，已经成为近几十年来用于聚氯乙烯 （PVC ）生存中最常见的增塑剂。 PA通常在气相中被邻二甲苯或萘催化氧化合成，前者的过程比后者更有效， 因为前者的工艺更容易实现和更高的产量2。PA作为中间体的质量控制，已经 普遍使用气相色谱法进行分析， 但此法的缺点是繁琐的酯化反应和叠嶂的组成部 分35。 高效液相色谱法可以被用来定量分析未加工的 PA由萘制备时生成的同 分异构体 1

3、,2 和 1,4 - 萘醌6。此外，通过反相高效液相色谱（RP-HPLC 法）分 析邻苯二甲酸（Pa） ，PA溶液的水解产物可以确定工作环境下大气颗粒物中的 PA浓度。然而，目前使用高效液相色谱法检测工业 PA相关杂质的分析报告还 没有，因为研究者的兴趣主要集中在氧化催化剂的效果上面810。 在中国 PA从 OX 中合成的实际工艺方法之一，在如图 1 中，PA被用作合成 邻苯二甲酰亚胺（PI）的中间体。由于相关杂质的存在，即使在非常低的水平， 也会显著影响 PA随后的应用，必须十分重视质量控制。为了进行高效液相色谱 法的过程，工业PA的相关物质应该被确定下来11。首先，强氧化反应系统可能 导致

4、苯环旁边两个 PA的羧基破裂，进行脱水反应生成马来酸酐（MA） 。第二， 强氧化会导致一个脱羧反应，生成苯甲酸（BA） 。此外，在工业OX 中的主要杂 质甲苯和乙苯通过氧化反应可以转变成苯甲酸 （BA） 。 三， 邻苯二甲酰亚胺 （PI） ， 作为反应第二阶段（图 1）的产物，不应该在 PA样本中被检测到。然而，由于 相同的反应容器被使用在 OX 氧化反应中，这种情况下，在未完全洗净的反应釜 中存在着不可避免的微量邻苯二甲酰亚胺 （PI） 残留物也应被视为工业 PA杂质。 虽然有许多其他的副产物， 例如， 邻甲基苯甲酸和苯酞， 在氧化反应后立即存在， 但它们可以从未加工的 PA中完全分离出来。

5、最后结论得出，在工业用途中 PA 的主要杂质应包括 MA，BA ，PI 。 注意到 PA和 MA 在与水接触时很容易发生水解反应分别生成邻苯二甲酸（Pa） 和马来酸酐（MA ）13, 14，最主要的组成部分用反相高效液相色谱法在水溶剂 和流动相中分离出来的有 Ma,PI,Pa,and Ba。 通过使用相应的酸酐酸水解量，以表 明它实际上已经在 PA分析中被运用7，为了得到良好好的分离效果，对检测低 限（LOD）和高度精确的结果进行观察。在本文中，一个反相高效液相色谱法已 经发展到可以为工业 PA杂质控制中分离出 PA,MA，PI 和 Ba。 图.1 在中国的一个 PA的实际合成工艺，PA是 O

6、X 的氧化反应产物，也是PI 合成工艺中的 中间体 2.实验 2.1 仪器：gilent 1200 气相色谱分析仪，配备了真空脱气机 一四元泵自动进样器二级管阵列检测器（DAD ） Agilent 化学台（(Agilent, Santa Clara, CA, USA) 2.2 化学品和试剂： 1.参考物质（RSs）Ma（99.5） ，PI（99.5）和 Ba（99.5）分别购自 上海凌峰化学试剂（上海，中国） ，仪征市海帆化工（扬州，中国） ，上 海第一试剂厂（中国上海） 。 2.MA（99.5） ，PA（99） ，琥珀酸进行验证实验（SA，99.5）均购 自上海第一试剂厂） 。 3.工业 P

7、A样本，由常州市金燕化工（中国常州）提供。 4.乙腈，可用于色谱分析法等级（默克公司，德国达姆施塔特） 5.纯水（杭州娃哈哈集团，中国） 。 6.高氯酸（70-72，优级纯）来自天津试剂三厂（中国天津） 7.水溶液：使用前在实验中透过 0.22 LM 醋酸纤维素膜过滤得到。 2.3 色谱条件： 1.使用一个 Dikma Platisil C18 柱（250mm4.6mm 内径，5lm） （ Dikma 技 术，天津，中国） ，能够维持整齐的水溶液为流动相和很宽的 pH 范围从 1.0 至 11.0 。 2.柱温保持在 30 。 3.乙腈混合物（溶剂 A）和 0.1（V/V）高氯酸溶液（溶剂 B

8、 ）进行梯度 洗脱如下： 0-9 分钟， 0A ； 9-13 分钟， 0-25A ；13-30 分钟， 25A 30-35 分钟， 25-0 A；35-50 分钟，0A 4.步骤在最后 20 分钟的设计，改变流动相，返回到初始状态，并保持在柱 的均衡; 使步骤这样简洁从而不会被再次提到。 5.在 1.0 mL/min 的流速进行分离。 6进样量为 10L。检测波长为 220 nm。 2.4 样品制备： PA样品对关联的杂质分析的解决方案是通过称取大约 10.00mg 的样品到 10mL 容积瓶中，溶解并与溶剂 C 稀释，最后以 50:50 的(v/v)和溶剂 A、溶剂 B 混合。马来酸，邻苯二

9、甲酰亚胺，苯甲酸标定的标准储备溶液的制备分别称重 25.00 毫克的 RSs 到一个 25mL 容量瓶中，采用溶剂 C 溶解和稀释至定容。准备 一个 0.1mg/mL 的混合标准溶液，每个标准溶液取 1.00mL 转移到 10mL 容量瓶 中，容量瓶中的混合液再用溶剂 C 稀释至定容。混合标准溶液与溶剂 C 连续稀 释，从而获得浓度范围在 0.01 至 100lg/mL 混合标准溶液。 在 PA样品溶液中添加标准的 MA，PI 与 Ba，用于优化分离条件，先准备称 重 10.00mgPA样品到一个 10 mL 容量瓶中，再取 1.00mL100 lg/mL 混合标准溶 液到这个 10mL 容量

10、瓶中，最后用溶剂 C 稀释至定容。 在进样前所有的解决方案进行超声波处理 10 分钟。 3.结果与讨论 3.1 色谱条件的优化设计 因为所关心的待测物是弱酸性的化合物的，使用了高氯酸作为离子抑制剂 15。 在流动相中通过改变溶剂 A 和 B 的比例，进行了分离优化。加标 PA样品 流动第 1 阶段（0-30 分钟，30A） ，流动第 2 阶段（0-30 分钟，25A） ， 流动第 3 阶段（0-9 分钟，0A;9-13 分钟，0-30A;13-30 分钟，30A） ， 流动第 4 阶段（0-9 分钟，0A;9-13 分钟，0-25A;13-30 分钟，25A） 。 溶液分别注入四个不同中分离条

11、件下： 当流动相 1 和 2 用于洗脱时，Pa（PA的水解产物，在相同的色谱条件下用 平行高效液相色谱法分析 PA和 Pa 标准的解决方案证实，他们有相同的保留时 间和紫外吸收光谱）在 1mg/mL 和 Ma(如 Pa 用同样的方法确认）,Pi,和 Ba 在 10 lg/mL 时似乎被良好分离（图.2a，b） 。然而，因为 Ma 的疏水性很差，它的保留 时间几乎是在很短的时间，所以对它的进行定量分析是不可能的。考虑到 MA 在极稀的的高氯酸水溶液有很好的保留性能15，从纯净的溶剂 B 开始梯度洗脱， 听起来会更加合理和有效的。 在使用流动相 4 进行时加标样品溶液中的所有成分 清楚地分离开来，

12、图中显示了良好的峰形和可接受的保留时间（图.2d） 。在流动 相 3 下进行时结果不理想，因为G2（与 G1 梯度洗脱，相同）峰值覆盖PA峰值 （图.2c） 。因此，流动相 4 被选定为分离 PA相关杂质。 梯度洗脱结果出现的未知峰 G1 和 G2，是因为这两个峰值表现出来的未知 色谱峰是来着空白溶液的实验对照（图.4a） 。通过 Ma, PI, 和 Ba 的标准的色谱 仔细检查，我们发现，杂质1从 Ma 的 RS 中来，并推测这是少量的琥珀酸(Sa)。 在相同的色谱条件下通过平行高效液相色谱法分析Ma 和 Sa标准的解决方案证 实，它们的峰值有相同的保留时间和紫外吸收光谱的结果。 Ma,Pa

13、,PI,和 Ba 从联线的的 DAD 中得到的紫外吸收光谱（图.3）如下：其最 大吸收波长分别在 208nm,218nm，198nm 和 228nm，195nm 和 230 nm 处。考虑 到所有实验物质共同的吸收和合适的信号噪声比（S/N） ，我们最终选择 220nm 作为检测波长。 图.2：在不同的流动相下加标PA样品溶液通过使用高效液相色谱法得到的色谱。 列：dikma Platisil C18 ，250 mm 4.6mm 内径 5lm。柱温：30 。 流速： 1.0 mL / min。注射体积：10L检测波长：220 nm 乙腈（溶剂 A ）和 0.1 （V / V ）高氯酸溶液（溶剂

14、 B）组成流动相。 流动相：a 030 min, 30% A; b 030 min, 25% A; c 09 min, 0% A; 913 min, 030% A; 1330 min, 30% A;0 d 09 min, 0% A; 913 min, 025% A;1330 min, 25% A. 峰：Ma; 2, Pa; 3, PI; 4, Ba; 1, Sa; g1 and g2，梯度洗脱造成系统峰值 图.3 ：Ma (a), Pa (b), PI (c)和 Ba (d)的紫外吸收光谱线。色谱条件同图.2d 相同。 3.2 校准曲线的和检测极限 在一系列实验下每个混合标准溶液连续地重复注射

15、两次， 以避免各种意外发 生，使实验结果更加有效。用校准曲线的线性回归方程计算出对比峰面积，标准 溶液的浓度。通过线性范围计算得到各相关杂质的相关系数（R） 。Ma,PI,和 Ba 的检测限定义的浓度是在当 S/N 为 3 时，分别为 0.02，0.01 和 0.05 lg/mL（见表 1） 。当 10 lg/mL 混合标准溶液连续注入五次时,Ma,PI,和 Ba 峰面积的相对标准偏 差（RSD）均低于 0.1。 3.3 在 PA样品中相关杂质分析： 在优化的色谱条件下,每个样品溶液都注射两次。空白溶液在同要注射的样 品溶液之中随机注射做为对照实验,同 1.00 lg/m 混合标准溶液的色谱图

16、作比较 （图 4） 。 PA相关杂质的分析结果列于表 2，重量百分含量、杂质内和杂质间相对标 准偏差在 0.02 g/mL 的 LOD 水平时样品中没有发现 Ma，所以当 PA产品低于 0.002才会出现 Ma.PI 和 Ba 含量分别为 0.12 和 0.06。杂质内和杂质间的 相对标准偏差介于 1.9至 5.1反相高效液相色谱法程序显示了良好的精度。 图.4：色谱有空白溶液（a） ，混合标准溶液（b）,和样品溶液（C） 。色谱条件和峰值数 同图.2d 相同。 国际标准化组织（ISO）和 Eurachem 指南的建议16, 17，个别不确定性的贡 献包括重复性,样品质量，样品溶液体积，和相关

17、杂质浓度的确定,量化，还有 表示的标准不确定度 L(X)，相对标准不确定度 L(X)/X 都与每一个具体的来源有 关（见表 3） 。最终,它们经过计算得出合并相对标准不确定度,也就是说,PI 和 Ba 分别为 0.068 和 0.058。扩展不确定度(U)是通过计算合并标准不确定度得出的一 个结果乘以为 2 覆盖因子，PI 和 Ba 分别为 0.016%和 0.007%。从表 3 中，我们 发现，主要的不确定性的比例来自通过使用线性最小二乘拟合程序的校准曲线。 增加测量的校准和决心的时候,可以减少结果的不确定性。增加校准和测定的测 量次数，可以减少结果的不确定性。 4.总结 工业 PA的有关物

18、质在反相 C18 柱上通过 0.1 （V/V） 高氯酸水溶液梯度洗 脱下具有良好分离的结果。MA(via Ma)，PI，Ba 的含量可使用标准曲线法准确 的测定出来。 在中国的一些制造商中，此反相高效液相色谱法已成功应用于工业 PA的质量控制。 致谢： 这项工作得到中国国家基础研究发展计划（973 计划，2009CB421601， 2011CB911003） ，中国国家自然科学基金（20575027，90913012） ，国家创新研 究群体科学基金（20821063） ，和南京工业大学分析测试基金的支持。 参考文献 1X.D. Zhang，P.D.Siegel，D.M. Lewis,Int.I

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