高效液相色谱-紫外光谱分析氢醌-双(β-羟乙基)醚_盛东(1).pdf

2009 年 10 月 October 2009 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 28，No． 5 407 ～410 收稿日期 2009- 04- 21;修订日期 2009- 07- 10 基金项目国家自然科学基金项目资助 20575027， 20821063 ;国家重点基础研究发展计划 973 计划 项目资助 2009CB421601 ;南京大学分析测试基金项目资助 作者简介盛东 1962 － ， 男， 江苏南京人， 工程师， 从事色谱分析研究。E- mailtsheng nju． edu． cn。 通讯作者练鸿振 1963 － ， 男， 江苏扬州人， 教授， 博士， 从事色谱/质谱分析研究。E- mailhzlian nju． edu． cn。 文章编号 02545357 2009 05040704 高效液相色谱 － 紫外光谱分析氢醌 － 双 β － 羟乙基 醚 盛东1，王美飞2，练鸿振1， 2* 1． 南京大学现代分析中心，江苏 南京210093; 2． 生命分析化学教育部重点实验室，南京大学化学化工学院，江苏 南京210093 摘要建立了高效液相色谱 － 紫外光谱法测定聚氨酯扩链剂氢醌 － 双 β － 羟乙基 醚 HQEE 工业品中 HQEE 主含量和对苯二酚残留的方法。在氰基柱上， 以甲醇 － 水 －1乙酸溶液 体积比10 ∶ 50 ∶ 40 为流 动相， 流速 1． 0 mL/min 时， HQEE、 对苯二酚及其他相关杂质得到良好分离， 紫外光谱 285 nm 检测。方法 简便、 快捷， 结果准确可靠， 在工业生产中可有效地指导 HQEE 合成过程的质量控制。 关键词氢醌 － 双 β － 羟乙基 醚 HQEE ;扩链剂;对苯二酚;高效液相色谱;紫外光谱检测 中图分类号O657． 72;O657． 32;O623． 413文献标识码A Analysis of Hydroquinone Bis 2- Hydroxyethyl Ether by High Perance Liquid Chromatography- Ultraviolet Spectrometry SHENG Dong1，WANG Mei- fei2，LIAN Hong- zhen1， 2* 1． Center of Materials Analysis，Nanjing University，Nanjing210093，China; 2． Key Laboratory of Analytical Chemistry for Life Science，Ministry of Education of China， School of Chemistry and Chemical Engineering，Nanjing University，Nanjing210093，China AbstractA high perance liquid chromatography- ultraviolet spectrometry HPLC- UV has been developed for determination of hydroquinone bis 2- hydroxyethyl ether HQEEand hydroquinone in industrial HQEE， a kind of polyurethane chain- extender． Separation of HQEE，hydroquinone and other relative impurities was achieved on a LiChrospher CN column by using methanol- water- 1 aqueous acetic acid solution 10 ∶ 50 ∶ 40， V/V/ Vas the mobile phase at a flow rate of 1．0 mL/min． Detection was operated by UV absorption at a wavelength of 285 nm． The is rapid， reliable and suitable for effective control and improving HQEE quality in synthesis． Key words hydroquinone bis 2- hydroxyethyl ether HQEE ; chain- extender; hydroquinone; high perance liquid chromatography;ultraviolet- visible spectrophotometric detection 氢醌 － 双 β － 羟乙基 醚［hydroquinone bis 2 － hydroxyethyl ether，HQEE］是一种含芳香核 的直链对称结构的二元醇， 其结构式为 HQEE 主要用作聚氨酯 PU 弹性体的扩链 剂， 用它扩链 PU 弹性体无毒， 而且具有优良的物 理力学性能 ［1 ］。制备 HQEE 可采用常压下威廉姆 逊醚的合成方法 ［2 ］， 但更为传统和广泛采用的合 成工艺则是在加压下以氢氧化钠作催化剂， 用对苯 704 ChaoXing 二酚与环氧乙烷反应 ［3 ］， 沿苯环上两个对位酚羟 基的方向连续发生取代反应， 生成结构如以下通式 的一组化合物 其中 HQEE 为 m n 1 的产物。Clements［4 ］ 曾经指出， 无论两种反应物环氧乙烷与对苯二酚的 摩尔比如何变化， n 与 m 之和不会超过 4 n m 为 0 ～4 。 基于 HQEE 的合成工艺路线， 结合气相色谱 － 飞行时间质谱 GC － TOF/MS 的定性研究， 作者 曾经得到了环氧乙烷与对苯二酚以 0 ∶ 1 ～4 ∶ 1 比 例反应的产物的质谱。然而由于 GC 方法的分离 选择性， 没有能够区分产物中四取代产物的同分异 构体， 同时由于 GC 柱温的限制， 没有能对是否存 在大于4 ∶ 1 的取代产物得出明确的结论［5 ］。接着 又通过液相色谱 － 光电二极管阵列检测 － 电喷雾 质谱联用 LC － PDA － ESI/MS 并结合紫外光谱和 色谱保留规律， 对合成的 HQEE 及副产物进行了 详细的分析鉴定， 研究结果表明， 环氧乙烷与对苯 二酚可以以5 种不同的摩尔比 1 ∶ 1 ～5 ∶ 1 反应， 其中四取代产物 4 ∶ 1 和五取代产物 5 ∶ 1 各含 一对同分异构体 ［6 ］。GC － TOF/MS 和 LC － PDA － ESI/MS 的分析均显示， 当环氧乙烷不足和过量时， 除了生成 HQEE 外， 还分别形成不同的杂质分布。 做好 HQEE 产品的质量控制， 是后续材料优 良性能的保证。一方面希望产品中主成分 HQEE 含量要高， 另一方面要求具有毒性的对苯二酚残留 要低 ［7 ］。目前尚未见有关 HQEE 含量测定的文献 报道， 鉴于高效液相色谱 HPLC 的稳定性和准确 性要高于气相色谱， 本文提出了 HPLC 结合紫外光 谱测定环氧乙烷与对苯二酚反应产物中 HQEE 及 其杂质的方法， 用于实际样品分析， 结果令人满意。 1实验部分 1． 1仪器和主要试剂 Varian 5060 型高效液相色谱仪 美国 Varian 公司 ， 配备 Rheodyne 7725i 六通进样阀 美国 Rheodyne 公司 ， Waters 486 型紫外 － 可见分光光 度检测器 美国 Waters 公司 ;JS －3050 色谱工作 站 大连江申分离科学技术公司 。 Waters Alliance 2695 型高效液相色谱仪 美国 Waters 公司 ， 配备 Waters 996 光二极管阵列 PDA 检测器和 Waters Millinium32色谱工作站。 HQEE标准样品及样品 南通泰利达化工有限公司 。 甲醇 色谱纯， 江苏汉邦科技股份有限公司 ， 异丙醇 分析纯， 上海试剂一厂 ， 冰乙酸 分析纯， 中国医药集团上海化学试剂公司 ， 高氯酸 优级 纯， 天津试剂二厂 。 水为娃哈哈纯净水 杭州娃哈哈集团有限公司 。 1． 2色谱条件 色谱柱 LiChrospher CN 江苏汉邦科技股份有 限公司 ， 5 μm， 250 mm 4． 6 mm I． D． ， 流动 相 甲醇 － 水 － 1 冰乙酸溶液 体积比 10 ∶ 50 ∶ 40 ， 流速 1． 0 mL/min， 柱温 30℃， 检测波长 285 nm， 进样量 10 μL。 2结果与讨论 2． 1标准曲线和样品测定 准确称取对苯二酚和 HQEE 标准品各约 50 mg， 分别置于25 mL 容量瓶中， 并用异丙醇稍稍 加热溶解。对苯二酚溶液用异丙醇定容， 配制成 2． 0 mg/mL 的溶液， 移取 0． 25 mL 该溶液加入到 HQEE 标准品瓶中， 然后用异丙醇定容， 配制成 HQEE 浓度为 2． 0 mg/mL、 对苯二酚浓度为 0． 02 mg/mL 的混合储备溶液。 取上述混合储备溶液适量， 用异丙醇配成一系 列不同浓度的混合标准溶液。每个溶液进样 2 次， 混合标准溶液的色谱图见图 1 其中 HQEE 的浓度 为0．8 mg/mL， 对苯二酚的浓度为 0． 008 mg/mL 。 分别取 HQEE 和对苯二酚两物质对应色谱峰峰面积 的平均值， 以质量浓度为横坐标、 峰面积的平均值为 纵坐标作图。对苯二酚的浓度在 0． 000 1 ～ 0． 01 mg/mL， 标准曲线为A 1．042 108ρ 3 460 r 0．9991 ; HQEE 的浓度在 0． 001 ～1． 0 mg/mL， 标准 曲线为A 4．686 107ρ －265085 r 0．9993 。信 噪比 S/N 3 时， 对苯二酚的检测限为0．04 μg/mL， HQEE 的检测限为0．08 μg/mL。 本实验中， HQEE 样品的合成工艺是以 NaOH 作催化剂， 在加压下环氧乙烷与对苯二酚反应。由 于原料环氧乙烷与对苯二酚的摩尔比不同， 得到的 HQEE 产品中杂质就会不同， 通过人为控制环氧乙 烷与对苯二酚的反应摩尔比， 得到含有不同杂质的 804 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2009 年 ChaoXing HQEE 产品。样品 A 图 2 和样品 B 图 3 分别为 反应中控制环氧乙烷与对苯二酚摩尔比小于 2 和 大于 2 的产品。 图 1混合标准溶液的色谱图 Fig． 1Chromatogram of standard mixture 图 2 HQEE 样品 A 的色谱图 Fig． 2Chromatogram of HQEE sample A 图 3 HQEE 样品 B 的色谱图 Fig． 3Chromatogram of HQEE sample B 准确称取 5 份 HQEE 样品 A 各 7． 5 mg， 分别 置于10 mL 容量瓶中， 用异丙醇加热溶解并定容至 刻度， 摇匀， 制成 5 份样品 A 溶液。第 1 份溶液重 复进样5 次， 计算 HQEE 和对苯二酚的含量及相对 标准偏差 RSD ， 其中 HQEE 的含量为 98． 70， RSD 为 1． 2; 对苯二酚的含量为 0． 09， RSD 为 0． 5。其余 4 份溶液各进样 2 次， 最后算得 HQEE 的平均含量和 RSD 见表 1 。 与 HQEE 样品 A 操作相同， 配制 5 份 HQEE 样 品 B 溶液， 第1 份溶液重复进样 5 次， 计算主峰和各 杂质的 RSD， 其中 HQEE 的含量为 92． 74， RSD 为 0．7; 对苯二酚未检出。其余4 份溶液各进样2 次， 最后算得主峰和各杂质的平均含量和 RSD 见表1 。 表 1样品分析 Table 1Analytical results of HQEE and hydroquinone in samples 样品 编号 HQEE wB/ 分次测定值平均值 RSD/ 对苯二酚 wB/ 分次测定值平均值 RSD/ 1 98．69697．962 99．88197．946 99．823 98．861．0 0．0900．089 0．0920．088 0．087 0．092．2 2 92．74192．106 92．52593．123 93．112 92．720．5－ 2． 2色谱条件的选择 2． 2． 1不同色谱柱的影响 作者在前面的工作中， 用反相 C18柱已做 HQEE 中相关物质定性分析 ［ 6 ］。在 C 18柱上， 需要运行梯度 洗脱的方式才能控制各物质的容量因子在合适的范 围， 一个分析周期长达50 min 左右; 而在氰基柱上， 只 需用等度洗脱， 25 min 内即可完成一个分析周期， 而 且分离度满足定量分析要求。这是因为， 一方面物质 的容量因子与固定相的碳覆盖率有一定的关系， 随着 碳覆盖率增加， 容量因子增大。C18键合相具有 18 个 碳， 氰基键合相碳链较短， 只有 3 ～4 个， 所以在氰基 柱上， HQEE 及其相关物质的保留时间较短。另一方 面， C18柱的疏水性较氰基柱强， 而 HQEE 及其相关物 质均为疏水性较强的物质， 因此在氰基柱上的保留较 弱。选用氰基柱可以节省分析时间， 更具实际意义。 2． 2． 2甲醇比例对分离的影响 在1的冰乙酸溶液比例为40的条件下， 试验 了流动相中不同的有机调节剂甲醇比例对 HQEE 分 离的影响， 图4 结果显示， 甲醇比例为 10时， HQEE 与其他相关杂质能够分开， 且保留时间又不是太长。 904 第 5 期盛东等 高效液相色谱 － 紫外光谱分析氢醌 － 双 β － 羟乙基 醚第 28 卷 ChaoXing 图 4甲醇比例对容量因子的影响 Fig． 4Effect of methanol concentration on capacity factor 1对苯二酚; 2杂质1; 3HQEE; 4杂质2; 5杂质3; 6杂质4。 2． 2． 3离子抑制剂对容量因子的影响 由于对苯二酚在结构上有酚羟基， 在水溶液中容 易解离导致峰形畸变， 在流动相中加入酸可以抑制其 解离。甲醇比例为 10时， 流动相中 HClO4 0． 1 和HAc 1 的比例对容量因子的影响见图5 和图6。 图 5高氯酸比例对容量因子的影响 Fig． 5Effect of HClO4concentration on capacity factor 1对苯二酚; 2杂质1; 3HQEE; 4杂质2; 5杂质3; 6杂质4。 图 6乙酸比例对容量因子的影响 Fig． 6Effect of HAc concentration on capacity factor 1对苯二酚; 2杂质1; 3HQEE; 4杂质2; 5杂质3; 6杂质4。 结果显示， 对 HClO4 0．1 来说， 比例为40时 比较好， 但考虑到 HQEE 工业品中杂质比较多， 后续 需要做定性分析， 因 HClO4难挥发， 不适合作液相色 谱 －质谱联用的离子调节剂; 而当 HAc 1 比例为 40时效果也很好， 峰形尖锐。作者注意到， 当甲醇 比例 10 相同时， 以 HAc 作离子调节剂， 所有分析 物的保留时间均比以 HClO4作离子调节剂时要短， 这 是因为 HAc 是一种有机酸， 在调节流动相 pH、 抑制待 分离物质解离的同时， 也具有有机调节剂的作用 ［ 8 ］。 3结语 研究表明， 在 HQEE 工业品中， 不同批号的产 品其杂质含量是不同的， 这是由于合成工艺条件的 波动， 特别是环氧乙烷与对苯二酚的反应摩尔比控 制不精确造成的。采用高效液相色谱 － 紫外光谱 检测， 可以及时解决 HQEE 工业品在合成工艺中 出现的问题， 正确选择环氧乙烷和对苯二酚的用 量， 从而有效提高产品的质量， 并控制对苯二酚以 及其他相关杂质的残留量。 4参考文献 ［ 1］查刘生， 吴明元， 杨建军， 鲁希华． 对苯二酚 － 双 β － 羟乙基 醚扩链聚醚型聚氨酯的研究［ J］ ． 高分 子材料科学与工程， 2000， 16 3 163 －164． ［ 2］曹雯君． 氢醌双羟乙基醚的常压合成［J］ ． 浙江 化工， 1999， 30 4 8 －9． ［ 3］Motoyama Y，Isaka T，Teranishi K． 1， 4- bis 2- hydroxyalkoxy benzenes［P］ ． JapanKakai 76， 149， 233 Cl． C07C43/26 ， 1976 －12 －22． ［ 4］Clements J H． Reactive applications of cyclic alkylene carbonates［J］ ． Industrial and Engineering Chemistry Research， 2003， 42 4 663 －674． ［ 5］李丹妮， 练鸿振， 徐拥军． 氢醌 － 双 β － 羟乙基 醚 工业品中相关杂质的气相色谱 － 质谱定性研究 ［ J］ ． 质谱学报， 2004， 25 4 154 －157． ［ 6］Wang M F，Qiao J Q，Qi Z C，Wei Y N，Lian H Z， Ding T，Shen C Y． Separation and identification of relative substances in polyurethane chain extender hydroquinonbis2- hydroxyethyl etherbyhigh perance liquid chromatography with photodiode arraydetectionandelectrosprayionization- mass spectrometry［J］ ． Industrial and Engineering Chemistry Research， 2009， 48 5 2487 －2492． ［ 7］韦玉娜， 李丹妮， 练鸿振． 合成熊果苷的色谱指纹图 谱分析［ J］ ． 化工时刊， 2005， 19 7 11 －14． ［ 8］Lian H Z，Wang W H，Li D N． Retention behavior of o- phthalic，3- nitrophthalic，and 4- nitrophthalic acids in ion- suppression reversed- phase high perance liquid chromatography using acids instead of buffers as ion- suppressors［J］ ． Journal of Separation Science， 2005， 28 11 1179 －1187． 014 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2009 年 ChaoXing