高效液相法定量分析戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯混合物

周 静，包秀秀，张元华，王艳辉，唐劲松

(上海华峰材料科技研究院，上海 201203)

高效液相法定量分析戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯混合物

周 静，包秀秀，张元华，王艳辉，唐劲松

(上海华峰材料科技研究院，上海 201203)

己二酸生产过程中产生大量的混和二元酸副产物，其中戊二酸含量最高.在分离混合二元酸纯化戊二酸的工艺中，酯化分离水解法是其中一种常用的工艺方法. 水解反应体系中，除了主产物戊二酸之外，还有戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯两种主要杂质，通过高效液相色谱法，建立了一种便捷快速，可以同时准确定量戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯含量的分析方法，采用SunFire C18色谱柱(5 μm, 4.6 mm×150 mm)和乙腈/水/三氟醋酸(体积比为60∶40∶1)流动相，在柱温40 ℃和流速0.5 mL/min的条件下，实现了3种物质之间的基线分离. 戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯的线性范围分别为6～3 000 mg/L (r=0.998 0)、3～1 500 mg/L (r=0.999 1)及3～1 500 mg/L (r=0.999 4)，加标回收率(n=5)分别为105.79% (RSD=1.63%)、96.21% (RSD=7.28%)、93.10% (RSD=11.22%). 方法实现了同时测定戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯，为酯化分离水解工艺提供准确可靠的数据支持.

高效液相色谱；戊二酸；戊二酸单甲酯；戊二酸二甲酯

近年来，随着尼龙、聚酯多元醇及聚氨酯等工业的迅猛发展，国内己二酸生产规模不断扩大[1]. 己二酸生产过程中有大量副产物混合二元酸，混和二元酸的主要成分为丁二酸、戊二酸和己二酸，其中戊二酸的含量最高(约占60%)[2]. 戊二酸本身也是一种非常重要的化工原料，可生产氯乙烯、聚酯多元醇、聚酰胺、合成树脂、合成橡胶和表面活性剂等精细化工产品，广泛应用于化学、建筑、医药、农业等方面[3]. 混合二元酸多为低附加值产品的原料[4]，但戊二酸售价远高于混和二元酸，开发分离提纯戊二酸的工艺技术具有非常可观的经济意义.

目前利用混酸分离提取戊二酸的工艺方法有酯化分离水解法[5-6]、成盐酸化法[7]、精馏法[8]、结晶法[9-11]等. 其中酯化分离水解法是将混合二元酸和甲醇在催化剂条件下进行酯化，利用酯化产物的沸点差异进行精馏分离，得到纯度较高的戊二酸二甲酯，在酸催化下进行水解反应，产物分离出戊二酸产品. 在水解产物中除了绝大部分戊二酸，还会有由于水解不完全生成的戊二酸单甲酯和未反应的戊二酸二甲酯以及甲醇、水和酸催化剂. 因此建立分析方法将戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯定量分析是非常有必要的，为戊二酸产品提供杂质分析方法和控制指标.

戊二酸的分析方法通常使用高效液相色谱法[12]，利用铜离子络合增加紫外吸收[13]，提高检测的灵敏度，流动相以水系缓冲溶液为主，水系溶液对戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯的溶解度低，导致两种酯类化合物不能完全溶解，影响定量结果，因此利用戊二酸的高效液相分析法不能准确测定两种酯类杂质的含量. 戊二酸酯的沸点较低，通常采取气相色谱法定量分析[14-15]，但戊二酸的沸点较高(303 ℃)，气相色谱法难以分析，因此利用气相色谱法不能准确测定戊二酸的含量. 本文提供了一种利用高效液相色谱同时测定戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯的分析方法，样品无需额外处理，方便快捷，准确度高.

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Waters 1515高效液相色谱仪，配2414示差检测器和柱温箱，Breeze 2色谱处理软件；梅特勒托利多MS204型分析天平，ZB-20型超声波清洗仪(上海卓博精密机械有限公司).

戊二酸，纯度99%，国药集团化学试剂有限公司；戊二酸单甲酯，纯度97%，国药集团化学试剂有限公司；戊二酸二甲酯，纯度98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙腈为色谱纯，纯度不低于99.9%，上海安谱实验科技股份有限公司；三氟醋酸，纯度大于99.0%，国药集团化学试剂有限公司；试验用水为纯净水；水解反应液为上海华峰材料科技研究院实验室工艺研发过程产生；各种试剂均未经处理而是直接使用.

1.2 标准溶液的配制

分别准确称取标样戊二酸300.0 mg、戊二酸单甲酯150.0 mg、戊二酸二甲酯150.0 mg于100 mL容量瓶中，用流动相完全溶解并定容至刻度，摇匀，得上述三者质量浓度分别为3 000 、1 500和1 500 mg/L的混合标准储备液1.

分别准确称取标样戊二酸20.0 mg、戊二酸单甲酯10.0 mg、戊二酸二甲酯10.0 mg于25 mL容量瓶中，用流动相完全溶解并定容至刻度，摇匀，得上述三者质量浓度分别为800、400和400 mg/L的混合标准储备液2.

分别准确吸取不同体积的戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯的标准储备液1或标准储备液2于6个不同体积的容量瓶中，用流动相定容至刻度，摇匀，密封保存. 8组标准混合溶液中的质量浓度范围分别为：戊二酸(6～3 000 mg/L)、戊二酸单甲酯(3～1 500 mg/L)、戊二酸二甲酯(3～1 500 mg/L).

1.3 色谱条件

色谱柱：SunFire, C18, 5 μm, 4.6 mm×150 mm；流动相：乙腈/水/三氟醋酸(体积比为60∶40∶1)；流速：0.5 mL/min；柱温：40 ℃；进样量：20 μL. 示差检测器灵敏度：8；检测器温度： 40 ℃.

1.4 样品的配制

从水解反应体系中吸取10.0～30.0 mg的反应液于5 mL容量瓶中，用流动相溶解并定容，溶液通过0.45 μm的滤膜进行过滤.

1.5 检测

戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯在极性上有明显差别，在反相色谱体系中出峰顺序应该依次为戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯，通过单标进样出峰时间确定水解体系中3种物质的出峰时间(图1)，分别为3.23、3.65、4.68 min.

图1 (a)单标戊二酸、(b)单标戊二酸单甲酯、(c)单标戊二酸二甲酯和(d)水解体系的色谱图Fig.1 Chromatograms of (a) glutaric acid, (b) mono-methyl glutarate, (c) dimethyl glutarate and (d) hydrolysis reaction system

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

为了得到良好的基线分离，对流动相的比例、流速和柱温三方面进行筛选，如表1所列. 由表1可见，在流动相为乙腈/水/三氟醋酸(体积比为60∶40∶1)、流速为0.5 mL/min、柱温为40 ℃的条件下，3种物质达到最佳分离.

2.2 标准曲线的绘制

取8个质量浓度的标准溶液(其中戊二酸的质量浓度分别为6.36、16.96、31.80、84.80、318.00、848.00、1 590.00、3 180.00 mg/L，戊二酸单甲酯的质量浓度分别为3.72、10.32、18.60、51.60、186.00、516.00、930.00、1 860.00 mg/L，戊二酸二甲酯的质量浓度分别为3.40、12.16、17.00、60.80、170.80、608.00、850.00、1 700.00 mg/L)，重复进样(n=3)，记录优化的色谱条件下的峰面积. 以标准溶液的质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，得到戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯的回归曲线、相关系数(表2).

2.3 精密度试验

取混合标准溶液，在优化的色谱条件下连续进样5次，戊二酸、戊二酸单甲酯、戊二酸二甲酯峰面积的RSD分别为1.15%、0.24%、0.91%.

2.4 重现性试验

准确量取酯化戊二酸水解反应液5份，每份约32.5 mg，按优化的条件配制溶液和测定，计算样品中戊二酸、戊二酸单甲酯、戊二酸二甲酯峰面积RSD的平均值，分别为1.64%、1.68%、2.02%. 试验结果表明重现性良好.

表1 色谱条件的选择Table 1 Selections of HPLC conditions

表2 3种化合物的线性回归方程、相关系数和线性范围Table 2 Linear regression equations, correlation coefficients and linear ranges of three compounds

2.5 加标回收率试验

准确量取酯化戊二酸水解反应液3份，每份1.0 mL, 分别添加不同量的戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯标准溶液，按照1.4节制备加标样品溶液，按照1.3节色谱条件进行测定，结果如表3所列.

表3 样品的加标回收率(n=5)Table 3 Recoveries of spiked samples (n=5)

2.6 样品含量的测定

选取5种不同水解反应条件下进行的戊二酸酯化水解反应液，准确吸取水解反应液，按照2.1节进行配制溶液，在优化的色谱条件下平行测定5次，单次进样20 μL，反应液中的戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯的质量浓度如表4所列.

表4 水解液样品中3种物质的质量浓度及RSD (n=5)Table 4 Contents of three compounds in hydrolysate samples

3 结论

本文建立了戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯的分离定量分析方法，用以在混合二元酸中通过酯化水解提纯戊二酸的质量控制. 在最优分析条件下，3种物质在5 min内实现基线分离. 该方法简便快捷，不需要对水解反应液做额外处理，重现性好，准确可靠，精密度较高，在一定的浓度范围内回收率高，可以同时测定戊二酸、戊二酸单甲酯和戊二酸二甲酯的含量. 本文的方法同时适用于丁二酸和己二酸的酯化水解提纯工艺中，为混和二元酸的分离工艺的质量控制提供借鉴.

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Quantitative Analysis of Glutaric Acid, mono-Methyl Glutarate and Dimethyl Glutarate by High Performance Liquid Chromatography

ZHOU Jing, BAO Xiu-xiu, ZHANG Yuan-hua, Wang Yan-hui, TANG Jin-song

(ShanghaiHuafonMaterialTechnologyInstitute,Shanghai201203,China)

A large amount of binary acid mixture by-product is generated during the production process of adipic acid, in which the content of glutaric acid is the highest. Esterification-separation-hydrolysis method is one of the commonly used purification technological methods for glutaric acid in binary acid mixture. In addition to the main product glutaric acid, mono-methyl glutarate and dimethyl glutarate are the two important impurities in the hydrolysis reaction system. In this paper, a convenient, accurate quantitative analysis method is established using a HPLC with a SunFire C18column (5 μm, 4.6 mm×150 mm) and CH3CN/H2O/CF3COOH (60∶40∶1，V/V/V) as the mobile phase. Glutaric acid, mono-methyl glutarate and dimethyl glutarate were baseline separated under a flow rate of 0.5 mL/min and a column temperature of 40 ℃. Under the optimal conditions, linear correlations were obtained in the mass concentration range of 6～3 000 mg/L (r=0.998 0) for glutaric acid, 3～1 500 mg/L (r=0.999 1) for mono-methyl glutarate, and 3～1 500 mg/L (r=0.999 4)for dimethyl glutarate. The recoveries (n=5) of glutaric acid, mono-methyl glutarate and dimethyl glutarate were 105.79% (RSD=1.63%), 96.21% (RSD=7.28%) and 93.10% (RSD=11.22%), respectively. Using this method the simultaneously determination of the contents of glutaric acid, mono-methyl glutarate and dimethyl glutarate, respectively can be carried out. Which can provide accurate and reliable data for the esterification-separation-hydrolysis process.

HPLC;glutaric acid;mono-methyl glutarate;dimethyl glutarate

分析测试新方法(029～033)

2016-12-27;

2017-02-21.

周静(1984-)，女，博士，现主要从事聚氨酯领域的分析工作,研究聚氨酯及其相关产品的结构和性能，E-mail: zhou. jing@huafeng. com.

O657.33

B

1006-3757(2017)01-0029-05

10.16495/j.1006-3757.2017.01.006