曹軍艷,葛慶平,李嬌嬌,王建設,王留成,宋成盈,趙建宏
(1.鄭州大學 化工能源學院,河南 鄭州450001;2.河南省產品質量監(jiān)督檢驗院,河南鄭州,450004)
3,6-二氯吡啶甲酸(英文名 3,6-dichloropicolinic acid,中文簡稱3,6-DCP)是一種低殘留新型除草劑,具有作用機制獨特、在土壤中代謝分解快﹑無殘效等特點[1].目前,3,6-DCP 的合成方法主要有水解法、化學還原法和電化學還原法等[1-4].其中以 3,4,5,6-四氯吡啶甲酸(3,4,5,6-TCP)為原料的電化學還原法由于具有反應條件溫和、產品質量好、成本低及環(huán)境友好等特點,已成為近年研究的熱點[5-7].3,6-DCP的電化學合成過程一般采用NaOH作支持電解質,常溫下于水溶液中直接電還原 3,4,5,6-TCP 生成 3,6-DCP,電解液中主要包含產品 3,6-DCP、中間物 3,5,6-三氯吡啶甲酸、未反應的 3,4,5,6-TCP 及副產物 3,5,6-三氯-4-羥基吡啶-2-甲酸等多種物質,建立一種方便、快速、準確的電解液分析方法對該電化學合成工藝的深入研究有重要意義.目前,單獨3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP 的分析有氣相色譜法和液相色譜法[4,7].氣相色譜分析法需對樣品進行酯化處理,操作繁瑣;液相色譜法分析3,6-DCP和3,4,5,6-TCP時需采用不同的流動相體系,但同時分析反應液中這兩種物質的方法未見文獻報道.筆者采用高效液相色譜法,對電合成反應液中的3,6-DCP 和3,4,5,6-TCP 進行了同時測定.該方法簡便、快速、準確,可為3,6-DCP的生產工藝優(yōu)化和產品質量控制提供有效的支持.
Aglient 1200型高效液相色譜儀(美國安捷倫公司);UV22401PC型紫外-可見分光光度儀(日本島津公司);AW220型分析天平(日本島津公司);KQ-100E型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司).
3,6-DCP標準樣(純度≥99.5%,天津阿法埃莎化學試劑公司);3,4,5,6-TCP標準樣(純度≥99.5%,橫店集團東陽英洛華綠色電化學有限公司);甲醇和乙腈均為色譜純(天津四友精細化學品有限公司),冰乙酸和磷酸均為分析純(國藥集團化學試劑有限公司),磷酸二氫鉀為分析純(天津市風船化學試劑科技有限公司),實驗用水為二次蒸餾水,自制.
Hypersil C18(150 mm ×4.6 mm i.d,填料粒度5μm)色譜柱;紫外檢測器,檢測波長280 nm;流動相為V(乙腈)∶V(體積分數為1%的冰乙酸水溶液)=15∶85;流速1.0 mL/min;柱溫25℃,進樣量20μL.
準確移取10 mL冰乙酸于1 000 mL容量瓶中,加水定容,搖勻,用0.45μm濾膜過濾備用.
分別準確稱取一定量的 3,6-DCP和3,4,5,6-TCP的標準樣于50 mL容量瓶中,用乙腈溶解并定容,使用0.45μm濾膜過濾后備用.
準確稱取待測反應液樣品0.5~1.8 g(精確到0.1 mg),置于50 mL容量瓶中,使用乙腈溶解并定容,0.45μm濾膜過濾后進樣分析,采用峰面積外標標準曲線法定量[8].
2.1.1 檢測波長的選擇
分別選取一定濃度的 3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP標準液,在UV22401PC型紫外分光光度儀上進行全波長掃描,結果顯示 3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP的最大吸收波長分別為299.5 nm和304 nm.本實驗最終選取280 nm作為檢測波長,雖然在該檢測波長下 3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP 的吸收強度稍有降低,但實驗發(fā)現流動相乙腈在該波長下吸收雜質峰較少,基線穩(wěn)定,所以選用280 nm作為最佳檢測波長.
2.1.2 流動相組成的選擇
試驗了甲醇-水,乙腈-水,磷酸二氫鉀-磷酸-乙腈,磷酸二氫鉀-乙腈流動相體系.結果發(fā)現,除乙腈-水體系,采用其他流動相體系時存在著或分離效果不好,或峰展太寬、峰形較差等問題.而當采用乙腈-水體系時,柱壓較低,分離效果較好,進一步通過調節(jié)不同乙腈比例進行實驗,發(fā)現當乙腈在流動相中的體積分數為15%時,反應液中各物質的分離效果最好且保留時間適當,峰形也得到了改善,但是 3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP均存在一定的拖尾現象.
出現拖尾或峰形不對稱現象的原因,可能是因為3,6-DCP 和3,4,5,6-TCP 為弱酸性物質,在溶液中發(fā)生部分電離,呈現出離子態(tài)和分子態(tài)共存狀態(tài)所致[9].所以,在分析這兩種物質時,選擇在流動相中加入少量冰乙酸來抑制溶質的離子化,以獲得對稱的色譜峰.通過實驗,發(fā)現當流動相為V(乙腈)∶V(體積分數為1%的冰乙酸水溶液)=15∶85時,待測液中各物質的分離效果最佳且峰形對稱.
圖1為上述所優(yōu)化的色譜操作條件下標準樣品和反應樣品的色譜圖,其中3,6-DCP和3,4,5,6-TCP的保留時間分別為2.8 min和16.3 min.由圖1可知,兩種待測物質與反應中間產物及雜質的分離良好,基線平穩(wěn)且峰型對稱.
圖1 標準樣品及反應液樣品的色譜圖Fig.1 Chromatograms of standard sample and synthetic sample
采用逐步稀釋法分別配制一系列不同濃度的3,6-DCP 和3,4,5,6-TCP 標準樣,所有樣品溶液均經0.45μm濾膜過濾,每個濃度水平均平行進樣3次,記錄各個濃度的峰面積.以標準樣品的質量濃度x為橫坐標,峰面積y為縱坐標進行線性回歸.3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP 的標準曲線回歸方程、線性范圍和相關系數均列于表1中.以3倍信噪比分別求得 3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP 的檢出限也列于該表中.由表1可以看出,在所選定的色譜條件下測定 3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP 的線性范圍較寬,線性關系均較好.
取含 3,6-DCP、3,4,5,6-TCP 3 個不同濃度的標準制備液樣品,按前述優(yōu)化的色譜條件,每個樣品均分別連續(xù)測定3次,考察對3,6-DCP和3,4,5,6-TCP測定結果的精密度,結果見表2.可以看出,3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP 測定結果的最大相對標準偏差分別為0.58%和0.40%,顯然,測定的重復性良好.
取已知 3,6-DCP、3,4,5,6-TCP 含量的反應液樣品3組,分別加入已知量的標準樣品,進行回收率實驗,結果列于表3中.由表3可以看出:3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP 的加標回收率分別在99.88% ~100.5%、99.89% ~100.1%,表明該分析方法具有較高的準確度,可用于3,6-DCP的合成工藝優(yōu)化、質量控制及其它相關研究中.
表1 3,6-DCP 和3,4,5,6-TCP 的回歸分析及檢出限Tab.1 Regression analysis and detection limits of 3,6-DCP and 3,4,5,6-TCP
表2 方法的精密度Tab.2 Precision of the method
表3 3,6-DCP 和3,4,5,6-TCP 的回收率Tab.3 Recoveries of 3,6-DCP and 3,4,5,6-TCP
使用Hypersil C18型分離柱,以V(乙腈)∶V(體積分數為1%的冰乙酸水溶液)=15∶85為流動相.建立了反應液中 3,6-DCP 和 3,4,5,6-TCP同時檢測的HPLC方法.該法可在18 min之內完成,3,6-DCP,3,4,5,6-TCP 標準曲線相關系數均大于0.999,線性范圍分別為0.02~1.85 g/L和0.01~1.21 g/L,平均加標回收率分別為100.2%和99.98%,測定結果的最大相對標準偏差分別為0.58%和0.40%,是一種簡便、重現性好、結果準確的分析檢測方法.
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