孟嬌然 夏娃 段嫚雷 齊鈺 余金汭 / 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

乙酰苯胺作為有機(jī)工業(yè)合成重要的中間體，是磺胺類藥物、染料、樟腦等的原料，同時(shí)也是橡膠硫化過(guò)程的促進(jìn)劑[1]，被廣泛應(yīng)用于化工、紡織、制藥等領(lǐng)域。隨著乙酰苯胺的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的需求也日益提升。該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不僅可用于元素分析儀校準(zhǔn)，還可用于熔點(diǎn)測(cè)定的量值傳遞等。

有機(jī)純物質(zhì)純度的定值方法主要有質(zhì)量平衡法、定量核磁法、元素分析法、滴定法、凝固點(diǎn)下降法和差示掃描量熱法（DSC）等[2]。其中質(zhì)量平衡法也稱為雜質(zhì)扣除法，是通過(guò)測(cè)量其中所有雜質(zhì)的含量，從100%中減去雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，獲得主體成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即純度值的方法。質(zhì)量平衡法能夠克服不同物質(zhì)理化性質(zhì)造成響應(yīng)值差異的缺點(diǎn)，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)定各雜質(zhì)含量，從而得到樣品的純度[3]。DSC法則是一種熱分析技術(shù)，根據(jù)物質(zhì)的熔點(diǎn)與純度之間的關(guān)系，基于范德霍夫（Van’t Hoff）方程計(jì)算物質(zhì)的純度。該方法適用于加熱過(guò)程中不發(fā)生熱分解、不與外界產(chǎn)生熱效應(yīng)的有機(jī)純物質(zhì)的純度分析[4]。

本研究采用區(qū)域熔融法對(duì)乙酰苯胺進(jìn)行提純，采用質(zhì)量平衡法和DSC法兩種方法對(duì)乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行純度定值，并評(píng)定其不確定度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑和儀器

乙酰苯胺（分析純，國(guó)藥集團(tuán)）；甲醇（色譜純，Merck）。

1100型高效液相色譜儀（美國(guó)Agilent公司）；Diamond型差示掃描量熱儀（美國(guó)Perkin-Elmer公司）；931型卡爾·費(fèi)休水分測(cè)定儀（瑞士Metrohm公司）；XS205型電子天平（瑞士Mettler-Toledo公司）。

1.2 乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的制備

乙酰苯胺的提純以分析純乙酰苯胺作為原料，采用區(qū)域熔融法在150 ℃下，以45 mm/h移動(dòng)速率對(duì)樣品進(jìn)行反復(fù)區(qū)域熔融，得到白色結(jié)晶狀提純產(chǎn)物，經(jīng)研磨并充分混勻后得到乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

1.3 定值分析

采用質(zhì)量平衡法和DSC法對(duì)乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行定值。

1.3.1 質(zhì)量平衡法

乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的雜質(zhì)分別采用高效液相色譜法，卡爾·費(fèi)休庫(kù)侖滴定法和熾灼殘?jiān)ㄟM(jìn)行定值檢測(cè)。

1.3.1.1 高效液相色譜法檢測(cè)條件

色譜柱：Waters C18 填充柱（4.6 mm×150 mm，3.5 μm）；流動(dòng)相：甲醇 /水（50/50）；流量：1 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)：230 nm；進(jìn)樣體積：20 μL；乙酰苯胺濃度：10 mg/mL。

1.3.1.2 水分含量測(cè)定

水分含量采用卡爾·費(fèi)休庫(kù)侖滴定法測(cè)定，每次測(cè)量稱取乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)2 g （稱量準(zhǔn)確至0.01 mg），樣品平行測(cè)量6次。

1.3.1.3 不揮發(fā)性組分測(cè)定

不揮發(fā)性組分的測(cè)定參照2015版《中國(guó)藥典》的熾灼殘?jiān)╗5]，每次稱取乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 5～6 g（稱量準(zhǔn)確至 0.01 mg）置于已恒重的坩堝內(nèi)，熾灼至完全炭化，經(jīng)硫酸酸化處理，待硫酸蒸汽除盡后，再置于馬弗爐內(nèi)以800 ℃熾灼使其完全灰化，恒重后計(jì)算不揮發(fā)組分的含量。樣品平行測(cè)量6次。

1.3.2 差示掃描量熱法檢測(cè)條件

準(zhǔn)確稱取乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1.0 mg（稱量準(zhǔn)確至0.01 mg）至鋁坩堝內(nèi)，密封壓蓋，置于量熱池內(nèi)，采用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，流量為20 mL/min。以20 ℃/min的速率升溫至100 ℃，再以0.7 ℃/min的速率升溫至115 ℃，重復(fù)測(cè)定6次。

1.4 均勻性檢驗(yàn)

乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)封裝在棕色玻璃瓶?jī)?nèi)，每瓶2 g。從中隨機(jī)抽取15瓶，采用1.3.2所述DSC方法對(duì)該15瓶標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行純度檢測(cè)，每瓶重復(fù)測(cè)定3次。

1.5 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

在制備時(shí)間后0、1、3、6、9、12個(gè)月六個(gè)時(shí)間點(diǎn)隨機(jī)抽取3瓶乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品，采用1.3.2所述DSC方法對(duì)其純度進(jìn)行跟蹤測(cè)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)JJF 1343-2012《標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的通用原則及統(tǒng)計(jì)學(xué)原理》[6]，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可采用兩種或兩種以上測(cè)量原理不同、具有明確溯源性和不確定度的方法對(duì)其進(jìn)行定值。在本研究中對(duì)乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用質(zhì)量平衡法和DSC法定值，可以避免一種方法可能帶來(lái)的技術(shù)缺陷。

2.1 質(zhì)量平衡法定值

質(zhì)量平衡法定值過(guò)程中，乙酰苯胺的純度采用高效液相色譜歸一化法結(jié)合含水量檢測(cè)、不揮發(fā)性組分檢測(cè)進(jìn)行確定。

乙酰苯胺中的有機(jī)雜質(zhì)采用高效液相色譜法進(jìn)行分析檢測(cè)。乙酰苯胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中最可能存在的有機(jī)雜質(zhì)為苯胺，根據(jù)1.3.1.1所示方法對(duì)乙酰苯胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行分析，在該條件下乙酰苯胺和苯胺的保留時(shí)間分別為4.70 min和7.29 min。實(shí)驗(yàn)中未檢測(cè)到苯胺以及其他雜質(zhì)的色譜峰。

根據(jù)高效液相色譜、水分含量和不揮發(fā)性組分測(cè)試結(jié)果，乙酰苯胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用質(zhì)量平衡法測(cè)得的純度值數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 乙酰苯胺采用質(zhì)量平衡法的定值結(jié)果

2.2 DSC法定值

除質(zhì)量平衡法外，參照GB/T 28723-2012《固體有機(jī)化學(xué)品純度的測(cè)定差示掃描量熱法》[7]，采用差示掃描量熱儀對(duì)乙酰苯胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的純度進(jìn)行檢測(cè)。由于物質(zhì)熔點(diǎn)下降與雜質(zhì)含量的關(guān)系符合范德霍夫方程，因此可以通過(guò)測(cè)定物質(zhì)的熔點(diǎn)計(jì)算其中的雜質(zhì)含量，并由此得到物質(zhì)的純度，即純度%=100%-雜質(zhì)%。本實(shí)驗(yàn)中根據(jù)儀器的純度計(jì)算軟件直接計(jì)算得到相應(yīng)的純度數(shù)值，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 乙酰苯胺采用DSC法純度的定值結(jié)果

2.3 定值方法等準(zhǔn)確度、一致性檢驗(yàn)

由于乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是通過(guò)質(zhì)量平衡法和DSC法兩種不同原理的方法進(jìn)行定值，因此需對(duì)這兩種定值方法的數(shù)據(jù)進(jìn)行等準(zhǔn)確度檢驗(yàn)和平均值一致性檢驗(yàn)。對(duì)表1和表2數(shù)據(jù)進(jìn)行F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)。當(dāng)α為0.05時(shí)，純度定值數(shù)據(jù)的F值為0.47，滿足f2α（5，5）= 0.14 ＜F＜f1α（5，5）= 7.15 的要求，F(xiàn)檢驗(yàn)通過(guò)即證明兩種方法等準(zhǔn)確度。另外，計(jì)算得到的t值也滿足 |t| ＜t0.05，(10)= 2.23，t檢驗(yàn)通過(guò)證明兩種方法定值結(jié)果一致。由于定值結(jié)果同時(shí)通過(guò)等準(zhǔn)確度檢驗(yàn)和平均值一致性檢驗(yàn)，因此最終純度定值結(jié)果為兩者的算術(shù)平均值，即

2.4 均勻性檢驗(yàn)結(jié)果

采用DSC法對(duì)乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)隨機(jī)抽取的15個(gè)單元進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析采用方差分析法進(jìn)行，通過(guò)組間方差和組內(nèi)方差的比較來(lái)判斷各組測(cè)量值之間有無(wú)系統(tǒng)性差異，即進(jìn)行F檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 乙酰苯胺的均勻性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

計(jì)算得組內(nèi)方差和= 0.000 471，組間方差和= 0.000 213，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析兩者之比F= 2.21，小于臨界值F0.01(14，30)= 2.74，符合 JJF 1343-2012 的要求，證明標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的均勻性良好。

2.5 穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的穩(wěn)定性除了受自身性質(zhì)的影響外，同樣會(huì)受其制備過(guò)程、儲(chǔ)存容器、外部?jī)?chǔ)存條件等影響。為保證乙酰苯胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的穩(wěn)定，將乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分裝于棕色玻璃瓶?jī)?nèi)存放于陰涼干燥處，同時(shí)選取6個(gè)時(shí)間點(diǎn)做穩(wěn)定性測(cè)試。采用直線擬合法和t檢驗(yàn)對(duì)乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，數(shù)據(jù)如表4所示。

以各時(shí)間點(diǎn)純度測(cè)量值對(duì)時(shí)間擬合直線，計(jì)算得直線斜率的絕對(duì)值 |b1| = 0.002 71，該數(shù)據(jù)小于臨界值t(0.95，4)·s(b1) = 0.003 70，結(jié)果表明直線的斜率不顯著，證明乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在12個(gè)月內(nèi)無(wú)明顯的上升或下降趨勢(shì)。

表4 乙酰苯胺的穩(wěn)定性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 乙酰苯胺的不確定度評(píng)定

根據(jù)乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值過(guò)程中的影響因素，對(duì)定值結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定，主要包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度定值過(guò)程中引入的不確定度，均勻性引入的不確定度和穩(wěn)定性引入的不確定度。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度定值過(guò)程中引入的不確定度（uchar）

由于乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)由質(zhì)量平衡法和DSC法兩種方法定值，因此標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值過(guò)程中引入的不確定度同時(shí)來(lái)源此兩種定值方法引入的不確定度。

3.1.1 質(zhì)量平衡法引入的不確定度

基于質(zhì)量平衡法的純度值的不確定來(lái)源分別為苯胺含量引入的u(Xani)，水分含量引入的u(XW)和不揮發(fā)性組分含量引入的u(XNV)，且各分量互不相關(guān)。

由于高效液相色譜法未檢出苯胺雜質(zhì)，因此苯胺含量引入的不確定度主要由儀器對(duì)苯胺的檢出限0.005 mg/L 引入，u(Xani)為 0.05%。

水分含量測(cè)定引入的不確定度u(XW)為0.001 44%。

不揮發(fā)性組分含量測(cè)定的不確定度u(XNV)為0.009%。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，采用質(zhì)量平衡法計(jì)算得到的純度值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.1.2 DSC法引入的不確定度

基于DSC法的純度值的不確定度u(P2)即為雜質(zhì)含量的不確定u(xB)。

雜質(zhì)含量的不確定度u(xB)來(lái)源主要包括測(cè)量重復(fù)性，儀器溫度示值誤差和儀器熱量示值誤差引入的不確定度，且各分量互不相關(guān)。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，由重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urel為13.88%

差示掃描量熱儀溫度引入的相對(duì)不確定度為urel(T)為1.01%

差示掃描量熱儀熱量引入的相對(duì)不確定度為urel(H)為2.89%

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，采用DSC法計(jì)算得到的純度值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.1.3 純度定值不確定度

由于2.3中已證明質(zhì)量平衡法和DSC法等準(zhǔn)確度且平均值的結(jié)果一致，因此純度定值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.2 均勻性引入的不確定度

根據(jù)乙酰苯胺的均勻性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)（表3），由均勻性導(dǎo)致的不確定度分量為

3.3 穩(wěn)定性引入的不確定度

根據(jù)乙酰苯胺的穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)（表4），由穩(wěn)定性導(dǎo)致的不確定度分量為

3.4 合成不確定度和擴(kuò)展不確定度

綜上，乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度為定值過(guò)程引入的不確定度uchar、均勻性引入的不確定度ubb和穩(wěn)定性引入的不確定度us三個(gè)分量的合成，即：

取包含因子k= 2，置信度水平約為95%，擴(kuò)展不確定度為U= 0.064%≈0.1%。因此，該批次乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值結(jié)果為99.9%±0.1%（k= 2）。

4 結(jié)語(yǔ)

采用質(zhì)量平衡法和DSC法對(duì)乙酰苯胺純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行純度定值，同時(shí)對(duì)其不確定度進(jìn)行評(píng)定，得到乙酰苯胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的純度結(jié)果為99.9%，擴(kuò)展不確定度為U= 0.1%（k= 2）。通過(guò)F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)證明了該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具有良好的均勻性和穩(wěn)定性，有效期限為12個(gè)月。