高效液相色谱法同时测定丙烯酸酯中的7种稳定剂

王 磊，谭康慧，田 冬

（1. 滁州职业技术学院 食品与环境工程学院，安徽 滁州 239000；2. 淮南师范学院 化学与材料工程学院，安徽 淮南 232038）

丙烯酸酯是一类重要的石油化工产品及原料，被广泛应用于高分子材料和有机合成等领域[1-3]。丙烯酸酯分子结构中因含有不稳定的C=C双键官能团，使其在运输或者储存期间极易发生聚合反应。因此，常常在丙烯酸酯试剂中加入一定含量的稳定剂。目前市场上常用的稳定剂有7种，分别为对苯二酚（HQ）、对羟基苯甲醚（MEHQ）、对叔丁基邻苯二酚（TBC）、吩噻嗪（PTA）、2，4-二甲基-6-叔丁基苯酚（TBX）、2，6-二叔丁基对甲基苯酚（BHT）和2，2'-亚甲基双（6-叔丁基-4-甲基苯酚）（MBP）。不同规格的丙烯酸酯试剂加入的稳定剂种类不同，通常丙烯酸酯试剂中只加入一种稳定剂，有时候也会根据需要加入两种或两种以上的复合稳定剂来提高稳定的效果。虽然稳定剂的加入能使丙烯酸酯长期稳定，但稳定剂的存在也会影响丙烯酸酯的纯度及下游产品的制备。因此，在使用丙烯酸酯试剂时，需要明确丙烯酸酯中稳定剂的种类及含量，从而采取适当的措施。

目前，丙烯酸酯中稳定剂的分析方法主要有分光光度法[4-6]、气相色谱法[7-9]和液相色谱法[10-11]。分光光度法操作比较繁琐，且仪器的灵敏度也不高，使用范围受到限制。气相色谱法具有进样量少、分析速率快、灵敏度和准确度高的特点，在石油化工领域使用频率较高，但是不适合分析沸点较高、热稳定性差的稳定剂，而高效液相色谱法却能够很好地解决这一问题。目前，高效液相色谱法多集中于对某种丙烯酸酯中的某一种或者两种稳定剂的分析，尚没有进行扩大研究。

本工作建立了一种使用高效液相色谱同时测定丙烯酸酯中7种稳定剂的方法，对色谱条件进行了优化，在优化色谱条件下，考察了方法的标准偏差、回收率和精密度。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

HQ：纯度大于98.5%（w），成都市科龙化工试剂厂；MEHQ（纯度大于99.0%（w））、TBX（纯度大于99.0%（w））：国药集团化学试剂有限公司；PTA（纯度大于98.0%（w））、TBC（纯度大于98.0%（w））、BHT（纯度大于99.0%（w））、MBP（纯度大于99.0%（w））、磷酸（分析纯）：阿拉丁试剂上海有限公司；四氢呋喃、乙腈、甲醇：色谱级，德国 Merck 公司。

Agilent 1260型高效液相色谱仪：美国Agilent公司，配VWD检测器；UV-1800PC-DS2型紫外-可见分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；FA2004型电子分析天平：上海佑科仪器仪表有限公司；超纯水仪：上海路岛分析仪器有限公司。

1.2 标准溶液的配制

1.2.1 标准储备溶液的配制

分别称取HQ，MEHQ，TBX，PTA，TBC，BHT，MBP标准试样置于10 mL的棕色容量瓶中，用甲醇定容，得各稳定剂单体的标准储备液。量取各单体的标准储备液1.0 mL于10 mL棕色容量瓶中，用甲醇定容，配制成混合的标准储备溶液。各标准试样的称样质量、单体标准储备液及混合标准储备液的质量浓度见表1。

表1 7种稳定剂标准试样的称样量、单体标准储备液及混合标准储备液的质量浓度Table 1 The weight of standard substance，mass concentration of single standard solution and mixing standard solution of the seven stabilizers

1.2.2 标准溶液的配制

量取混合标准储备液0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，6.0 mL分别置于10 mL的棕色容量瓶中，用甲醇定容，摇匀备用。配制的7种稳定剂的质量浓度分别为5.00，25.00，50.00，100.0，200.0，300.0 mg/L。

1.3 试样的处理

称取一定量的丙烯酸酯，用甲醇溶液稀释数倍，经0.45 μm的微孔有机滤膜过滤后进样分析，使测定的稳定剂的质量浓度介于5.00～300.0 mg/L范围内。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

2.1.1 检测波长的选择

以无水乙醇为溶剂，在190～400 nm波长范围内对7种稳定剂进行扫描，结果见图1。考虑到使用流动相的紫外吸收会干扰到基线的平稳性，本工作只选择大于230 nm的最大吸收波长。由图1可知，PTA最大吸收波长为249 nm，其他6种稳定剂的最大吸收波长介于277～295 nm之间。分别考察了波长为280，285，290 nm时6种稳定剂的液相色谱分析情况，实验结果表明，检测波长为280 nm时，6种物质的基线平稳，灵敏度更高。同时为了兼顾PTA也具有最优的灵敏度，本工作选取280 nm和249 nm为检测波长，具体为：0～8.0 min为280 nm；8.0～9.0 min为249 nm，9.0～12.0 min为280 nm。在249 nm波长下对PTA的紫外吸收进行定量计算，在280 nm下对其余6种稳定剂的紫外吸收进行定量计算。

图1 7种稳定剂的UV吸收谱图Fig.1 UV absorption spectra of the seven stabilizers.

2.1.2 色谱柱的选择

考察了7种稳定剂在Poroshell 120 EC-C18色谱柱（150 mm×3.0 mm，2.7 μm）和ZORBAX SCC18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）上的分离情况。实验结果表明，当使用Poroshell 120ECC18色谱柱时，以水/甲醇/四氢呋喃或者水/甲醇/乙腈为流动相，经反复调整流速和流动相的比例，HQ，MEHQ，TBC三种物质均不能有效分离。而使用ZORBAX SC-C18色谱柱时，以水/甲醇/乙腈为流动相，通过调整流动相比例可使7种稳定剂在12 min内得到很好的分离，且各色谱峰峰形良好，谱图见图2。

图2 7种稳定剂的液相色谱图Fig.2 Liquid chromatogram of the seven stabilizers.1 HQ；2 MEHQ；3 TBX；4 PTA；5 TBC；6 BHT；7 MBP

7种稳定剂的保留时间、分离度和理论塔板数见表2。由表2可知，7种稳定剂的分离度均大于1.5，具有较高的理论塔板数，因此，该方法可选择ZORBAX SC-C18色谱柱对目标物进行分离。

表2 7种稳定剂的保留时间、分离度和理论塔板数Table 2 Retention time，resolution and theoretical plate number of the seven stabilizers

2.1.3 流动相的选择

单纯使用文献[11]中甲醇为流动相无法使7种稳定剂得到分离，因此，考察了水、甲醇、四氢呋喃和乙腈为流动相时，7种稳定剂的色谱分离情况。实验结果表明，当使用水/甲醇/四氢呋喃为流动相时，随四氢呋喃比例的降低，MEHQ和TBC、PTA和TBX无法分离，随四氢呋喃比例的增加，7种稳定剂的保留时间缩短，HQ，MEHQ和TBC无法分离，且峰形前伸严重。当使用水/甲醇/乙腈为流动相时，保持甲醇含量不变，7种稳定剂的保留时间会随乙腈比例的增加而缩短，HQ，MEHQ和TBC、PTA和TBX易重叠，而增加水的比例，5种稳定剂的分离情况逐渐变好，但7种稳定剂的保留时间也会大幅度延长，因此本工作选择梯度洗脱，最优的梯度洗脱程序见表3。

表3 梯度洗脱程序Table 3 Gradient elution procedures

比较了分别以水和0.1%（w）的酸性水溶液为流动相A相时7种稳定剂的色谱分离效果。实验结果表明，单纯使用水为流动相A相时，HQ和TBX色谱峰较宽，峰形较差，而使用0.1%（w）的酸性水溶液可以较明显改善它们的峰形。同时比较了酸性物质为甲酸、乙酸和磷酸时的色谱分离效果，实验结果表明，以甲酸和乙酸为酸性物质时，保留时间在7.50～10.00 min之间的基线波动比较明显，而以磷酸为酸性物质时，7.50～10.00 min之间的基线波动范围会有明显改善，故本工作选择磷酸为最优酸性物质。

2.1.4 流速的选择

比较了恒定流速分别为0.8 mL/min和1.0 mL/min时7种稳定剂的色谱分离效果。实验结果表明，流速为1.0 mL/min时，7种稳定剂的保留时间比流速为0.8 mL/min时可缩短约5 min。同时在流速为1.0 mL/min条件下，选择了丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-羟乙基酯等5种常见的丙烯酸酯为分析对象，进行了峰定位研究，发现丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-羟乙基酯和MEHQ 保留时间很接近，而降低流速可以改善3种物质的分离效果，经反复实验，最终确定0～4.0 min内，流速为0.8 mL/min；4.01～5.0 min内，流 速 渐 变 为1.0 mL/min；5.01～13.0 min内，流速为1.0 mL/min。在该分析条件下，丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸-2-羟乙基酯中稳定剂的检测情况如图3所示。

2.1.5 柱温的选择

考察了柱温分别为23，25，30 ℃时7种稳定剂的色谱分离情况。实验结果表明，随柱温的升高，7种稳定剂的保留时间缩短，但并没有太明显的差异，同时考虑到液相色谱柱降温操作比升温操作更耗时，不利于接下来其他分析条件的设置，故本工作选择在柱温23 ℃下进行实验。

2.2 线性范围和检出限

以各种稳定剂的质量浓度为横坐标、色谱峰面积为纵坐标绘制标准曲线进行线性回归分析。结果见表4。从表4可看出，7种稳定剂在设定的浓度范围内均具有良好的线性关系，相关系数均在0.9995及以上。对混合标准溶液采取逐级稀释的方式进行实验测定，以3倍信噪比（S/N=3）时的进样量计算检出限（LOD），以10倍信噪比（S/N=10）时的进样量计算定量限（LOQ），其中，噪声信号依照6倍的标准偏差进行计算，从表4可看出，7种稳定剂的检出限和定量限分别为7.6～208.3 μg/L和16.1～675.6 μg/L。

表4 7种稳定剂的线性关系、检出限及定量限Table 4 Linear relationships，limit of detection(LOD) and limit of quantification(LOQ) of the seven stabilizers

2.3 加标回收率和精密度

选择不含某种稳定剂的丙烯酸酯空白试样，按照低、中、高三种加标量分别加入一定量的稳定剂标准品，经甲醇稀释后平行测定6次，计算平均加标回收率，结果见表5。由表5可知，7种稳定剂的平均加标回收率为95.58%～105.27%，相对标准偏差在0.6%～2.1%之间，说明该分析方法准确度和精密度良好。

表5 7种稳定剂的加标回收率和精密度Table 5 Recoveries and precisions of the seven stabilizers

2.4 实际试样的检测

使用建立的方法对库存的丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-羟乙基酯等5种常见的丙烯酸酯进行稳定剂的种类及含量分析。实验结果表明，丙烯酸甲酯含有0.0530%（w）的HQ和0.0094%（w）的MEHQ，丙烯酸丁酯含有0.0086%（w）的MEHQ，甲基丙烯酸甲酯含有0.0280%（w）的TBX和0.0071%（w）的PTA，甲基丙烯酸丁酯含有0.0175%（w）的MEHQ，丙烯酸-2-羟乙基酯含有0.044%（w）的MEHQ。

3 结论

1）建立了一种使用高效液相色谱仪同时测定丙烯酸酯中HQ，MEHQ，TBX，PTA，TBC，BHT，MBP等7种稳定剂的方法。

2）在使用ZORBAX SC-C18色谱柱、VWD检测器、检测波长 为280 nm和249 nm、以0.1%（w）的磷酸水溶液/甲醇/乙腈为流动相、流动相流速为0.8 mL/min和1.0 mL/min时，7种稳定剂在5.00～300.0 mg/L的质量浓度范围内，线性关系均良好，相关系数均在0.9995及以上，7种稳定剂的检出限和定量限分别为7.6～208.3 μg/L和16.1～67 5.6 μg/L。

3）7种稳定剂具有较高的平均回收率，相对标准偏差在0.6%～2.1%之间，说明该分析方法准确度和精密度良好，适合丙烯酸酯中稳定剂的定性和定量分析。