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2,4,6-三氯酚属于酚类化合物,常用作染料中间体、杀菌剂和防腐剂。GB5749–2006《生活饮用水卫生标准》明确规定了水质中2,4,6-三氯酚的限量,它是当前环保部门开展水质中酚类污染物监测的主要对象。水样检测中污染物的准确定量需要选择合适的标准物质作比对,溶液标准物质研制的关键在于对纯品原料纯度的准确定值。为此笔者采用液相色谱法[1]、气相色谱法[2–3]和差示扫描量热法[4–5]3种不同原理的方法对用于制备溶液标准物质的纯品原料2,4,6-三氯酚的纯度定值进行了研究。
1实验部分
1.1主要仪器与试剂
液相色谱仪:1100型,美国Agilent公司;气相色谱仪:6890N型,美国Agilent公司;差示扫描量热仪:Diamond型,美国Perkin-Elmer公司;气相色谱–质谱联用仪:GC7890A/MS7000型,美国Agilent公司;电感耦合等离子体质谱仪:7500CE型,美国Agilent公司;卡尔费休库仑水分滴定仪:DL39型,瑞士Mettler公司;纯品2,4,6-三氯酚:纯度大于99%,美国Chemservice公司;甲醇:HPLC色谱级,美国Merk公司;实验用其它试剂为分析纯或优级纯。
1.2仪器工作条件
1.2.1HPLC条件
色谱柱:反相SB–C18(25cm×4.6mm,5μm);检测器:二极管阵列检测器;流动相:75%甲醇–25%乙酸铵水溶液(0.02mol/L,用乙酸调节至pH值为4);检测波长:254,275,295,305,315nm;定值波长:295nm;流速:1.0mL/min;柱温:35℃;检测时间:15min。
1.2.2GC条件
色谱柱:DB–XLB(30mm×0.25mm,0.25μm);柱温:70℃(保持1min),以15℃/min升至280℃(保持5min);检测器:FID,温度为300℃;进样口温度:300℃;进样量:2μL;分流比:10∶1;载气:氮气,流速为1.0mL/min。
1.2.3DSC条件
55℃保持1min,以1℃/min升至73℃。
1.3实验方法
1.3.1定性分析
将适量2,4,6-三氯酚纯品溶于甲醇中,配制成10μg/mL的溶液,采用GC–MS对原料的主成分和杂质进行定性分析。
1.3.2水分测定
采用卡尔费休库仑滴定法进行水分测定。1.3.3无机元素杂质测定采用电感耦合等离子体质谱ICP–MS进行无机元素测定。
1.3.4液相色谱法有机杂质定量及杂质扣除法纯度定值
根据已定性杂质配制系列标准溶液,用液相色谱检测。以浓度与对应色谱峰面积绘制标准曲线。采用标准曲线外标法,定量检测1000μg/mL的2,4,6-三氯酚溶液(原料纯度暂以100%计,甲醇为溶剂)中对应的杂质组分。当进样量及其它实验条件相同时,杂质占总体的质量分数按式(1)计算:
1.3.5气相色谱法有机杂质定量及杂质扣除法纯度定值
在气相色谱仪上采用标准曲线外标法对已知杂质定量,其它实验步骤及计算同“1.3.4”。
1.3.6差示扫描量热法纯度定值
基于差示扫描量热法纯度分析原理,用1μg分度天平称取每份检测用2,4,6-三氯酚纯品1~2mg。平行测定13次,取多次测量结果的平均值作为DSC法纯度定值结果[4]。
2结果与讨论
2.1定性分析
首先对2,4,6-三氯酚纯品进行HPLC及GC色谱分离,发现除主成分外,还有两个未知杂质。用GC–MS进一步定性确认2,4,6-三氯酚纯品中含有2,4-二氯酚和2,3,4,6-四氯酚两种同系物杂质。图1、图2分别为2,4-二氯酚和2,3,4,6-四氯酚的
GC–MS定性谱图。
2.2水分测定
基于卡尔费休库仑滴定法测量水分原理,每次取样30~50mg,平行测定7次,取平均值为水分检测结果。Pwater=0.02%,测量结果的标准偏差s=0.006%。
2.3无机元素测定及灰分推算
基于电感耦合等离子体质谱(ICP–MS)分析原理,共测定68种无机元素含量。无机元素总含量小于0.003%,对纯度影响极小,因此忽略不计。由此可以推断以无机元素杂质为主的灰分含量对纯度的影响甚微,可以忽略不计。
2.4液相色谱法有机杂质定量标准工作曲线
2.4.1杂质2,4-二氯酚标准工作曲线
用编号为GBW(E)080472、批号为10001,质量浓度为1.00mg/mL的甲醇中2,4-二氯酚溶液标准物质为储备液,以甲醇为溶剂稀释配制0.8,1,2,3,10μg/mL的系列标准溶液,依次在HPLC上检测,得到对应的色谱峰面积,见表1。标准工作曲线方程:A杂1=9.2668ρ杂1-0.3764,线性相关系数r=0.99994。数r=0.99997。
2.5气相色谱法有机杂质标准工作曲线
2.5.1杂质2,4-二氯酚标准工作曲线
制备同“2.4.1”,浓度点取1,2,3,10μg/mL,依次在GC上检测,得到对应的GC色谱峰响应面积,见表3。标准工作曲线方程:A杂1=1.1124ρ杂1-1.1596,线性相关系数r=0.997。
2.5.22,3,4,6-四氯酚标准工作曲线
制备同“2.4.2”,目标浓度点取6,8,10,12μg/mL,依次在GC上检测,得到对应的GC色谱峰响应面积,见表4。标准工作曲线方程:A杂2=0.8874ρ杂2-3.1967,线性相关系数r=0.9996。
2.6色谱法有机杂质定量结果
根据式(1)计算得杂质2,4-二氯酚和2,3,4,6-四氯酚含量,见表5。
2.7杂质扣除法纯度定量结果
Pinorganic,Pash忽略不计,Pwater=0.02%,根据表5,Porganic(HPLC)=0.722%,Porganic(GC)=1.136%。由式(2)计算得出2,4,6-三氯酚的纯度,见表6。
2.8差示扫描量热法纯度定值
2,4,6-三氯酚的DSC曲线见图3。根据图3中的ΔH值计算得出其纯度[4]。
2.93种方法纯度定值结果
3种不同原理方法对2,4,6-三氯酚纯度定值结果见表6。根据表6数据计算得纯度总平均值P为99.3%,平均值标准偏差s/n=0.269%。
2.103种方法纯度定值结果等精度检验
采用科克伦法对3种方法定值结果进行等精度判定[6]。科克伦计算公式:
其中si为每种方法单次测量的标准偏差;smax为si中最大值。判断准则:当C≤C(α,m,n)时,表明组数据平均值间为等精度,反之判定为不等精度。其中m为实验测量组数,n为每组实验测量次数,α取0.05。查科克伦检验临界值表,得C(0.05,2,13)=0.7700;C(0.05,3,13)=0.5839。等精度判定结果见表7。
2.11定值结果的数据处理方式
虽然3种方法测量结果不完全互为等精度,但经慎重考虑,仍采用算数平均值作为纯度定值结果。将PLC,PGC,PDSC看作新的一组数,取算数平均值得到总平均值P,并计算新数组平均值的标准偏差s/n。2,4,6-三氯酚的最终纯度以总平均值P表示,平均值的标准偏差sn将作为不确定度评定的一个主要分量,即定值方法不同导致结果差异性的不确定度分量[6–7]。
2.1.22,4,6-三氯酚纯度定值不确定度2,4,6-三氯酚纯度定值不确定度来源于以下几方面:(1)液相色谱杂质扣除法纯度定值引入的不确定度uLC=0.016%;(2)气相色谱杂质扣除法纯度定值引入的不确定度uGC=0.029%;(3)差示扫描量热法纯度定值引入的不确定度uDSC=0.03%;(4)定值方法不同导致结果差异性引入的不确定度uM=0.269%。
因为:
因此纯度定值结果合成不确定度:
取包含因子k=2,则扩展不确定度:2,4,6-三氯酚纯度为(99.3±0.6)%,k=2。
3结论
(1)采用液相色谱法、气相色谱法和差示扫描量热法3种不同原理的方法对2,4,6-三氯酚纯品原料进行纯度定值时,若全部有机杂质被检出并已定性,则色谱法纯度定值不建议采用面积归一化求主成分质量分数;而应当对有机杂质定量,并测定纯品原料中的水分和无机杂质的含量,采用杂质扣除法计算出主成分纯度值。(2)当定值方法不同,导致测量结果有差异时,应当考虑将方法间差异性对纯度的影响引入最终纯度不确定度的计算中。
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