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二羟丙酮的气相色谱分析

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1451

  用衍生气相色谱法测定了二羟丙酮的酶制法体系中二羟丙酮的含量, 选用六甲基二硅胺烷(HMDS)、 六甲基二硅胺烷加三甲基氯硅烷(TMCS)、 N, O-双(三甲基硅烷基)乙酰胺(BSA)为衍生试剂, 并对其衍生条件进行了研究。 该法的回收率为98.31%~101.31%, RSD为2.02%~3.58%。
关键词 气相色谱, 二羟丙酮, 甘油, 三甲基硅烷化

  1,3-二羟丙酮(DHA)是一种重要的医药中间体, 可用于食品添加剂和化妆品中[ 1], 其制备方法已从过去的化学合成法转向酶制法[ 2, 3]。 酶制法是用甘油除氢酶将甘油氧化为二羟丙酮。为研究制备条件, 检验酶活性, 必须分析制备体系中的二羟丙酮的含量, 常用的分析方法为薄层色谱分析法[ 4], 该法所用试剂昂贵且准确定量困难。 用气相色谱法来分析酶制法体系中的二羟丙酮的含量具有现实意义。
  由于二羟丙酮挥发性不高, 制备体系中含有水、 甘油、 二羟丙酮和少量的酶, 用气相色谱直接定量有困难, 所以在分析前预先将其转化为易挥发、 对热较稳定的三甲基硅烷衍生物。 选用了3种衍生试剂:六甲基二硅胺烷(HMDS)、 HMDS加三甲基氯硅烷(TMCS)、 N, O-双(三甲基硅烷基)乙酰胺(BSA), 分别对它们的衍生条件进行了研究比较, 从而建立可靠的分析方法。

<big><font>1 实验部分</font></big>

1.1 仪器和试剂
  SP-502气相色谱仪(鲁南化工仪器厂), 带氢焰离子化检测器; SPS色谱数据处理系统(本院研制) 501超级恒温槽(上海实验仪器厂)。
  TMCS、 甘油为化学纯; 吡啶、 HMDS、 BSA、 二羟丙酮为分析纯; 正二十烷、 硬脂酸甲酯为色谱纯。
1.2 衍生物的制备
  用HMDS和TMCS作衍生试剂, 取40 μL样品, 加入1 mL吡啶, 6 mg正二十烷(内标), 1.2 mL HMDS和0.6 mL TMCS, 置于超级恒温槽中, 75 ℃下恒温30 min, 取出后冷却, 再注入1 mL蒸馏水, 震荡, 待溶液分层后, 取上层吡啶溶液0.5 μL进行气相色谱分析。
  用HMDS作衍生试剂, 样品需先进行真空干燥, 取10 mg干燥后的样品, 加入1 mL吡啶, 6 mg正二十烷(内标), 0.4 mL HMDS, 75 ℃下恒温55 min, 取液0.5 μL进行气相色谱分析。
  用BSA作衍生试剂, 取40 μL样品, 加入1 mL吡啶, 6 mg正二十烷(内标), 1.5 mL BSA,75 ℃下恒温5 min, 取液0.5 μL进行气相色谱分析。
1.3 色谱条件
  SE-30石英交联毛细管柱, 28 m×0.32 mm×0.4 μm; 分流比为60∶1; 氢气:40 mL/min; 空气:350 mL/min; 氮气: 10 mL/min, 尾吹氮气: 50 mL/min; 柱温: 220 ℃; 汽化和检测温度: 260 ℃。

[$page$]

<big><font>2 </font></big>结果与讨论

2.1 硅烷化试剂用量、 温度及时间对反应的影响
  样品干燥除水后, 称10 mg按1.2步骤做条件研究。
  TMCS和HMDS的体积比按文献[5]为1∶2, 加入总量至0.5 mL后, 加大用量衍生物的峰面积不再增加,用量小于0.4 mL, 峰面积显著下降。 升高温度可加快反应, 50 ℃条件下, 65 min反应完成; 75 ℃条件下,30 min完成; 90 ℃条件下, 20 min完成。 反应时间缩短幅度随温度的升高而减缓, 故实验取衍生试剂加入量为0.6 mL、 75 ℃条件下恒温30 min为衍生条件。
  依上述同样方法, 确定HMDS的适宜用量为0.4 mL, 75 ℃条件下反应需55 min完成; 用BSA的适宜用量为0.5 mL, 75 ℃条件下反应需5 min完成。
  从上面的比较可看出, 3种衍生物试剂中, BSA反应完成最快; 单独用HMDS反应最慢。 温度升高有利于反应进行, 试剂的用量基本接近。
2.2 含水样品的衍生反应
  二羟丙酮制备体系中含有大量的水, 水可以和硅烷化试剂反应, 使其失效。 所以考察水对反应的影响极其重要。 实验取不同含水量的样品40 μL, 二羟丙酮与甘油质量比为1∶1, 内标物的量为二羟丙酮量的1/2,衍生化试剂分别按2.1中结论的量加入, 发现二羟丙酮衍生物与内标物峰面积比(ADHA/AS)下降, 说明水消耗了硅烷化试剂, 而实际与二羟丙酮反应的试剂减少了。 通过加入过量的衍生化试剂可消除水的影响。 实验证明, 当HMDS和TMCS总体积增加至1.8 mL, BSA体积增加至1.5 mL时, 测定含水90%(w)的试样仍可得到正确的结果, 而增加HMDS至2.0 mL时, 含水样品仍出现ADHA/AS下降的结果。见表1。

表1 含水量对硅烷化反应的影响
Table 1 The effects of water held on trimethyl silylation

Content of water
w/%

ADHA/AS

HMDS+TMCS

BSA

HMDS

30

2.704

0.963

1.543

50

2.703

0.964

1.144

70

2.701

0.965

0.745

90

2.704

0.964

0.132

  HMDS+TMCS和BSA遇水立即快速反应, 过量试剂与水反应后, 可再与二羟丙酮、甘油发生正常的衍生化反应, 衍生产物处于无水环境中, 可稳定存在很长时间, 故含水量的增加不影响测定结果。 而HMDS和水的反应很慢, 反应体系中一直有水存在, 二羟丙酮与甘油的衍生产物在75 ℃时与水接触, 使ADHA/AS产生随含水量增加下降的现象。 二羟丙酮酶制法体系中含水量为50%~90%(w), 所以, 含水样品直接衍生时, 用HMDS+TMCS和BSA效果较好, 而经真空干燥后的无水样品用上述3种衍生化试剂均可。
2.3 反应产生的沉淀的消除
  单独使用HMDS、 BSA作衍生化试剂, 反应后体系无沉淀产生, 且产物在无水密封状态下, 可稳定20 h以上, 而HMDS+TMCS进行衍生化反应会有沉淀产生, 易堵塞取样针头, 给操作带来不便, 所以采用在反应后的吡啶溶液中加入蒸馏水的后处理方法, 使沉淀和大部分吡啶溶于水层。 溶液分层后, 上层是澄清的被浓缩的衍生物的吡啶溶液, 用以进行色谱分析, 但实验发现, 加水情况下, 上层清液只能稳定存在1 h, 因此, 加水后的清液应及时进行分析。
2.4 内标物的选择
  根据分离情况及衍生物的性质, 选用易得的正二十烷和硬脂酸甲酯作内标, 各峰的保留时间见表2。

表2 组分的保留时间
Table 2 Retention time of constituents

Constituent

HMDS+TMCS

BSA

n-Eicosane

Methyl
stearate

Solvent

Impurities

DHA

Glycerin

DHA

Glycerin

tR

3.761

3.875

3.795

3.857

8.386

10.25

3.466

4.98~5.71

  表中可看出, 用正二十烷和硬脂酸甲酯作内标均可与组分峰及杂质峰分开, 但由于硬脂酸甲酯保留值与最后一个峰相距较远, 为缩短分析时间, 故选用正二十烷作内标。

[$page$]
2.5 样品的测定
  样品的定量测定用内标法。 图1为HMDS+TMCS作衍生剂的分离情况。 单独用HMDS作衍生剂的色谱图与图1非常相似。 图2为用BSA作衍生剂的色谱图。 用3种衍生剂测定相同样品的结果见表3。

图1 用HMDS+TMCS作衍生剂的色谱图
Fig.1 Gas chromatogram using HMDS+TMCS as derivative agent
峰(peak): 1.溶剂(solvent) 2. DHA;3.甘油(glycerin) 4.正二十烷(n _ eicosane)

图2 用BSA作衍生剂的色谱图
Fig.2 Gas chromatogram using BSA as derivative agent
峰(peak):1.溶剂(solvent) 2. DHA; 3.甘油(glycerin) 4.正二十烷(n _ eicosane)

  上述结果表明, 3种衍生剂测定的结果很接近, 方法的精密度及加标回收率也令人满意, 三者相比, 单独用HMDS作衍生试剂精密度略低, 可能与样品干燥后均匀性有关。

<big><font>3 结论</font></big>

综上所述, 3种衍生化试剂作为二羟丙酮制备体系气相色谱分析的前处理剂都是可行的。 (1)用HMDS作衍生试剂, 反应平稳, 易于操作, 但样品需先真空干燥; (2)用BSA作衍生试剂, 反应快, 样品可不经干燥直接反应, 但试剂较昂贵; (3)用HMDS+TMCS作衍生试剂, 样品不需干燥处理, 试剂价廉易得, 但操作较麻烦, 并应在加水处理沉淀产物后立即测定。

表3 用HMDS+TMCS、 BSA和HMDS作衍生剂测定样品的结果(n=5)
Table 3 Determination results of samples using HMDS+TMCS, BSA and HMDS as derivative agents(n=5)

Derivative agent

Sample No

Average conent
p/(g.l-1)

RSD
Sr/%

Added
m/mg

Recovery
R/%

HMDS+TMCS

1
2
3

50.12
100.3
150.1

2.65
2.14
2.02

50.00
50.00
50.00

101.31
100.59
98.76

BSA

1
2
3

50.04
100.3
150.3

2.45
2.34
2.12

50.00
50.00
50.00

98.68
99.68
100.56

HMDS

1
2
3

50.15
100.2
150.1

3.58
3.46
3.08

50.00
50.00
50.00

98.31
99.17
99.43

张智宏, 女, 33岁, 讲师, 硕士

作者单位: 江苏石油化工学院化学工程系 常州 213016

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