高效液相色谱法测定硫酸二甲酯中的甲醛含量

高效液相色谱法测定硫酸二甲酯中的甲醛含量
陈辉;黄龙江;滕大为
【摘要】使用高效液相色谱法测定了硫酸二甲酯中微量甲醛的含量.硫酸二甲酯样品经水解后,与2,4-二硝基苯肼(2,4-DNPH)发生衍生化反应,使甲醛转化为稳定的甲醛2,4-二硝基苯腙.以二氯甲烷提取,采用高效液相色谱测定.研究了缓冲液、pH 值及不同水解条件水解硫酸二甲酯对样品中甲醛含量测定的影响,获得了优化的分析条件.甲醛在10～250 mg·L-1范围内呈良好的线性关系,相关系数为0.999.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(034)005
【总页数】5页(P457-460,464)
【关键词】甲醛;硫酸二甲酯;高效液相色谱;2,4-二硝基苯肼
【作者】陈辉;黄龙江;滕大为
【作者单位】青岛科技大学化工学院,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛266042
【正文语种】中文
【中图分类】O657.7+2
硫酸二甲酯是重要的化工原料之一，在有机合成中作为甲基化剂，在皮革、医药、军工、染料、香料、橡胶等工业领域中都有广泛的应用［1］。

工业上以硫酸、三氧化硫、甲醇为原料制备硫酸二甲酯，产品中含有硫酸单甲酯、微量甲醇、水分及
甲醛等杂质。

由于甲醛反应活性高且相对分子质量小，因此硫酸二甲酯中微量的甲醛在甲基化过程中易参与反应，使副产物增多降低产品的收率［2］。

尽管该问题较早被认识到，但由于硫酸二甲酯体系的复杂性，至今没有较好的方法分析硫酸二甲酯中微量的甲醛。

甲醛的分析方法主要有流动注射分析法［3］、高效液相色谱法［4-8］和分光光度法［9-10］。

其中高效液相色谱法由于其分析效率高、不易受样品基质和颜色的干扰、检测灵敏度高等优点，在许多微量甲醛的分析检测中具有重要的应用。

但应用高效液相色谱法检测硫酸二甲酯中微量甲醛含量的方法也未见报道。

本研究建立了以2，4－二硝基苯肼衍生化的高效液相色谱法测定硫酸二甲酯中微量甲醛含量的分析方法，通过对两种市售硫酸二甲酯及分析纯硫酸二甲酯的研究检测可知，该分析方法操作简便、专一性强，能够满足实际分析的要求。

1 实验部分
1.1 仪器及试剂
高效液相色谱仪，LC－20AT 型，日本 Shimadzu公司，包括SPD－10A（V）vp检测器，CTO－10A（C）vp柱温箱；色谱柱：Shimadzu C18（4.6
mm×150mm，5μm）。

甲醛标准贮备溶液：吸取0.3mL质量分数为36%～40%甲醛溶液于100mL容量瓶中，加水稀释定容至刻度，其浓度用碘量法标定；甲醛标准溶液（0.1mg·mL－1）：根据甲醛标准贮备液的浓度，精密吸取9.3mL于100mL容量瓶中，用水定容至刻度，混匀备用（现用现配）；2，4－二硝基苯肼溶液：称取0.2g 2，4－二硝基苯肼溶解于28mL浓盐酸中，加水定容至100mL；柠檬酸－氢氧化钠－盐酸缓冲溶液：称取柠檬酸2.66g，氢氧化钠1.56g，以适量水溶解，再加入浓盐酸1.26mL，调pH 值为6.2，以水稀释至100mL；市售硫酸二甲酯1，市售硫酸二甲酯2，分析纯硫酸二甲酯；甲醛2，4－二硝基苯腙（分析纯），百灵威科技有
限公司；其他所用试剂均为分析纯。

1.2 样品前处理及衍生化步骤
准确移取0.40mL硫酸二甲酯于试管中，加入10mL纯净水，室温下搅拌5h；调pH值为6.2，加入10mL柠檬酸－氢氧化钠－盐酸缓冲溶液和1.5mL 2，4－二
硝基苯肼，于60℃水浴中反应45min，取出在水温为20℃的流水中快速冷却至
室温。

每次使用20mL二氯甲烷萃取3次，减压浓缩除去二氯甲烷，冷却至室温。

取5.0mL色谱纯甲醇溶解残渣，经0.45μm滤膜过滤后做HPLC分析用。

1.3 色谱条件
色谱柱：Shimadzu C18（4.6mm×150mm，5μm）；流动相：甲醇－水（体积比为6∶4）；柱温：25℃；流速：0.5mL·min－1；检测波长：358nm；进样量：5μL。

2 结果与讨论
2.1 标准曲线的绘制
取0.1mg·mL－1的甲醛标准溶液0.50，0.80，1.10，1.40，1.70，2.00，
2.30mL（相当于50，80，110，140，170，200，230μg甲醛）于试管中，分别加入纯净水 1.80，1.50，1.20，0.90，0.60，0.30，0.00mL。

调pH 值为6.2，加入柠檬酸－氢氧化钠－盐酸缓冲溶液10mL，加入1.5mL 2，4－二硝基苯肼，于60℃水浴中反应45min，取出在水温为20℃的流水中快速冷却至室温。

每次使用20mL二氯甲烷萃取3次，减压浓缩除去二氯甲烷，冷却至室温。

取
1.0mL色谱纯甲醇溶解残渣，经0.45μm滤膜过滤后做HPLC分析用。

取5μL进样。

以2，4－二硝基苯腙的色谱峰面积A与甲醛浓度，绘制标准曲线，见图1。

对峰面积及其浓度进行回归分析，得回归方程及相关系数（Y＝2.792×10－6 X＋13.11，R＝0.999）。

图1 甲醛标准曲线Fig.1 Formaldehyde standard curve
2.2 吸收峰及其对应物质的确定
通过HPLC检测标准品甲醛2，4－二硝基苯腙见图2。

图2 标准甲醛2，4－二硝基苯腙的HPLC色谱图Fig.2 HPLC chromatogram of standard formaldehyde 2，4－dinitrophenylhydrazone
由图2可知，15.909min的吸收峰为甲醛2，4二硝基苯腙的吸收峰。

将流动相
甲醇－水的体积比，由60∶40改为55∶45，样品的保留值与甲醛2，4二硝基苯腙的保留值仍能相同，吸收峰保留时间为16.950min，且将甲醛2，4－二硝基苯腙标准品加入样品中，可使峰形增高。

根据HPLC定性原则，可说明硫酸二甲酯
中的微量甲醛与2，4－二硝基苯肼反应得到的产物是甲醛2，4－二硝基苯腙。

标准品2，4－二硝基苯肼和样品液衍生化后的HPL色谱图分别见图3和图4。

由图3和图4可见，标准品2，4－二硝基苯肼通过HPLC后吸收峰保留时间为
8.367min。

样品液衍生化后通过HPLC后两吸收峰保留时间分别为8.367min和15.909min。

经与标准样品对照，可知8.367min的吸收峰为2，4－二硝基苯肼
的吸收峰，15.909 min的吸收峰为2，4－二硝基苯腙的吸收峰。

图3 标准2，4－二硝基苯肼的HPLC色谱图Fig.3 HPLC chromatogram of standard 2，4－dinitrophenylhydrazine
图4 样品液衍生物的HPLC色谱图Fig.4 HPLC chromatogram of formaldehyde derivative of sample solution
2.3 pH值及缓冲液对衍生反应的影响
醛与2，4－二硝基苯肼的反应属于碳基的亲核性加成反应，在该类反应中酸催化
剂可以加强碳基上碳的正极性，有利于引起亲核性进攻。

因此选择合适的衍生反应的酸度对衍生反应的产率影响较大。

分别移取0.50mL 0.1mg·mL－1的甲醛标准
溶液于试管中，并于试管中加入10mL柠檬酸－氢氧化钠－盐酸缓冲溶液，分别
调pH值为1，1.3，2.0，2.7，3.4，4.1，4.8，5.5，6.2，6.9，进行衍生化反应。

在其他条件不变的情况下，主要考察酸度和缓冲溶液对衍生反应的影响，结果见图5。

图5 不同pH值下标准甲醛量的测定值曲线图Fig.5 Effects of PH on detemination results of standard formaldehyde
由图5可知，在添加缓冲溶液时，当pH值小于5.5时，标准甲醛量的测定值随着pH值的增大而增大；当pH值等于5.5时，标准甲醛量的测定值最高；且pH值
大于5.5并且小于6.9时，标准甲醛量的测定值恒定且等于标准的甲醛量；因此，选择反应体系的pH值为6.2。

在不添加缓冲溶液时，标准甲醛量的测定值明显小于添加缓冲液的时标准甲醛量的测定值，由此可知，添加缓冲液时，衍生化较完全。

因此，选择反应体系的pH值为6.2，且添加缓冲液。

同时，测pH值及缓冲液对市售硫酸二甲酯1中微量甲醛含量测定值的影响。

取0.40mL硫酸二甲酯4份，加10mL纯净水，水解5h。

调pH值为6.2，其中1
份加入10mL纯净水，另3份再加入10mL柠檬酸－氢氧化钠－盐酸缓冲溶液，
调pH 值分别为4.1，5.1，6.2，对其衍生化。

在其他条件不变的情况下，主要考
察pH值及缓冲液对衍生反应的影响，结果见表1。

表1 pH值及缓冲液对样品硫酸二甲酯1中微量甲醛含量测定的影响Table 1 Influences of pH and buffer on determination results of trace formaldehyde in commercially available dimethyl sulfate 1pH值ρ（甲醛）
／（μg·mL－1） w（甲醛）／%4.1 615.9 0.04675.1 625.0 0.04736.2（不加缓
冲液） 627.9 0.04766.2 685.0 0.0520
由表1可知，在添加缓冲液的条件下，随着pH值的增大，市售硫酸二甲酯1中
微量甲醛含量测定值增大；当pH值等于6.2时，由甲醛含量测定值可知，加缓冲溶液衍生化较完全。

因此，选择反应体系为pH值6.2，且添加缓冲液。

2.4 水解条件对硫酸二甲酯中甲醛含量测定的影响
硫酸二甲酯为活性很高的甲基化试剂，极易与氨基、羟基、肼基等反应，检测硫酸二甲酯中微量甲醛时，如果不对硫酸二甲酯进行水解，硫酸二甲酯易与2，4－二
硝基苯肼反应，生成大量的杂质，其杂质的HPLC峰很大且与甲醛2，4－二硝基
苯腙峰难以分离，干扰测定，无法准确检测甲醛2，4－二硝基苯腙的含量，因此，需对硫酸二甲酯进行水解。

准确移取9份0.40mL市售硫酸二甲酯1，分为3组，每组3个样。

分别加入
10mL纯净水，14mL碳酸钾溶液（质量分数20%），8mL 3 mol·L－1氢氧化钠溶液，水解5h；调pH 值为6.2，加入柠檬酸－氢氧化钠－盐酸缓冲溶液10 mL，加1.5mL 2，4－二硝基苯肼，对其衍生化，结果见表2。

表2 水解条件对样品硫酸二甲酯1中微量甲醛含量测定的影响Table 2 Influences of hydrolysis condition on determination results of trace formaldehyde in commercially available dimethyl sulfate 1
由表2可知，用水水解硫酸二甲酯时，甲醛含量测定值最高且数据波动范围很小；用碳酸钾溶液（水解方式20%）水解硫酸二甲酯时，甲醛含量测定值最低，而且
甲醛含量测定值变化范围较大，测得数据很不稳定；用3mol·L－1氢氧化钠溶液
水解硫酸二甲酯时，甲醛含量测定值在二者之间。

由此可知，用水水解硫酸二甲酯，水解效果好。

2.5 加标回收率
为了检验HPLC法测定硫酸二甲酯中微量甲醛含量的准确度，进行加标回收率测
定实验，即向硫酸二甲酯中添加甲醛50μg，其他条件不变，进行衍生化反应。

市售硫酸二甲酯1、2及分析纯硫酸二甲酯的测定结果见表3。

表3 HPLC法检测硫酸二甲酯中微量甲醛含量的测定结果Table 3 Determination results and deviations of trace formaldehyde in different dimethyl sulfates 由表3可知，市售硫酸二甲酯1中甲醛的回收率为100% ～106.8%，市售硫酸二
甲酯2中甲醛的回收率为96.04% ～99.2%，分析纯硫酸二甲酯中甲醛的回收率为96.4% ～98.2%，说明硫酸二甲酯中微量甲醛含量测定准确，此方法可以准确测定硫酸二甲酯中微量甲醛的含量。

3 结论
建立了测定硫酸二甲酯中微量甲醛含量的HPLC分析方法，测定实际样品的结果准确可靠，回收率为96.04% ～99.2%，可以满足工业分析要求。

结果表明，在优化的条件下，峰形稳定性好，精密度高，为硫酸二甲酯中微量甲醛的定量分析提供了一种简便、准确的检测方法。

参考文献
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