气相色谱法和折光率法测定合成乙酸乙酯组分含量比对
发布时间：2023-09-12作者：小编来源：网络点击：次
乙酸乙酯在工业上用途非常广泛，主要用作工业溶剂、稀释剂、增塑剂、黏合剂、表面活性剂等，也可用作医药、有机酸等产品的生产;乙酸乙酯的气味很接近天然香味，多被用于人造香料和香水工业，成为水果香精等香料的主要原料。乙酸乙酯具有重要的应用前景，世界年销售量在500万t以上。
乙酸乙酯的合成方法有很多种，主要有如下4种方法:乙酸酯化法、乙酸/乙烯加成法、乙醇脱氢法和乙醛缩合法[4]，我国进行生产时主要采用乙酸酯化法，采用浓硫酸、浓盐酸、浓磷酸、硫酸氢钠、对甲基苯磺酸、Fe Cl3·6H2O、蒙脱土等做催化剂，实验室中常用浓硫酸为催化剂，其实验原理如下[5]:
在浓硫酸催化下，乙酸和过量乙醇在110～120℃下发生酯化反应，生成乙酸乙酯粗品。反应式如下:
浓硫酸的氧化和脱水作用致使乙醚、乙烯等副产物生成，降低产率。反应式如下:
由实验原理可以看出，乙酸乙酯粗品中会含有一些杂质如乙酸、硫酸、乙醇、乙醚等，因此需要进行精制，乙酸乙酯粗品经中和洗涤去酸、干燥去水、最后在水浴上进行蒸馏，收集73～78℃馏分，这样就可制得精制后的乙酸乙酯[3]。乙酸乙酯的合成评价分产率和纯度两方面，其中纯度的测定常采用折光率法和气相色谱法来进行，本文将对此两种方法进行对比。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
GC-2010气相色谱仪(，带FID检测器;BSA224S电子天平(赛多利斯);WYA-2S数字阿贝折射仪(上海仪电物理光子仪器有限公司)。
乙酸乙酯对照品(色谱纯，99.9%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司);乙酸正丙酯(AR,99.0%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司);乙醇(色谱纯，99.8%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司);乙醚(色谱纯，99%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司);甲醇(色谱纯，Merck);乙酸乙酯样品为自制样品，批号分别为EA210601、EA210608、EA210609、EA210610。
1.2 气相色谱法测定乙酸乙酯中的乙酸乙酯、乙醇、乙醚的含量
1.2.1 色谱条件
采用气相色谱法进行测定，氢火焰离子化检测器，毛细管柱为DB-624(60 m×0.32 mm×1.8μm)，柱温为程序升温:50℃保持1 min,20℃/min升至150℃，保持1 min。进样口温度200℃;检测器温度250℃;载气为氮气，柱流速为1.5 m L/min;分流比1∶100，进样量0.5μL[6,7]。
1.2.2 乙酸乙酯对照溶液的配制
用移液枪分别快速量取乙酸乙酯对照品及乙酸正丙酯各1 m L，并分别精密称定其质量，混匀。乙酸乙酯对照溶液平行配制6份。
1.2.3 乙醇、乙醚标准储备液的配制
精密称取乙醇对照品12.5 g，乙醚对照品12.5 g，用甲醇定量稀释至50 m L，混匀，即可。乙醇、乙醚储备液的浓度均为250 mg/m L。
1.2.4 乙醇、乙醚标准系列溶液的配制
分别精密移取乙醇、乙醚标准储备液适量，并用移液枪精密加入1 m L的乙酸正丙酯，并记录其质量，用甲醇稀释至2 m L，配得含乙醇、乙醚分别为1,2,5,10,20,50,100,125 mg/m L的标准系列溶液。
1.2.5 样品溶液的配制
用移液枪分别快速量取乙酸乙酯样品及乙酸正丙酯各1 m L，并分别精密称定其质量，混匀。
1.2.6 系统适用性试验及含量测定
1.2.6. 1 乙酸乙酯测定的系统适用性试验
按1.2.2项下的对照溶液配制方法，分别配制6份乙酸乙酯对照溶液，按照1.2.1项下的色谱条件进样，按照内标法计算各对照溶液中乙酸乙酯的校正因子，其RSD应不大于2.0%，计算结果为0.1%，符合规定。内标法计算公式如下:
其中，cs、ci分别为乙酸乙酯对照品及乙酸正丙酯的质量浓度，g/m L;As、Ai分别为乙酸乙酯对照品及乙酸正丙酯的峰面积。对照溶液图谱中，各色谱峰间的分离度R应不小于2.0，在记录的各色谱图中，相邻两峰间的分离度均大于2.0，系统适用性良好。
1.2.6. 2 乙醇、乙醚测定的系统适用性试验
按1.2.3、1.2.4项下的对照溶液配制方法，配制乙醇、乙醚标准系列溶液，按照1.2.1项下的色谱条件进样，通过专业绘图软件Origin，以c乙醇/ci为横坐标，A乙醇/Ai为纵坐标，绘制乙醇标准系列溶液的线性曲线，其线性相关系数应不小于0.999，结果为0.999 3;以c乙醚/ci为横坐标，A乙醚/Ai为纵坐标，绘制乙醚标准系列溶液的线性曲线，其线性相关系数应不小于0.999，结果为0.999 3。对照溶液图谱中，各色谱峰间的分离度R应不小于2.0，在记录的各色谱图中，相邻两峰间的分离度均大于1.5，系统适用性良好。
1.2.6. 3 含量测定
按1.2.5项下的样品溶液配制方法，配制样品溶液，精密吸取样品溶液0.5μL，按照1.2.1项下的色谱条件进样，分别记录乙酸乙酯、乙醇、乙醚的峰面积，乙酸乙酯按标准一点法，以内标法计算含量;乙醇、乙醚按标准曲线法，以内标法计算含量。
1.3 折光率法测定乙酸乙酯的含量[8,9]
1.3.1 测定方法
采用阿贝折射仪，通上循环水，保持水温为20℃，用蒸馏水校正后，滴样品1～2滴于下棱镜上，关闭折射棱镜，旋转聚光照明部件，旋转调节手轮使明暗分界线准确对准交叉线的交点，读取当前温度下样品的折光率值，每个样品重复测定3次，并求平均值。
1.3.2 乙酸乙酯标准系列溶液的配制
用移液枪分别快速量取乙酸乙酯对照品0.0,0.1,0.2,0.5,1.0,1.2,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0 m L，用甲醇补足至5.0 m L，记录乙酸乙酯的质量及标准溶液的总质量，计算各标准溶液中乙酸乙酯的质量分数。
1.3.3 样品溶液的配制
用移液枪快速量取待测乙酸乙酯及甲醇各1 m L，混匀。记录乙酸乙酯的质量及溶液的总质量，计算样品的质量分数。
1.3.4 系统适用性试验及含量测定
测定乙酸乙酯标准系列溶液的折光率值，以乙酸乙酯的质量分数为横坐标，折光率为纵坐标，绘制标准曲线，计算线性相关系数应不小于0.999，结果为0.999 8，系统适用性良好，见图1。测定各样品溶液的折光率值，测定3次，求平均值，按标准曲线法计算乙酸乙酯的质量分数，并按以下公式计算样品中乙酸乙酯的含量:
其中，w实为按标准曲线法计算乙酸乙酯的质量分数，ws为样品溶液中的乙酸乙酯质量分数。
图1 乙酸乙酯含量-折光率标准曲线图 下载原图
2 结果与讨论
2.1 折光率法与气相色谱法检测结果比较
乙酸乙酯成品中主要的杂质有硫酸、水、乙醇、乙醚、乙酸等，其中，乙醇、乙醚的残留最多，因此，采用乙酸乙酯对照品、乙醇对照品、乙醚对照品及乙酸对照品配制一系列溶液，具体配制比例见表1。
表1 乙酸乙酯配制表 下载原图
照1.2及1.3项下的测定方法，分别用折光率法和气相色谱法测定乙酸乙酯的含量，并用气相色谱法测定乙醇及乙醚的含量，每份样品测定3次，求平均值，结果见表2。
由表2可以看出，采用气相色谱法检测结果RE均较低，均小于2%，采用折光率法测定，RE较高，随着乙酸乙酯含量增大，RE值逐渐下降，因此，折光率法只适用于测定高含量的乙酸乙酯。乙酸乙酯成品中含有多种杂质如乙醇、乙醚、乙酸、水等，不同的物质有不同的折光率，如乙醇在20℃时的折光率为1.361 4，乙醚在20℃时的折光率为1.352 7，乙酸乙酯含量一致时，杂质比例不一样，其折光率也不一致。因此，折光率大小与乙酸乙酯主含量无法呈线性关系，只有当乙酸乙酯含量较高时，杂质的存在对折光率才影响较小。
表2 GC法及折光率法测定乙酸乙酯结果比对
2.2 气相色谱法方法验证结果
2.2.1 专属性试验
按“1.2”的色谱条件下，精密吸取乙酸乙酯标准溶液、乙醇、乙醚标准系列溶液、样品溶液各0.5μL，进样，各色谱图见图2。
图2 气相色谱图 下载原图
A．甲醇;B．乙醇;C．乙醚;D．乙酸乙酯;E．乙酸正丙酯
结果表明，阴性对照(甲醇)对测定无干扰，各色谱峰间的分离度R均大于1.5，表明专属性良好。
2.2.2 线性关系考察
2.2.2. 1 乙酸乙酯线性关系考察
分别用移液枪精密量取乙酸乙酯对照品20,40,100,200,400,600,800,1 000μL，及乙酸正丙酯1 m L，并精密记录其质量，见表3，补足甲醇至2 m L。分别精密吸取0.5μL，进样，按“1.2.1”项下条件进行测定，以c乙酸乙酯/c乙酸正丙酯为横坐标，A乙酸乙酯/A乙酸正丙酯为纵坐标，绘制标准曲线，得乙酸乙酯的回归方程为y=0.786 9x+0.003 6,R2=1，表明乙酸乙酯在6.14～344.95 mg/m L范围内线性关系良好。
2.2.2. 2 乙醇及乙醚线性关系考察
分别精密移取乙醇、乙醚储备液适量，并用移液枪精密加入1 m L的乙酸正丙酯，并记录其质量，用甲醇稀释至2 m L，配得含乙醇、乙醚分别为1,2,5,10,20,50,100,125 mg/m L的线性系列溶液，分别精密吸取0.5μL，进样，按“1.2.1”项下条件进行测定，分别以c乙醇/c乙酸正丙酯及c乙醚/c乙酸正丙酯为横坐标，A乙醇/A乙酸正丙酯及A乙醚/A乙酸正丙酯为纵坐标，绘制标准曲线，得乙醇及乙醚的线性关系图见图3，乙醇及乙醚在1～125 mg/m L范围内线性关系良好。
表3 乙酸乙酯的线性关系考察 下载原图
图3 乙醇/乙醚线性关系图 下载原图
A．乙醇线性;B．乙醚线性
2.2.3 精密度试验
精密吸取同一份乙酸乙酯标准溶液0.5μL，重复进样6次，记录乙酸乙酯及乙酸正丙酯的峰面积，计算各A乙酸乙酯/A乙酸正丙酯，结果得乙酸乙酯的面积比平均值为0.8,RSD=0.1%(n=6)。精密吸取浓度为50 mg/m L的乙醇/乙醚标准溶液0.5μL，重复进样6次，记录乙醇、乙醚及乙酸正丙酯的峰面积，计算各A乙醇/A乙酸正丙酯及A乙醚/A乙酸正丙酯，结果得A乙醇/A乙酸正丙酯平均值为0.1,RSD=0.1%(n=6)，平均值为0.1,RSD=0.3%(n=6)，表明仪器精密度良好。
2.2.4 重复性试验
取同一批样品(批号EA210601) 6份，按照1.2.5项下样品溶液的配制方法进行配制，精密吸取0.5μL，进样，按“1.2.1”项下条件进行测定，计算所得乙酸乙酯含量平均值为68.5%,RSD=0.2%;乙醇含量平均值为5.4%,RSD=0.3%;乙醚含量平均值为0.9%,RSD=0%，表明方法的重复性良好。
2.2.5 稳定性试验
取批号为EA210601的样品溶液，室温下放置0,0.5,1,2,4,8,12,16,18,24 h后，按“1.2.1”项下条件进行测定，计算得乙酸乙酯、乙醇、乙醚的含量，通过专业绘图软件Origin，以时间(h)为横坐标，含量(%)为纵坐标，绘制乙酸乙酯、乙醇、乙醚的含量曲线图，见图4，结果表明，乙酸乙酯、乙醇、乙醚在18 h内含量稳定，计算其含量RSD分别为0.3%,0.3%,1.7%，而在24 h时含量急剧下降，表明样品溶液在18 h内稳定性良好，需在18 h内完成进样。
图4 溶液稳定性试验 下载原图
2.2.6 加样回收率试验
2.2.6. 1 乙酸乙酯的加样回收率试验
精密称取已知乙酸乙酯含量为68.5%的样品(批号EA210601)适量，精密加入一定量的乙酸乙酯标准品，使得乙酸乙酯的含量分别为样品的80%,100%,120%，每个水平配制3份，共9份，精密吸取0.5μL，进样，按“1.2.1”项下条件进行测定，计算低、中、高3个浓度下的回收率，结果见表4。乙酸乙酯的回收率均在98.0%～102.0%范围内，RSD小于2.0%，表明本法的回收率良好。
表4 乙酸乙酯的回收率实验 下载原图
2.2.6. 2 乙醇/乙醚的加样回收率试验
精密称取已知乙醇含量为5.4%、乙醚含量为0.9%的样品(批号EA210601)适量，精密加入一定量的乙醇、乙醚标准品，使得乙醇/乙醚的含量分别为样品的80%,100%,120%，每个水平配制3份，共9份，精密吸取0.5μL，进样，按“1.2.1”项下条件进行测定，计算低、中、高3个浓度下的回收率，结果见表5、6。乙醇、乙醚的回收率均在98.0%～102.0%,RSD均小于2.0%，表明本法的回收率良好。
表5 乙醇的回收率实验 下载原图
表6 乙醚的回收率实验 下载原图
2.2.7 定量限和检测限的测定
照2020版中国药典四部9101药品质量标准分析方法验证指导原则中检测限和定量限的方法[10]，采用第2法信噪比法，以信噪比分别为3∶1和10∶1，测定乙酸乙酯的检测限和定量限分别为0.088 6和0.295 3 mg/m L;乙醇的检测限和定量限分别为0.020 1和0.067 1 mg/m L;乙醚的检测限和定量限分别为0.013 3和0.044 3 mg/m L。
2.3 重复验证试验
采用1.2的方法，对批号为EA210608、EA210609、EA210610的乙酸乙酯样品进行验证，每份配制两份，测定结果见表7。
表7 乙酸乙酯的含量测定验证试验结果 下载原图
试验结果表明，对于不同含量的乙酸乙酯样品，采用本方法测定结果偏差较小，准确性较高，进一步验证了本方法的准确性。
3 结论
(1)采用气相色谱氢火焰离子化法(FID)及折光率法测定合成乙酸乙酯含量，并对两种方法进行对比，结果发现，气相色谱法及折光率法测定的标准曲线线性均良好，采用折光率法测定，RE较高，随着乙酸乙酯含量增大，RE值逐渐下降，因此，折光率法只适用于测定高含量的乙酸乙酯，采用气相色谱法检测结果RE均较低，均小于2%，并且同时可以测定杂质乙醇和乙醚的含量，因此，合成乙酸乙酯的含量测定优先选择采用气相色谱法进行测定。
(2)建立了采用气相色谱氢火焰离子化法(FID)测定合成乙酸乙酯中的乙酸乙酯、乙醇、乙醚含量的方法，乙酸乙酯、乙醇、乙醚的线性范围分别为6.14～344.95 mg/m L(R2=1),1～125 mg/m L(R2=0.999 3),1～125 mg/m L(R2=0.999 3);平均回收率分别为100.3%,RSD=0.9%(n=9);99.2%,RSD=0.3%(n=9);99.1%,RSD=1.4%(n=9);精密度、重复性、稳定性试验的RSD均<2.0%，专属性均良好;检测限分别为0.088 6,0.020 1,0.013 3 mg/m L;定量限分别为0.295 3,0.067 1,0.044 3 mg/m L。方法学实验证明该方法简便、准确，能排除其他成分的干扰，适用于合成乙酸乙酯的质量控制。