СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ В БЕНЗОКРАУН-ЭФИРАХ
METHOD FOR QUANTITATIVE DETERMINATION OF ORGANIC IMPURITIES IN BENZO-CROWN ETHERS

Предлагаемое изобретение относится к области аналитической химии и непосредственно касается хроматографических методов определения содержания органических примесей в макроциклических полиэфирах, а именно в бензокраун-эфирах - реагентах многоцелевого назначения, которые применяются, в том числе, в аналитической химии, биохимии, медицине, фармации.
Возможность успешного решения проблем в перечисленных областях связана со степенью чистоты используемых бензокраун-эфиров. Для подтверждения соответствия рассматриваемых соединений предъявляемым к ним требованиям по чистоте проводится количественный анализ с целью определения содержания в них различного рода примесей, в частности органических.
Как показывает изучение уровня техники, достигнутого в данной области на текущий момент времени, наиболее применимым для анализа содержания в краун-эфирах органических примесей является метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Так, известно применение метода ГЖХ для количественного определения органических примесей в дибензо-15-краун-5 [Иванов О.В. и др. Синтез 15-краун-5 реактивной квалификации. Высокочистые вещества. Москва. Изд. «Наука». №4. 1987. Стр.105-108]. Анализ дибензо-15-краун-5 осуществляют на хроматографе «Цвет-104» с использованием насадочной колонки, выполненной из нержавеющей стали, длиной 2 м, внутренним диаметром 3 мм, имеющей стационарную фазу - ХЕ-60 [цианоэтил(25%)метилсиликоновый эластомер] (5% на Chromaton N-AW-DMCS, фракция (0,20-0,25) мм), и пламенно-ионизационного детектора.
3
Количественный анализ органических примесей в бензокраун-эфирах в другой известной работе предлагается выполнять на хроматографе Хром-5, снабженном аналогичной насадочной колонкой, с использованием стационарной фазы SE-301 [метилсиликоновый эластомер] (5% на Chromaton N-AW, фракция (0,125-0,16) мм), и пламенно-ионизационным детектором. Анализ пробы при этом осуществляется при температуре колонки (240-290)°C, скорости повышения температуры (5-8)°C/мин и расходе газа-носителя (гелий) - 40 см/мин [Котляр С.А. и др. Улучшенный способ получения некоторых дибензокраун-эфиров. Журнал общей химии, 1998, т. 68, №7, с.1189-1192].
3
Ближайшим аналогом предлагаемого способа, взятого за прототип, является описанный ранее способ определения содержания органических примесей в бензокраун - эфирах [Иванов О.В. и др. Получение бензо-18-краун-6 повышенной степени чистоты. Высокочистые вещества. Москва. Изд. «Наука». №4. 1987, стр.122-124]. В данном способе-прототипе, рассмотренном на примере бензо-18-краун-6, так же как в рассмотренных выше публикациях, используется метод ГЖХ с использованием насадочных колонок. Согласно выбранному прототипу для анализа бензо-18-краун-6 используется хроматограф «Цвет-100», снабженный насадочной колонкой, выполненной из нержавеющей стали длиной 1 м, с внутренним диаметром 3 мм, со стационарной фазой - FFAP [полиэтиленгликоль, модифицированный нитротерефталевой кислотой (5% на Chromaton N-AW, фракция (0,125-0,16) мм), и пламенно-ионизационным детектором. Рассматриваемый анализ проводится при следующих режимах: температуре колонки (180-240)°C, скорости повышения температуры 4°C/мин, температуре испарителя 300°C, расходе газа-носителя (азота) 40 см/мин, объеме анализируемой пробы (1-2) мкл. Расчет содержания краун-эфиров в описываемом способе осуществляется с использованием метода внутреннего стандарта, при этом в качестве вещества-стандарта используется пентаэтиленгликоль, который добавляют в анализируемый образец в количестве около 1% от массы пробы, при этом анализируемый образец (бензо-18-краун-6) используется в виде 20%-ного раствора в хлороформе.
-1
-2
Во всех известных цитированных выше работах количественное определение органических примесей в бензокраун-эфирах осуществляется методом ГЖХ с использованием исключительно насадочных хроматографических колонок. В этих случаях достигается сравнительно низкий предел обнаружения искомых компонентов [до (2·10)-(1·10)% (масс.)], а также низкая эффективность разделения компонентов смеси [Егорова Т.Г., Шеремет О.П., Копытин А.В, Гусев Ю.Н. Кобрина В.Н. Изв. Сибирского Отд. Акад. Наук СССР Сер. Хим. (1980), 4, 147-150].
-3
С целью повышения предела обнаружения органических примесей и возможности определения их содержания в бензокраун-эфирах на уровне 10% масс., увеличения эффективности разделения примесей и снижения времени анализа предлагается способ количественного определения органических примесей в бензокраун-эфирах, осуществляемый методом газожидкостной хроматографии, включающий стадию смешения раствора анализируемого бензокраун-эфира с веществом-стандартом, отбор анализируемой пробы, ее испарение и пропускание через хроматографическую колонку в токе инертного газа-носителя с последующей регистрацией сигналов на пламенно-ионизационном детекторе. Анализируемое вещество смешивают с веществом-стандартом, в качестве которого используют незамещенные краун-эфиры, причем анализируемый бензокраун-эфир используют в виде (1-4) %-ного раствора в органическом растворителе, а вещество-стандарт в виде 1%-ного раствора в том же растворителе, после чего полученную смесь встряхивают при температуре (30-70)°C и отобранную пробу после ее испарения пропускают в потоке инертного газа-носителя через кварцевую капиллярную хроматографическую колонку, имеющую неподвижную жидкую фазу, содержащую 5% фенилполисилоксана и 95% диметилполисилоксана.
В качестве вещества-стандарта, предпочтительно, используют незамещенный краун-эфир, выбранный из группы: 15-краун-5, 18-краун-6, 12-краун-4.
При наличии нерастворимой неорганической взвеси раствор анализируемого вещества и вещества-стандарта после встряхивания центрифугируют, предпочтительно, со скоростью (5000-6000) оборотов в минуту.
Как и в способе-прототипе, в предлагаемом способе количественное определение содержания органических примесей в бензокраун-эфирах осуществляется методом газо-жидкостной хроматографии с применением пламенно-ионизационного детектора. Однако в отличие от прототипа, в котором в качестве стандарта используется пентаэтиленгликоль, в предлагаемом способе в качестве вещества-стандарта используется незамещенный краун-эфир, который по своей структуре ближе к анализируемому бензокраун-эфиру, чем пентаэтиленгликоль. Кроме того, отличие данной подготовительной стадии процесса от прототипа заключается в том, что анализируемый образец используется в виде (1-4) %-ного раствора в органическом растворителе, например в диметилформамиде (ДМФА), диметилсульфоксиде (ДМСО), хлороформе. В прототипе используется 20%-ный раствор бензо-18-краун-6 в хлороформе. Важным условием оптимального осуществления данной подготовительной стадии процесса является необходимость проведения встряхивания смеси анализируемого вещества и вещества-стандарта при повышенной температуре (30-70)°C, что является достаточным условием растворения компонентов. В случае наличия в смеси после встряхивания нерастворимой неорганической взвеси проводится дополнительное интенсивное центрифугирование при подобранной экспериментально величине скорости центрифугирования (5000-6000) оборотов в минуту.
Основным существенным отличием предлагаемого способа от способа-прототипа является применение не стальной насадочной (как в прототипе), а кварцевой хроматографической колонки капиллярного типа со слабо полярной неподвижной жидкой фазой (НЖФ). В качестве НЖФ, как указано выше, применяется состав, содержащий 5% фенилполисилоксана и 95% диметилполисилоксана, который нанесен изнутри на стенки колонки в виде жидкой пленки. Использование капиллярной колонки обеспечивает более высокий по сравнению с насадочной интервал рабочих температур, что позволяет достичь более высокую эффективность разделения примесей в анализируемом образце и увеличение срока службы колонки.
Используемая в предлагаемом способе капиллярная хроматографическая колонка представляет собой узкую кварцевую трубку с внутренним диаметром (0,25-0,5) мм и длиной (15-30) м. На внутреннюю поверхность капилляра нанесен тонкий слой [около (0,25-0,5) мкм] слабо полярной неподвижной жидкой фазы, обеспечивающий протекание процесса хроматографии. Через колонку постоянно пропускается поток инертного газа-носителя (азот, гелий, аргон), а на вход колонки подается анализируемый образец. Из колонки анализируемый бензокраун-эфир и вещество-стандарт выходят поочередно и попадают в пламенно-ионизационный детектор. Основное преимущество применения капиллярных хроматографических колонок перед хроматографическими колонками насадочного типа заключается в повышенной их эффективности по сравнению с последними.
Температурные условия процесса хроматографирования подбираются в зависимости от природы объекта исследования. Так, количественное определение органических примесей в дибензо-18-краун-6 проводят при следующих температурных условиях: начальной температуре колонки 150°C, конечной температуре колонки 300°C, скорости повышения температуры 20°C/мин, температуре испарителя 350°, температуре детектора 370°C;
количественное определение органических примесей в дибензо-21-краун-7 проводят при начальной температуре колонки 180°C, конечной температуре колонки 340°C, скорости повышения температуры 10°C/мин, температуре испарителя 390°C, температуре детектора 400°C.
3
На эффективность процесса оказывает влияние и выбранная величина скорости потока, которая может составлять 2,6-3,2 см/мин, а также величина деления потока (1:10)-(1:25). Конкретные значения этих величин приводятся в примерах анализа дибензо-18-краун-6 и дибензо-21-краун-7.
Концентрация органических примесей в бензокраун-эфирах устанавливается исходя из соотношения измеренных площадей хроматографических пиков органической примеси и известного количества внутреннего стандарта, введенного в пробу. В качестве вещества-стандарта используют, например, 12-краун-4, 15-краун-5, 18-краун-6.
Перед проведением измерений выполняют градуировку хроматографа путем определения зависимости отношения масс искомой органической примеси и внутреннего стандарта в пробе от отношения площадей их хроматографических пиков.
i
Массовую долю каждой примеси (X) в процентах вычисляют по формуле:
<mrow><msub><mi>X</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>K</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>m</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mn>1</mn><mn>0</mn><mn>0</mn></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mi>m</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
ст
2
где S - площадь пика «внутреннего стандарта», усл.ед·мин или мм;
i
2
S - площадь пика определяемой примеси, усл.ед·мин или мм;
i
K - градуировочный коэффициент определяемой примеси;
m - масса навески анализируемого продукта, г;
ст
m - масса навески «внутреннего стандарта» в растворе анализируемого продукта, г.
-3
Предел определения анализируемых примесей составляет 10% масс. при погрешности определения не более 5%.
Изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами, которые никак не ограничивают возможность осуществления способа в пределах заявляемого объема притязаний.
Пример 1
3
3
3
Готовят 1% масс. раствор дибензо-18-крауна-6 в диметилформамиде (ДМФА). Для этого в центрифужную полипропиленовую пробирку объемом 100 см помещают 0,5 г анализируемого продукта, добавляют 50 см ДМФА и 0,5 см 1%-ного раствора 12-краун-4 или 15-краун-5 (внутренний стандарт) в ДМФА. Пробирку помещают на платформенный шейкер и встряхивают при температуре 50°C в течение 30 мин.
По окончании встряхивания пробирки помещают в лабораторную центрифугу и центрифугируют со скоростью 5000 об/мин либо 6000 об/мин в течение 15 минут. После остановки центрифуги отбирают фракцию над осадком, которую непосредственно используют в анализе.
3
3
Микрошприцем отбирают 1,0 мм и вводят в испаритель хроматографа. Хроматографическое разделение проводят на капиллярной кварцевой колонке ВР-5 с пленкой неподвижной жидкой фазы, содержащей 5% фенил- и 95% диметилполисилоксана, имеющей следующие размеры: длину 30 м, диаметр 0,32 мм и толщину пленки неподвижной жидкой фазы 0,25 мкм при следующих условиях: начальная температура колонки 150°C (выдержка 3 мин), нагрев со скоростью 20°C/мин, конечная температура колонки 300°C, суммарное время анализа 17 мин. Температура испарителя 350°C, детектора 370°C. Расход газа-носителя (гелия) через колонку 2,6 см/мин, деление потока 1:10.
В результате анализа (таблица 1) определяются площади хроматографических пиков органических примесей и 15-краун-5 и исходя из них рассчитывается массовая доля (%) каждой примеси.
Таблица 1
Результат анализа пробы дибензо-18-крауна-6
Название примеси
Площадь пика, усл.ед.<sub>*</sub>мин
Содержание примеси, %
12-краун-4 (внутренний стандарт)
152,947
-
дихлорид диэтиленгликоля
90,836
0,0072
бензо-9-краун-3
91,074
0,0083
1,2-бис [2-(2-хлорэтокси)этокси] бензол
280,304
0,0244
1-[2-(2-хлорэтокси)этокси]-2-[2-(2-пропоксиэтокси) этокси] бензол
36,655
0,0021
Пример 2
3
3
3
Готовят 4% масс. раствор дибензо-21-крауна-7 в диметилсульфоксиде (ДМСО). Для этого в центрифужную полипропиленовую пробирку объемом 100 см помещают около 2,0 г анализируемого продукта, 50 см ДМСО, 0,7 см 1%-ного раствора 18-краун-6 (внутренний стандарт) в ДМСО. Пробирку помещают на платформенный шейкер и встряхивают при температуре 70°C в течение 30 мин.
3
3
Далее отбирают 1 мм раствора, который непосредственно вводят в испаритель хроматографа. Хроматографическое разделение проводят на такой же, как в примере 1, капиллярной кварцевой колонке ВР-5, но длиной 15 м, диаметром 0,5 мм и толщиной пленки неподвижной жидкой фазы 0,5 мкм при следующих условиях: начальная температура колонки 180°C (выдержка 2 мин), нагрев со скоростью 10°C/мин, конечная температура колонки 340°C, суммарное время анализа 20 мин. Температура испарителя 390°C, детектора 400°C. Расход газа-носителя (гелия) через колонку 3,2 см/мин, деление потока 1:25.
В результате анализа (таблица 2) определяются площади хроматографических пиков органических примесей и дибензо-21-крауна-7 и исходя из них рассчитывается массовая доля (%) каждой примеси.
Таблица 2
Результат анализа пробы дибензо-21-крауна-7
Название примеси
Площадь пика, усл.ед<sub>*</sub>мин
Содержание примеси, %
18-краун-6 (внутренний стандарт)
166,335
-
дихлорид триэтиленгликоля
14,332
0,0028
дибензо-18-краун-6
664,477
2,6335
-3
Таким образом, представленные в табл.1,2 результаты, полученные при определении количества примесей в анализируемых бензокраун-эфирах предложенным методом ГЖХ впервые с использованием капиллярной колонки, свидетельствуют о достижении в этом случае технических преимуществ по сравнению с существующими методами-аналогами, а именно повышение предела обнаружения органических примесей до содержания их в бензокраун-эфирах на уровне 10% масс. При этом снижается продолжительность анализа, что делает процесс более экономичным.