顶空气相色谱法测定甜菜碱中的一氯乙酸(盐)和二氯乙酸(盐)

    甜菜碱型表面活性剂在酸性或碱性条件下均有良好的稳定性，且刺激性低、配伍性好，可广泛用于个人保护用品中，如香波、洁面乳、浴露和一些餐具洗涤剂中。但此类表面活性剂目前的制造工艺会不可避免地导致微量氯乙酸及其盐类副产物的生成，有资料显示氯乙酸及其盐类对皮肤有刺激性。从20世纪90年代开始，世界个人护理用品市场要求降低甜菜碱中氯乙酸(盐)含量的呼声越来越高。

    已有报道中测定氯乙酸的方法以衍生-气相色谱-ECD法和气相色谱一质谱法(GC-MS)为主^[1,4]，这些方法所分析的样品是水。对于表面活性剂样品，由于存在大量的有机物质，对浓缩、萃取等前处理和实际分析有很大的干扰，萃取时易发生乳化现象造成无法分析或分析误差过大。P&G公司开发的高效液相色谱／紫外法只能分析甜菜碱中的一氯乙酸(盐)，不能分析其中的二氯乙酸(盐)，而且该方法用硫酸作流动相，易腐蚀设备。作者采用顶空气相色谱法分析表面活性剂中的一氯乙酸(盐)及二氯乙酸(盐)，方法是在浓硫酸催化下，利用样品中的氯乙酸(盐)与乙醇在顶空瓶中进行化学反应，生成沸点较低的酯，酯与其他易挥发物质一起形成顶空气体，挥发进人定量环中，然后用载气将定量环中的顶空气体进到色谱柱中进行分析。

1  实验部分

1.1仪器与试剂

    GC-9A气相色谱仪，氢火焰离子检测器，日本Shimadzu公司；Hewlett Packard HP一7694顶空进样器，l0 mL顶空瓶，20 mm铝盖及硅橡胶垫，美国Hewlett Packard公司。氯乙酸钠(MCA)，二氯乙酸钠(DCA)，ALDRICH试剂；硫酸，优级纯，北京化工厂；无水乙醇，分析纯，北京化工厂；高纯水，电阻率l8 MΩ·cm；AE0₉，工业级，中国日用化学工业研究院；甜菜碱BS-12(质量分数30％)，中国日用化学工业研究院。

1.2实验条件

1.2.1顶空条件

平衡温度：90℃，平衡时间：25 min，定量环温度：150℃，传输线温度：l50℃，填充时间：30 S，注射时间：l min。

1.2.2色谱条件

    PEG-20M石英毛细管色谱柱(30 m×0.53 mm×1µm)，柱温采用程序升温，初温75℃，保持4 min后，以10℃／min的速率升至200℃，恒温2 min，气化室温度220℃，检测器温度250℃，无分流进样。

1.3溶液配制

    标准溶液：称取0.100g(精确至0.001g)一氯乙酸钠、0.100g二氯乙酸钠，用少量蒸馏水溶解，定量转移至100 mL棕色容量瓶中并定容至刻度，摇匀，置于4℃下贮存备用。

    硫酸乙醇溶液：逐滴加入4 mL硫酸至含有5 mL乙醇的10 mL容量瓶中，滴加完毕后用乙醇定容至刻度，配制成体积分数约为40％的硫酸乙醇溶液，摇匀，操作时容量瓶置于冰水中冷却，现用现配。

基体溶液：配制质量分数30％的AE0。水溶液。

1.4操作方法

标准曲线的绘制：在各个顶空瓶中分别加入基体溶液l.000g，再用微量注射器分别吸取25µL、50µL、100µL、150µL、250µL标准溶液到各顶空瓶中，于l05℃干燥1.5 h，再分别加入0.5 mL 40％硫酸乙醇溶液，加盖密封后进行顶空分析。

    样品处理：称取甜菜碱样品l.000g于10 mL顶空瓶，于l05℃干燥1.5 h，加人0.5 mL 40％硫酸乙醇溶液后进行顶空分析。

2结果与讨论

2.1顶空条件的选择

    平衡温度严重影响到分配在顶空气体内的分析物的浓度。若平衡温度过低将直接影响其响应值和灵敏度；平衡温度过高又导致样品中不必要的成分进入柱体给分离带来不便，同时还会导致溶剂气体的大量进入，从而降低气相中目标化合物的相对质量浓度。实验分别在60℃、70℃、80℃、90℃、l000C下按分析步骤进行，结果如图l所示。由图1可知，随温度的升高，峰面积逐渐变大，但在80℃～l00℃，增量并不明显，实验选择平衡温度为90℃。

图1  平衡温度对峰面积的影响

平衡时间是指进样前样品瓶达到热力学平衡的时间，随着平衡时间的增加，目标物进入气相的量增加，色谱检测响应值增加。选择平衡时间分别为15 min、25 min、35 min、45 min、60 min，研究了不同平衡时间对峰面积的影响，结果见图2。   

图2平衡时间对峰面积的影响

由图2可知，一氯乙酸、二氯乙酸的色谱峰峰面积随时间的延长而增加，当超过25 min时，一氯乙酸、二氯乙酸的峰面积趋于恒定，说明此时反应已经达到动态平衡。故选择25 min为适宜平衡时间。

2.2酯化条件的选择

    对于羧基极性有机物，一般利用酯化反应降低沸点。甲酯有很高的挥发性，在酯化中通常用甲醇作酯化剂，但甲醇有毒，而且有着非常强的置换固定液的能力，不宜用于PEG-20M柱，因此选用乙醇作为酯化剂。对催化剂浓硫酸、对甲苯磺酸、强酸性离子交换树脂进行了优选，结果表明，浓硫酸催化待测物的产率最高，对甲苯磺酸次之，强酸性离子交换树脂基本无催化活性。实验选择浓硫酸作催化剂，过量的乙醇在硫酸作用下缩合为乙醚，同时浓硫酸具有吸水作用，有利于酯化反应的正向进行。

2.3分离效果

图3是实验条件下样品的色谱图，可见在给定的条件下，一氯乙酸、二氯乙酸能够得到很好的分离。

图3  样品的色谱图

2.4方法的分析特性

在实验条件下得标准工作曲线见图4。

图4 MCA、DCA的标准工作曲线

取4份工作溶液，用微量注射器加入25µL氯乙酸标准溶液进行平行测定，计算一氯乙酸、二氯乙酸的相对标准偏差，以3倍信噪比计算方法的检出限。方法的回归方程、相关系数(r)、残余标准偏差(s)、相对标准偏差(RSD)、检出限(LOD)等参数见表1。

表1线性关系、检出限和精密度

2.5  回收率

用甜菜碱BS-12样品进行了回收率实验，在样品中加入不同质量浓度的标准溶液，每个样品测定3次，得平均值，计算回收率，结果见表2。一氯乙酸、二氯乙酸的回收率分别为93.7％～97.5％、90.6％～96.4％。由于样品中二氯乙酸本底值较高，加标后总质量浓度大于方法上限的0.9倍，因此回收率偏低。分析回收率控制指标原则规定被测组分质量分数大于l0^-6时，加标回收率在90％～ll0％。因此，方法能满足产品质量分析的要求。

表2方法的回收率(n=3)

2.6实际产品测定

选取3个市售甜菜碱产品测定其中的一氯乙酸、二氯乙酸质量分数，结果见表3。

表3实际样品的测定结果(n=3)

    表3数据表明，所选择的几个甜菜碱产品中一氯乙酸、二氯乙酸质量分数均较高，这种现状对消费者极为不利，应予以高度重视。一氯乙酸的残留量主要取决于工艺条件，而二氯乙酸的残留量与一氯乙酸原料的来源有关，建议生产厂家以产品的安全性为重，优化工艺条件，把好原料关，选取二氯乙酸质量分数低的一氯乙酸原料。

2.7基体干扰

顶空分析基体复杂的样品时，目标分析物在顶空瓶中的气液分配易受基体的干扰。甜菜碱类表面活性剂样品中含有质量分数约为70％的水分，不利于酯化反应的正向进行，而样品溶液的物理性质(如黏度、表面张力等)的变化也影响顶空瓶中的气液分配平衡。实验采用不含氯乙酸盐的AE0₉水溶液为空白底液，加入不同体积的氯乙酸盐标准溶液配制成与被、狈0试样性质相似的标准溶液来降低部分基体干扰。

3  结论

    建立了顶空气相色谱法测定甜菜碱中氯乙酸(盐)的方法。实验表明该方法的分离效果好，线性关系较好(r>0.999)，相对标准偏差小于5.6％。对市场上有关产品进行了具体测定，一氯乙酸、二氯乙酸的回收率分别为93.7％～97.5％、90.6％～96.4％。方法还可以通过使用电子捕获检测器代替氢火焰检测器以提高检测灵敏度，进一步降低检出限，提高精密度。

参考文献：

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