（分析化学专业论文）α长链烷基甜菜碱的定量分析.pdf

摘要 摘要 a 长链烷基甜菜碱( 仅l a b ) 是一类以天然脂肪酸为原料开发得到的新型两性表面活 性剂。本文建立了该表面活性剂及其合成过程中原料、主要副产物的定量分析方法，并 考察了两种分析方法的适用条件以及影响因素。采用海明容量滴定法测定仅氯代十二酸 ( a h d a ) 、十二酸( d a ) 和仅氯代十二酸( 仅c d a ) 的的总含量：建立h p l c 方法测定a 癸 基甜菜碱( 及c b ) 、未反应原料d a 和a c d a 、主要副产物a h d a 的含量。主要得到以 下结论： 建立了海明容量法标定磷钨酸溶液浓度，该方法快速准确，r s d 小于o 3 ，测定结 果与联苯胺重量法一致，因此可以取代联苯胺重量法标定磷钨酸。通过海明返滴定方法 可以准确测定除去三甲胺后a c b 产品中活性物的含量，a c b 平均回收率为1 0 0 3 3 。 a 癸基甜菜碱产品中残留脂肪酸( 包括a c d a 、a h d a 和d a ) 总含量可用溴甲酚 绿两相滴定法直接测定，实验发现：当样品溶液中氯化钠浓度小于5g l 、a c b 的浓度 小于2 0g l 时，分析结果准确，d a 的回收率为9 8 1 0 0 ，体系中的三甲胺对滴定结果 无明显影响，因此产品可以直接用于分析。 采用蒸发光散射检测器( e l s d ) ，运用高效液相色谱，同时分析检测仅癸基甜菜碱产 品组成。分析条件为：c 1 8 色谱柱( 4 6m m x 2 5 0m l t l ，5w n ) ，流动相为乙腈甲醇水的体 积比为4 0 9 ：4 6 6 ：1 2 5 ( 0 5 甲酸) ，流速为0 8m l m i n 。该方法可以对a 癸基甜菜碱 合成产品中的主产物a 癸基甜菜碱( a c b ) 、副产物a 羟基十二酸( a h d a ) 、未反应原料 十二酸( d a ) 和a 氯代十二酸( a c d a ) 进行良好分离和定量分析。该方法结果准确、灵敏 度高，可作为其他方法的参照标准。 选择合适的流动相，实现了用h p l c r i d 方法对a c b 准确定量分析，a c b 在1 6 3 2 烬内呈现出良好的线性关系，检测限为1 2 烬。 由混合脂肪酸合成得到的产品含有不同碳链的a l a b ，通过计算机辅助优化 h p l c e l s d 方法，并经实验验证得到较满意的分离线性梯度洗脱的条件。这为分析混 合a l a b 产品定量分析提供了色谱条件。 关键词：a 癸基甜菜碱；两性表面活性剂；脂肪酸；分析；磷钨酸；两相滴定；h p l c ； e l s d a b s t r a c t a b s t r a c t b yt h ea n a l y s i so fan o v e lt y p eo fa m p h o t e r i cs u r f a c t a n t sa l p h a - l o n gc h a i na l k y l b e t a i n e ( a - l a b ) p r e p a r e dt h r o u g ha m m o n o l y s i s o fl o n gc h a i nf a t t ya c i dd e r i v a t i v e a l p h a - c h l o r o d o d e c a n o i ca c i d 、7 l ，i t l lt r i m e t h y l a m i n e ，t h ec h e m i c a lm e t h o d st o d e t e r m i n e a l p h a - c a p r i cb e t a i n ea n df r e ef a t t ya c i d sw e r ed e v e l o p e d am e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no f a l p h a - c a p r i cb e t a i n e ( a - c b ) ，a l p h a h y d r o x yd o d e c a n o i ca c i dm h d a ) ，d o d e c a n o i ca c i d ( d a ) a n da l p h a - c h l o r i n a t e dd o d e c a n o i ca c i d ( a - c d a ) b yh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) c o u p l e d 谢le v a p o r a t i v el i g h t - s c a t t e r i n gd e t e c t i o n ( e l s d ) a n dr e f r a c t i v ei n d e x d e t e c t o r ( r i d ) w a sd e v e l o p e d ，a n dt h ee f f e c tw a si n v e s t i g a t e d t h em a i np o i n t sw e r ea s f o l l o w s ： an o v e lr a p i dm e t h o df o rt h es t a n d a r d i z a t i o no fp h o s p h o t u n g s t i ca c i dw a sd e v e l o p e db y t i t r a t i o n ，t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o ni sl o w e rt h a n0 3 ，a n dt h er e s u l tw a sc o n s i s t e n t 诵t l l t h eg r a v i m e t r i ca n a l y s i sb yb e n z i d i n e am e t h o dt od e t e r m i n et h ea - l a bb yb a c kt i t r a t i o n 、析t hh a m m i n gw a sd e v e l o p e d ；t h ea v e r a g er e c o v e r yr a t eo fa - c bi s10 0 3 3 am e t h o dt od e t e r m i n et h ef r e ef a t t ya c i d sb yi nr e a c t i o np r o d u c t sw a sd e v e l o p e db y t w o - p h a s et i t r a t i o nw i t hb r o m o c r e s o lg r e e ni n d i c a t o r , a n dt h es c o p eo fa p p l i c a t i o nw a st h e c o n c e n t r a t i o no fn a c ia n da - c bi ns a m p l es o l u t i o nm u s tb el o w e rt h a n5g la n d2 0g l ， r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g er e c o v e r yr a t eo fd a i s9 8 - 10 0 ；t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o ni s l o w e rt h a n0 3 t h e r ei sn oi n f l u e n c eo ft r i me t h y la m i n ei np r o d u c tf o rt h er e s u l t ，s ot h i s m e t h o dc a nd e t e r m i n ef r e ef a t t ya c i d sd i r e c t l y an e wm e t h o do fh p l c e l s dh a sb e e nd e v e l o p e df o rt h es e p a r a t i o na n dq u a n t i t a t i v e a n a l y s i so ft h ec o m p o s eo fa l p h a - c a p r i cb e t a i n e t h i sm e t h o de m p l o y sa ni s o c r a t i ce l u t i o n , m o b i l ep h a s ew a sc o m p o s e do fa c e t o n i t r i l e ，m e t h y l ，w a t e r ( 陟v - - 4 0 9 ：4 6 6 ：1 2 5 ) a n dt h e f l o wo fm o b i l ep h a s ew a sm a i n t a i n e da t0 8m l m i n t h es e p a r a t i o na n dq u a n t i t a t i v eo f a l p h a - c a p r i cb e t a i n e ，a l p h a - h y d r o x yd o d e c a n o i ca c i d ，a l p h a - c h l o r i n a t e dd o d e c a n o i ca c i d ， d o d e c a n o i ca c i dw e r ep e r f o r m e d t h i sm e t h o dh a sah i g ha c c u r a c ya n ds e n s i t i v i t y , s oi tc a nb e t h es t a n d a r d sf o ro t h e rm e t h o d s a 1 1 i g h - p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h yt e c h n i q u e 讲t l lr e f r a c t i v ei n d e xd e t e c t o rh a s b e e nd e v e l o p e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fa - c bb yt h ec h a n g eo fm o b i l ep h a s e t h em i n i m u m l i m i to fd e t e c t i o no fa - c bi sa b o u t1 2p ga n dr a t i oo fm a s st os i g n a li se s s e n t i a l l yl i n e a ri nt h e r a n g e o f l 6 t o3 2t t g am e t h o df o rt h es e p a r a t i o na n a l y s i so fam i x t u r eo fa - l a bp r e p a r e db yf a t t ya c i dm i x e d w a sd e v e l o p e db yc o m p u t e r - a i d e do p t i m i z ea n de x p e r i m e n t a t i o n t h em e t h o dp r o v i d e sa n a n a l y t i c a lc o n d i t i o nf o rq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so ft h em i x t u r eo fa l a b k e y w o r d s ：a l p h a - c a p r i eb e t a i n e ，z w i t t e r i o n i cs u r f a c t a n t ，l o n gc h a i na l k y lb e t a i n e ，f a t t y a c i d ，h p l c ，e l s d i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 期： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：导师签名： 日 期： 刁8 z 、4 第一章绪论 第一章绪论 两性表面活性剂是指在同一分子结构中有可能同时存在被桥链( 碳氢链、碳氟链等) 链接的一个或多个正负电荷中心( 或偶极中心) 的表面活性剂。其结构中通常含有亲油 基和亲水基，亲油基一般是长碳链烃基，亲水基中的阳离子通常由胺基或季铵基组成， 阴离子可以是羧基、磺酸基或磷酸基等。实际应用的两性表面活性剂品种以氨基酸型和 甜菜碱型两性表面活性剂居多。 由于两性表面活性剂亲水基同时具一个或多个正负电荷中心，这使其与其它类型表 面活性剂复配时产生不可替代的协合性或复配性，并具有较好的协同增效作用【l 】，另外， 该类表面活性剂还具有良好的抗静电、防腐、洗涤、分散、乳化、杀菌等性能，而且刺 激性极低、易于生物降解，可用作织物整理助剂、染色助剂、钙皂分散剂、干洗表面活 性剂和金属缓蚀剂等。这也是该类表面活性剂产品越来越引起人们关注的原因1 2 蚓。国 内在两性表面活性剂的研究和应用方面仍处于起步阶段，虽然目前两性表面活性剂的发 展速度较快，但其发展仍不能满足当前人们生产、生活对该类能优良的表面活性剂的需 求。 从两性表面活性剂产品生产角度出发，制约该类表面活性剂迅猛发展的因素主要 有：( 1 ) 由于原料、合成工艺和副反应等众多原因，两性表面活性剂产品中含有刺激性 副产物等杂质较难提纯而且无相关检测标准，这掩盖了此类表面活性剂作为高品质、温 和性品种使用的特色和优势【7 1 ；( 2 ) 目前由于合成路线长、合成工艺复杂、起始原料价 格高，所以该类表面活性剂的价格远高于其它类型表面活性剂。 本课题组以天然脂肪酸的衍生物仅氯代脂肪酸合成了一类新型两性表面活性剂仅长 链烷基甜菜碱( a l a b ) 。该两性表面活性剂与其它两性表面活性剂相比，具有原料价格 低廉、原料来源广泛、合成路线简单及综合性能良好等优点，如果能进一步产业化，将 大大降低目前市场上两性表面活性剂的生产成本，而对此类两性表面活性剂快速、系统、 准确的定量分析是该类表面活性剂工业化的必然要求。因此本文拟通过建立快速、简便 的常规化学分析方法实现对产品的生产过程进行控制，建立准确、系统的仪器分析方法 对产品的质量指标进行检测。 1 1 甜菜碱型两性表面活性剂概述 天然甜菜碱最早由k r u g e r 从甜菜中分离提纯得到。天然甜菜碱具有表面活性，只 有当其中的一个或几个甲基被长碳链的疏水基取代后才具有表面活性，该类物质被称之 为甜菜碱型表面活性剂。1 8 7 6 年，b r u h l 将类似天然产物的化合物命名为甜菜碱。美国 是最早出现两性表面活性剂的专利报道的国家，1 9 4 0 年杜邦公司首次报道甜菜碱系 ( b e t a i n e ) 两性表面活性剂。自此，各国开始研究开发包括甜菜碱系化合物在内的两性表 面活性剂。两性表面活性剂是目前几大类表面活性剂中品种数量最少，开发最晚，但发 展最快的类别。1 9 4 6 年西德首先开发了t e g o 型氨基酸系两性表面活性剂，而两性表面 活性剂真正大量开发和使用是在1 9 5 0 年以后。 江南大学硕士学位论文 据资料统计，美国、日本和西欧的表面活性剂品种中，以两性表面活性剂发展最快， 美国在2 0 世纪8 0 年代就生产了2 0 多种两性表面活性剂商品。近年来，随着原料脂肪 酸成本下降，使得以天然脂肪酸为原料的两性表面活性剂产品生产得到快速的增长，增 国内两性表面活性剂研究起步于2 0 世纪7 0 年代，发展水平也远落后于发达国家。 9 0 年代后，两性表面活性剂发展相对较快，年平均增长率较大。近年来国内已有大量关 于两性表面活性剂合成工艺的报道，但达到规模化生产的商品并不多见。商品化的许多 两性表面活性剂种类价格较高，而且由于两性表面活性剂提纯较难而导致盐类或刺激性 原料杂质的残留，掩盖了其对人体刺激性小的优越性能，与国外产品质量相比仍有很大 目前不得不依赖于进1 2 1 。这不仅制约了国内高档日化产品的开发，而且制约了表面活性 甜菜碱型两性表面活性剂分子的亲水基团是由季铵阳离子和羧酸阴离子( 或磺基等 吗矿艮c 。j c h 3尼= 7 1 7 f i g 1 1t h es t r u c t u r a lr e p r e s e n t a t i o no fa m p h o t e r i cs u r f a c t a n t sb e t a i n e 甜菜碱分子中的甲基也可以被其他取代基取代，得到诸如烷基酰胺丙基甜菜碱 ( a a p b ) 或芳基甜菜碱等；连接正、负电荷中心的碳桥可以增长，得到丙基甜菜碱、丁 丙基甜菜碱或硫酸基甜菜碱等。甜菜碱两性表面活性剂与氨基酸型两性表面活性剂的区 别在于例：由于分子中季铵氮的存在，使其在碱性溶液中不会以阴离子表面活性剂的形 式存在，在不同的p h 范围，甜菜碱两性表面活性剂只会以阳离子或两性离子表面活性 剂形式存在。因此，在等电区，甜菜碱两性表面活性剂不会像其他具弱碱性氮的两性表 甜菜碱型两性表面活性剂易溶于水【l o 】，在较浓的酸、碱中甚至在无机盐的浓溶液中 也能溶解，不易与碱土金属及其他金属离子( 如c u 2 + 、n i 3 + 、z n 2 + 、c r 3 + 等) 起作用。 此外，具有许多优异的物化性能 1 2 】：( 1 ) 具有较高的表面活性：( 2 ) 具有良好的起泡性 2 第一章绪论 和润湿性；( 3 ) 具有良好的乳化性和分散性；( 4 ) 具有良好的耐硬水性；( 5 ) 具有低毒性、 对皮肤和眼睛极低的刺激性；( 6 ) 具有抗静电性、柔和的抗菌作用；( 7 ) 具有良好的生物 降解性：( 8 ) 具有与其他类型表面活性剂良好的配伍协同效应。 甜菜碱型两性表面活性剂与阴离子表面活性剂之间具有的强烈相互作用，在温和 性、泡沫性、粘度、表面活性等方面常常有协同效应。该类型表面活性剂几乎与所有类 型的表面活性剂可复配使用，因而具有十分广泛的应用前景。甜菜碱型两性表面活性剂 产品已经广泛应用于化妆品( 如：洗面奶、洗手液、沐浴露、香波、面膜等) 、牙膏、 食品、纺织、清洗加、工金属抛光、矿物浮选、采油、丝绸染整、皮革加酯等领域。 1 2 两性表面活性剂的分析方法概述 随着我国精细化工工业的迅速发展，两性表面活性剂的应用领域越来越广。虽然国 内表面活性剂的生产已具有一定的规模，但两性表面活性剂目前的品种和产量都比较有 限。目前，两性表面活性剂的分析方法处在探索阶段，现有的方法比较缺乏而且不够完 善，特别是有关两性表面活性剂的微量分析方法更是缺乏。 对两性表面活性剂的结果分析通常运用现代分析技术，如：红外光谱、紫外光谱、 核磁共振谱等手段。运用气相色谱、高效液相色谱分离混合物对组分进行一一测定则是 两性表面活性剂的定量分析的重要手段。 1 2 1 两相反滴定法 1 2 1 1 酸性滴定原理 甜菜碱型两性表面活性剂在强酸性条件下显示阳离子表面活性剂的性质，可与阴离 子表面活性剂十二烷基磺酸钠( s d s ) 络合成盐，过量的s d s 在水相和三氯甲烷的两相介 质中，可用阳离子表面活性剂海明1 6 2 2 标准溶液返滴定法测定其含量，反推计算出甜 菜碱型两性表面活性剂的含量。在甜菜碱型两性表面活性剂溶液中加入过量s d s ，一部 分s d s 与甜菜碱型两性表面活性剂反应生成无色不溶于水的络合物。过量的s d s 与阳 离子染料结合生成粉红色络合物转入氯仿相。在滴定过程中，海明与与水相中的s d s 生成无色的盐并溶于氯仿中。接近滴定终点时，阳离子染料被海明从出有机相中置换出 来并转入水相，这使得氯仿相粉红色褪去。达到滴定终点时，稍过量的海明与阴离子染 料酸性兰1 生成兰灰色络合物并转入氯仿相中。 1 2 1 2 碱性滴定原理 在碱性条件下，甜菜碱型两性表面活性剂显示内盐特征，可用海明1 6 2 2 直接滴定 体系中未反应的脂肪酸，从而计算出a c b 的含量。滴定过程中，脂肪酸与海明反应生 成无色的络合物溶于氯仿层中。滴定终点时，稍过量的海明与水相中的溴甲酚绿指示剂 反应呈兰色并转入氯仿层中。 酸碱滴定法操作简便也不需要使用大型仪器，但灵敏度较低、终点判断误差也较大， 须用其它更精确的方法进行校正。 江南大学硕士学位论文 1 2 2 磷钨酸法 测定原理【1 3 】：在酸性条件下，甜菜碱两性表面活性剂在与苯并红紫4 b 络合成盐。 这种络盐溶在过量的两性表面活性剂中，即使酸性在苯并红紫4 b 的变色范围内也不呈 现酸性色。两性表面活性剂在等电点以下的p h 值时呈阳离子型，所以同样能与磷钨酸 定量反应生成络盐沉淀，而使色素不呈酸性色。用磷钨酸滴定含有指示剂苯并红紫4 b 的两性表面活性剂的盐酸溶液时，磷钨酸首先与未与色素结合的两性表面活性剂络合成 盐，而后两性表面活性剂苯并红紫4 b 的络合物会被磷钨酸分解。在酸性溶液中，色素 在反应等当点时游离出来，并呈示出最初的酸性色兰色，从而确定终点。 通常认为磷钨酸法存在以下不足【1 4 】：测出的活性物含量包含未反应叔胺的量； 若产物中含有未反应胺，则会导致滴定终点难于确定；方法中使用的硝基苯对操作人 员身体健康有害；磷钨酸标准溶液的标定尚有争议。 1 2 3 电位滴定法 在酸碱滴定法中，电位滴定法能滴定不适于用指示剂的弱酸。利用指示剂进行酸碱 滴定，要求在滴定终点时，p u 突跃范围大到2 个p h 单位，否则就看不出指示剂的颜色 变化，所以只能滴定k a ( 离解常数) 大于1 0 刁的弱酸，电位滴定法则能滴定k 小于5 x 1 0 母 的弱酸。它还能在同一样品中连续滴定两种以上的酸。 高氯酸电位滴定采用标准盐酸溶液、标准高氯酸溶液进行滴定，用电位滴定( p h 计控制) 确定终点，可同时测出产物中活性物含量和未反应胺含量。 1 2 3 1 未反应胺的测定 脂肪烷基二甲基甜菜碱的水甲醇溶液，在碱性条件下用石油醚萃取分离，未反应胺 进入石油醚层。蒸发溶剂后，用中性甲醇溶解剩余物，以标准盐酸溶液进行滴定，计算 未反应胺( 即游离胺) 含量。 1 2 3 2 活性物含量的测定 脂肪烷基二甲基甜菜碱的水溶液，用正丁醇萃取分离，未反应胺及活性物同时进入 正丁醇层。蒸发溶剂后，以标准高氯酸溶液进行滴定，滴至终点，游离的高氯酸会引起 电位的突变，作出m v m l 图确定等当点。 采用高氯酸溶液电位滴定法测定甜菜碱活性物含量具有一定的重现性以及准确性， 但该方法的分离步骤较复杂，综合考虑该法还有一些不足：该法采用结晶紫指示液， 终点颜色变化不明显，很难判定终点：采用的高氯酸和冰醋酸有很强的腐蚀性，冰醋 酸还有刺鼻的味道，操作时要特别小心；高氯酸标准溶液放置过久会变成黄色，要经 常配制、标定。另外，此方法测定未反应胺需要进行蒸馏去处石油醚，若未反应胺为沸 点较低的三甲胺( 沸点为3o c ) 则无法准确测定其含量。 因此，该法仍需要进一步进行改进以适应更复杂的情况。 4 第一章绪论 1 2 4 高效液相色谱法 虽然气相色谱早在2 0 世纪初期应用领域就已经非常广泛，但仍有大量的挥发性差 和热不稳定的化合物的分离难题，经典的液相色谱仅仅是用于分析这类化合物的手段。 直到2 0 世纪6 0 年代后期由于新型柱填料、高压输液泵和高灵敏度检测器的出现， 才使液相色谱快速地发展起来，并发展成为高效液相色谱( h i g hp e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ，h p l c ) 。液相色谱法根据分离的机理不同可以分为：液液色谱法、液 固色谱法、离子交换色谱法、离子色谱法和空间排阻色谱等。用于液相色谱的检测器 基本可分为两类：单一型检测器( 如：紫外、荧光等) 和通用型检测器( 如：示差折光、 蒸发光散射检测器等) 。 甜菜碱和甜菜碱型两性表面活性剂是极性较大的两性物质，分子量小于2 0 0 0 ，溶于 水和甲醇，因此可以采用常规反向色谱进行分析。但由于其结构中通常不含共轭双键， 因此在紫外区无吸收，只能通过羧基上的碳氧双键的微弱末端吸收来分析定量，或者通 过柱前衍生的方法引入共轭双键。甄录旭等【l5 】使用磺酸基团键合硅胶的阳离子交换剂 ( s c ) ( ) 为填充剂的色谱柱，以乙腈为流动相，在检测波长为1 9 2n m 处测定枸杞子中甜菜 碱的含量。用该种方法测定甜菜碱或者甜菜碱两性表面活性剂具有很大的局限性，如灵 敏度和检测限受到限制，而且限制了流动相的选择范围。 高效液相色谱紫外检测器( h p l c u v d ) 的方法大多需要柱前衍生和选择吸收不是 很稳定的2 0 0i i i l l 左右的波长进行检测，虽然灵敏度和选择性有了很大的改善，但是操 作较为繁琐误差也较大。而蒸发光检测器( e v a p o r a t i v el i g h ts c a t t e r i n gd e t e c t o r ，e l s d ) 对 检测低挥发性而且不含有生色基团的表面活性剂的检测效果较好。 龚立冬等【l6 】通过高效液相色谱蒸发光散射检测器( h p l c e l s d ) 来测定药材肉苁蓉 中甜菜碱的含量。由于加入弱酸、弱碱或调节缓冲溶液酸度均不能改善甜菜碱在c 1 8 柱 上的保留行为，而加入离子对试剂来抑制甜菜碱的极性又是e l s d 检测所不允许的。若 用离子交换色谱柱，同样不能避免使用盐溶液。于是选择弱极性的氨基柱，利用挥发性 的弱酸作洗脱液分析两性物质甜菜碱。选用甲醇和水作为流动相，利用挥发性的三氟乙 酸( t f a ) 、三乙胺调节水相的p h 值。该测定甜菜碱含量的方法操作快速、简便而且结果 可靠。 图1 2 所示为洗发水中的两种甜菜碱型两性表面活性剂的结构示意图，a n g e l a t e g e l e 等【l 7 j 采用阳离子交换柱( n u c l e o s i l1 0 0 5s a ，5l u n ，2 5 0 x4m i l li d ) ，以7 0 的乙 腈和3 0 的0 0 5m o l l 氢氧化锂水溶液( 用磷酸调节至p h = 1 6 ) 为流动相进行等度洗 脱，以2 1 0n m 为检测波长对上述两性表面活性剂进行色谱分离，取得了较好的分离分 析效果。 江南大学硕士学位论文 入 h 2 c h c 2 h c i h+3基一旷r一童一ch3一02-n-ch2- 坠一旷 hc o r c 掣一c h 2 一c o c lh 3 c ih 3 l a u r e n c ez a n n a 等通过反相h p l c e l s d 高效地分离出7 - - 种磺基甜菜碱型表面 活性剂：s b l 2 、s b l 4 和s b l 6 ，结构如图i - 3 所示。还对s b l 4 进行了定量分析：s b l 4 的 浓度在5 0 - 5 0 0 g m l 区域内和测定结果呈线形关系。检测限( 1 i m i to f d e t e c t i o n ，l o d ) 和定 量限( 1 i m i to f q u a n t i t a t i o n ，l o q ) 分别为2g m e 和1 0g m e 。 c ih + ：，一 r v ( c h 2 卜s 0 3 i 。 c h 3 h o n gs o o np a r k 1 9 1 等通过反相h p l c e l s d m 时分离出t 9 种阳离子、阴离子和非离 子表面活性剂。此法用js p h e r eo d s ( 2 5 0m m 4 6m l t l ，4 岬) 色谱柱以甲醇和水作为流 动相，其中加入0 2 ，r f a 作为洗提液，6 0m i n k 完成。这种方法的误差在5 以下，另 外，测量下限浓度范围为3 5 1 0i t g m l ，在5 4 6 0 0p g r n l 范围内线形相关。 对于较复杂的体系高效液相色谱法具有操作方便快速，样品不用进行预处理，测定 1 3 脂肪酸分析概况 脂肪酸分析方法已有大量报导，最常见的仪器分析方法是气相色谱质谱联用 ( g c m s ) 法。脂肪酸在紫外可见光区吸收较弱，光度法难以准确测赳2 0 1 。 气相色谱质谱联用法常采用酸催化法与碱催化法制备脂肪酸甲酯化产物，普通实 验室即可实现，成本低，速度快。申烨华2 1 1 等用气相色谱质谱联用技术分析扁桃中不同 校正归一化方法对不同脂肪酸进行定量分析，该方法准确度较高。 目前，对脂肪酸分析方法的文献报道较多，除了气相色谱法外，高效液相色谱法也 可以对脂肪酸进行分析。由于g c - m s 测定脂肪酸时灵敏度欠佳，稳定性差，衍生重现性 不够理想等因素。j i n gs u n 2 3 1 等通过在碱性条件下催化碳链长度从l 至3 0 的脂肪酸生成脂 肪酸甲酯，然后在反相c 8 柱上进行梯度洗脱在6 01 1 1 i n 内对这3 0 种脂肪酸进行了较好的分 离。 赵先恩冽等采用荧光衍生试剂1 2 ( 对甲苯磺酸酯) 乙基】2 苯基咪唑 4 ，5 f 1 9 ，1 0 菲 6 第一章绪论 ( t s p p ) 作为柱前衍生化试剂对3 9 种脂肪酸标准品进行衍生，在e c l i p s ex c b c 1 8 柱上进行 梯度洗脱，实现了3 9 种游离脂肪酸衍生物完全分离，使用外标法定量，建立了同时测定 3 9 种脂肪酸绝对含量的方法，对超临界c 0 2 萃取结合正交实验得到的波棱瓜籽油样品及 超声波萃取与微波回流萃取油脂中的脂肪酸进行了定量分析。高效液相色谱荧光检测法 虽具有灵敏度高、重现性好的优点，能够准确全面的分析波棱瓜籽油中的脂肪酸，但普 通实验室难以实现。 比较上述两种方法不难发现，g c m s 法虽灵敏度和重现性低于h p l c f l d 法，但快 速简便，实验条件易实现，通过选择合适的催化剂制备脂肪酸甲酯化产物可使g c 法基 本满足实际生产中检测分析的需要。 化学方法通常采用溴甲酚绿两相滴定法【矧来测定游离脂肪酸含量。脂肪酸在碱性条 件下显示阴离子表面活性剂的性质，可以与阳离子表面活性剂定量反应生成无色的络合 物溶于氯仿层中，溴甲酚绿指示剂在水层；滴定终点时，稍过量的海明与溴甲酚绿指示 剂反应转入氯仿相中，有机层呈蓝色，指示滴定终点。 1 4 立题依据及主要研究内容 1 4 1 立题依据 随着全球石油危机的日益加剧以及人们对环境保护的日益重视，开发天然可再生油 脂替代石油原料合成精细化学品的工艺已经受到普遍关注。本课题组以天然脂肪酸的衍 生物a 氯代脂肪酸合成了一类新型两性表面活性剂a 长链烷基甜菜碱( a l a b ) 。该两性 表面活性剂与其它两性表面活性剂相比，具有原料价格低廉、原料来源广泛、合成路线 简单及综合性能良好等优点，如果能进一步产业化，将大大降低目前市场上两性表面活 性剂的生产成本，带来丰厚的经济效益，并产生显著的社会效益，促进国内的两性表面 活性剂行业赶上时代发展的步伐。 a 长链烷基甜菜碱的合成路线分两步，第一步是氯代反应：以脂肪酸为原料，在催 化剂作用下与氯气反应制备中间体a 氯代脂肪酸；第二步是氨解反应：由仅氯代脂肪酸 与三甲胺在碱性条件下，经季铵化反应合成得到a 长链烷基甜菜碱。本课题组研究生王 义友、蒋良宇分别对该合成路径的一、二两步进行了优化，得到了较好的结果。本文主 要从a 长链烷基甜菜碱产品分析的角度出发，建立快速、简便的常规化学分析方法实现 对产品的生产过程进行控制，建立准确、系统的仪器分析方法对产品的质量指标进行检 测。 1 4 2 主要研究内容 基于上述目标，本论文主要对以下几个方面展开研究： 1 建立快速测定a 长链烷基甜菜碱以及残留脂肪酸的化学方法，并考察各自的适用范 围以及受影响的因素； 2 选择合适的液相色谱分离条件，对a 癸基甜菜碱产品的组成进行分析； 3 建立分离含有不同碳链的a 长链烷基甜菜碱产品的h p l c e l s d 方法。 7 第二章化学方法定量分析a 癸基甜菜碱及残留脂肪酸 第二章化学方法定量分析倪癸基甜菜碱及残留脂肪酸 2 1 引言 甜菜碱型两性表面活性剂与其它两性表面活性剂的区别在于：由于分子中季铵氮的 存在，使其在碱性溶液中不会以阴离子表面活性剂的形式存在，在不同的p h 范围，甜 菜碱型两性表面活性剂只会以两性离子或阳离子表面活性剂的形式存在。a 长链烷基甜 菜碱的结构式为： + n ( c h 3 ) 3 r n c h c o o 本课题组以脂肪酸为原料通过氯代反应、氨解反应合成a l a b 。反应式如下图2 1 所示。( 1 ) 为反应生成的6 【l a b ，( 2 ) 为副产物及羟基脂肪酸。 c r n + lc o o h 名静r n c i + , n ( c h 3 ) 3 r n c 。h c o o ( 1 ) o h r n c ih c o o h ( 2 ) n2 l o ，1 2 ，1 4 ，1 6 图2 - 1a - 长链烷基甜菜碱的合成路径及主要副产物 f i g 2 一ls y n t h e s i sr o u t eo fa l p h a - l o n gc h a i na l k y lb e t a i n ea n dt h ea c c e s s o r yp r o d u c t 关于反l a b 的分析方法，与离子型表面活性剂定量分析方法的研究对比，两性表 面活性剂定量分析的研究较少。一般传统的化学分析方法有磷钨酸法、铁氰化钾法等容 量法，以及电位差滴定法 2 5 , 2 6 1 和半微量碘化铋的络合滴定法等；仪器的分析方法有：光 谱法【2 7 1 、薄层扫描色谱法、高效液相色谱法( h p l c ) 2 8 - 2 9 等，r g e r h a r d s 等对甜菜碱 型两性表面活性剂的几种分析方法进行了系统的研究。 用磷钨酸测定两性表面活性剂活性物含量的方法是1 9 7 2 年竺井、矢野和木村等【3 u 首次采用的。该法适用于甜菜碱型、咪唑琳型等各种类型的两性表面活性剂。经过改进 后的磷钨酸容量法【3 2 】以其具有操作简单、快速等优点目前被广泛应用于两性表面活性剂 常规分析。 甜菜碱型两性表面活性剂在等电点以下的p h 值时呈阳离子型，可与磷钨酸定量反 应形成络合物，但用直接滴定法终点变化不明显、回收率较低。 将酸性条件下的甜菜碱型两性表面活性剂与过量的磷钨酸标准溶液混合生产沉淀， 离心分离得一定浓度的磷钨酸溶液。在酸性条件下以苯并红紫4 b 为作指示剂，用海明 标准溶液滴定。体系最初为指示剂在酸性条件下的兰色，滴定过程中，海明会与磷钨酸 生成白色沉淀，过量的海明与指示剂形成表面活性剂色素络合物( 红色) ，确定为终点， 根据海明、磷钨酸的浓度和体积求得两性表面活性剂的浓度和含量。 a 一癸基甜菜碱m c b ) 产品中会含有少量未反应长链脂肪酸以及其衍生物，脂肪酸及 其衍生物在碱性条件下显示阴离子表面活性剂的性质，并且可以与阳离子表面活性剂定 9 江南大学硕士学位论文 量反应，据此利用溴甲酚绿两相滴定法测定其中的残留脂肪酸( 残留脂肪酸) 总量。 a 癸基甜菜碱在碱性条件下不显示阴离子表面活性剂的性质，对测定过程无干扰。 滴定过程中，残留脂肪酸与海明1 6 2 2 反应生成无色的络合物溶于氯仿层中，溴甲酚兰 指示剂在水层；滴定终点时，稍过量的海明与溴甲酚兰指示剂反应转入氯仿相中，有机 层呈兰色，指示滴定终点。 2 2 实验材料 2 2 1 实验试剂 2 3 实验过程 2 3 1 磷钨酸标准溶液的配制 取1 1 2g 磷钨酸固体，用去离子水溶解并定容至1l 容量瓶中，采用联苯胺重量法对 其进行标定【3 3 】。 移取2 5m l 上述磷钨酸溶液，边搅拌边缓慢滴加过量的联苯胺水溶液2 5m l 让其完全 生成沉淀。浊液煮沸2 3m i n 后放冷，用g 4 砂芯漏斗过滤，固体于1 2 0o c 恒温烘箱中干燥 2 - 3h 后冷却称重。根据沉淀质量计算磷钨酸标准溶液的浓度 1 0 第二章化学方法定量分析q 癸基甜菜碱及残留脂肪酸 c 12 丽l u uj ， 式中，胁一络盐沉淀质量m g ； 2 6 3 0 5 络盐的摩尔质- 量m g m o l 。 2 3 2 海明标准溶液的配制 将海明1 6 2 2 于1 0 5o c 的烘箱中恒重( 约4 - 6h ) 后，准确称取冷却过后的海明固体 1 7 5 - 1 8 5g ，用去离子水溶解并定容至ll 的容量瓶中。 2 3 3 溴甲酚绿指示剂的配制 称取n a 2h p 0 43 0 4 9 ，n a 3 p 0 42 4 7 9 于5 0 0 m l 烧杯中，用4 0 0m l 去离子水溶解， 再加入8 0m l 正丙醇后，移取8m l 溴甲酚绿原液，即可。 2 3 4 海明容量法标定磷钨酸 取5m l 未知浓度的磷钨酸溶液于锥形瓶中，加入1 5m l 盐酸( o 1m o l l ) 、3 滴o 1 苯并红紫4 b 指示剂和7 滴硝基苯，然后用0 0 0 4m o l l 海明1 6 2 2 标准溶液进行标定，以溶 液由蓝色变为红色为终点判断依据。根据消耗海明的体积计算磷钨酸标溶液的浓度 q = 孕 式中，c 2 一海明标准溶液浓度m o l l ； 吩一消耗海明标准溶液的体积m l ； c l 一磷钨酸溶液的浓度m o l - l 。 2 3 5 活性物测定 准确称取0 15 0 2 0g 左右的脱除残留三甲胺后的6 c c b 两性表面活性剂产品，用盐酸 调节至p h 2 ，再用去离子水定容至1 0 0m l ，移取1 0m l 上述样品待测液于5 0m l 塑料离 心管中，加入过量的磷钨酸标准溶液，振摇。将上述浑浊液离心后取上清液，加入苯并 红紫4 b 指示剂和硝基苯，然后用海明标准溶液滴定，以溶液由蓝色变为红色为终点判断 依据。活性物含量 ，一( c l k c 2 v 0 m ，y 一 1 0 0 m 式中，c l 一磷钨酸溶液的浓度m o l l 一； h 一移取磷钨酸溶液的体积m l ； c 2 海明标准溶液浓度m o l l ； 圪一消耗海明标准溶液的体积m l ； m 一活性物的分子量儋t o o l ； m 一称取含有活性物产品的质量僮。 江南大学硕士学位论文 2 3 6 脂肪酸总含量的测定 准确称取a - c b 两性表面活性剂产品0 15 0 2 0g ，用n a o h 溶液调节至碱性，再用 去离子水定容至1 0 0m l ，移取1 0m l 样品待测液于具塞量筒中，并向其中加入2 5m l 溴甲酚绿指示剂和1 5m l 三氯甲烷，振荡均匀后用0 0 0 4m o l l 海明标准溶液进行滴定， 当上层蓝色开始转入氯仿层时，降低加入速度，以上层蓝色完全转移至下次为终点，脂 肪酸的质量分数 w ：旦坠 1 0 0 m 式中，c 叫每明标准溶液浓度m o l l ； 卜消耗海明标准溶液的体积m l ； 恤活性物的分子量儋m o l ； 舯一称取含有活性物产品的质量儋。 2 4 结果与讨论 2 4 1 两种磷钨酸标定方法比较 两种磷钨酸标定方法的比较见表2 1 ，两种标定方法得出的磷钨酸的浓度一致。但 从实验操作上看，海明容量法具有操作更为简便，不需要进行多次烘干恒重，耗时由原 来的一天减少至lh 左右，而且单次标定消耗磷钨酸的量少。 表2 - 1 磷钨酸溶液的标定 t a b 2 - 1s t a n d a r d i z a t i o no fp h o s p h o t u n g s t i ca c i d 2 4 2 海明返滴定法回收实验 在一定浓度的反c b 产品中加入质量不等仅c b 纯品，然后定容至1 0 0m l ，用海明返 滴定法测定上述待测液中a c b 的含量并求出回收率，结果见表2 2 。从该表中可以看出， 该方法的回收率为9 9 1 0 1 ，r s d d x 于1 5 。这表明采用海明返滴定法具有较好的准确 性，可用于对a c b 的定量分析。 1 2 第二章化学方法定量分析a 癸基甜菜碱及残留脂肪酸 2 4 3 三甲胺对海明返滴定法的影响 在一定浓度的a c b 产品中分别加入相同体积不同浓度的三甲胺水溶液，用