壬基酚聚氧乙烯醚(NPEOn)具有优异的乳化性、润湿性和增溶性，曾被广泛应用于纺织、印染、农药、油漆和化妆品等行业[1]，但因其生物降解性差、生物毒性高[2-3]和生态环境中累积性强[4-5]，故而在全球范围内被禁用或限用[6]。目前，已有多种替代品种的尝试[7-8]，本实验室前期也报道了一类直接对壬基酚进行结构改性的产品：壬基环己醇聚氧乙烯醚(NCEOn)的性质和性能[9]。初步实验结果表明，由于NCEOn与NPEOn的结构相似，因此表面化学性质和综合应用性能均十分相近，且由于分子中不再含难以生物降解和高环境毒性的酚砌块，因而NCEOn具有对NPEOn升级换代的潜能[9]。
醇醚类非离子表面活性剂产品中聚氧乙烯(PEO)的分布性，聚乙二醇(PEG)副产物含量，特别是残留原料醇含量[10]均会影响产品的性质，而仲醇原料由于反应活性差易导致残留醇含量高，因此有必要对NCEOn新产品中残留原料醇壬基环己醇(NC)含量、PEG含量和PEO分布性等进行定量分析，为NCEOn的开发与应用提供指导。由于目前尚缺少快速检测NCEOn中残留原料醇的方法，因此本文将重点研究一种正相高效液相色谱方法(NP HPLC)，使其适用于快速检测NCEOn产品中残留原料醇质量分数，并能够同时满足快速跟踪检测和提供产品技术指标的需要。
NC、壬基环己醇聚氧乙烯醚-7(NCEO7)和壬基环己醇聚氧乙烯醚-9(NCEO9)均为江苏凌飞科技股份有限公司产品；乙腈和甲醇(色谱级)，其它试剂均为分析纯，购自国药集团上海化学试剂有限公司；超纯水(电阻率为18.2 MΩ[DK1]·cm)采用美国Millipore Synergy UV超纯水系统自制。
反相高效液相(RP HPLC)采用Ultimate 3000 RS型高效液相色谱仪配备紫外检测器(HPLC-UV，美国赛默飞世尔科技公司)。NP HPLC分别采用1525型高效液相色谱仪配备蒸发光散射检测器(HPLC-ELSD，美国Waters公司)；1100型高效液相色谱仪配备示差折光检测器(HPLC-RID，美国安捷伦公司)；ZMD 4000型电喷雾质谱仪(ESI MS, 美国Waters公司)。
用对甲苯磺酰氯(TsCl)分别衍生化NC和NCEO9获得对甲苯磺酸壬基环己酯(NCTs)和对甲苯磺酸壬基环己醇聚氧乙烯醚-9酯(NCEO9Ts)。进样为1 mg/mL的乙腈溶液，经0.45 μm滤膜过滤后用不同反相柱测定NC含量。1)RP HPLC-ODS-2 C18-UV法:WondaCract ODS-2 C18色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；进样量20 μL；流动相: A-乙腈，B-水，流速0.8 mL/min；梯度洗脱程序为0~15 min，60%~40% B及15~25 min，40%~0% B；UV检测波长225 nm。2)RP HPLC-XL C18-UV法:Accucore XL C18色谱柱(250 mm×4.6 mm，4 μm)；进样量20 μL；流动相为90%甲醇，流速0.5 mL/min；UV检测波长225 nm。3)RP HPLC-Hedera C8-UV法:Hedera C8色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；进样量20 μL；流动相为90%甲醇，流速0.5 mL/min；UV检测波长225 nm。
进样为20 mg/mL的样品的乙酸乙酯溶液，经0.45 μm滤膜过滤后用正相柱组合不同检测器测定NC含量(w(NC))。1)NP HPLC-NH2-ELSD法:Inertsil NH2色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；进样量10 μL；流动相：0~6.5 min，0.65 mL/min乙酸乙酯，6.5~7.5 min，0.6 mL/min乙酸乙酯~1 mL/min乙腈，7.5~70 min，1 mL/min乙腈；ELSD条件为雾化压力25 psi，雾化器温度30 ℃，漂移管温度40 ℃。2)NP HPLC-NH2-RID法:Inertsil NH2色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；进样量10 μL；流动相为乙酸乙酯，流速为0.65 mL/min；RID条件：柱温和检测器温度均为30 ℃。
参考Weilbull法[11]测定NCEOn中的聚乙二醇含量。将含有m(NECOn)(g)的NCEOn溶于75 mL乙酸乙酯中，分别用50 mL食盐水(质量分数23%)萃取3次得水相；再分别用50 mL乙酸乙酯萃取水相3次，100 mL氯仿萃取水相2次，收集氯仿相并除去氯仿得PEG并称重m(PEG)(g)；按式(1)计算聚乙二醇的质量分数(w(PEG))：
|
$w{\rm{(PEG)}} = \frac{{m{\rm{(PEG)}}}}{{m{\rm{(NCE{O}}}_n)}} \times 100\% $ |
(1) |
配制0.1 mg/mL的NCEOn的甲醇溶液，用正离子模式ESI MS表征NCEOn的PEO分布性，根据n±2范围内的NCEOn相对丰度之和占NCEOn样品总相对丰度的百分比表征EO多分散指数(PDI)。
醇醚型非离子表面活性剂中残留原料醇含量的分析方法已经从早期的分馏、萃取、吸附柱色谱和薄层色谱等发展到目前的胶束电动毛细管电泳(MECC)[12]、凝胶色谱(GPC)[13]、气相色谱(GC)[14]和HPLC[15-17]等。GC仅适于分析沸点较低的低PEO醇醚产品，GPC适于分析高PEO醇醚产品的相对分子质量分布，HPLC适用于分析几乎所有醇醚产品；而添加离子型表面活性剂的MECC[12]分析结果的准确性可与HPLC相媲美，但方法的普适性和检测灵敏度尚需进一步提高[18]。鉴于HPLC具有普适性，本文将尝试用其定量分析NCEOn产品中的NC。由于RP HPLC通常用于辨识混合碳链的醇醚产品，或由单一原料醇制备醇醚产品中的残留醇含量和PEO分布性[17]；而NP HPLC适合分析醇醚产品中的PEO分布性[19]，尽管对分析疏水碳链分布不够灵敏，但分析残留原料醇含量的灵敏度较高，因而可能更适于定量分析NCEOn中残留NC含量。
为增强NCEO9和NC在紫外区域的吸收强度，分别用TsCl衍生化得NCEO9Ts和NCTs，采用3种RP HPLC法分析并优化后的结果见图 1。NCEO9Ts和NCTs保留时间相近，因此二者分离度小，表明3种RP HPLC法均不能满足NCEOn产品中残留NC含量的定量分析，这与文献[20]中分离NPEO9的结果相似。因此，本文将采用更高极性固定相的色谱柱研究NC与NCEOn的分离和定量分析。
A.RP HPLC-ODS-2 C18-UV method; B.RP HPLC-XL C18-UV method; C.RP HPLC-Hedera C8-UV method
进一步尝试胺基色谱柱和有机流动相，采用无需繁琐衍生化过程的ELSD和RID检测手段，考察两种NP HPLC法定量分析NC的适用性。
NP HPLC-NH2-ELSD法分析NC和NCEO9的优化结果见图 2A，NC的保留时间(RT)为5.50 min，且与其它峰无重叠。对比图 1可知该法中NC与NCEO9的分离度显著高于RP HPLC法，证实高极性固定相有利于NC与NCEO的分离。不同质量浓度NC的HPLC谱线见图 2B，NC浓度与ELSD响应信号的双对数工作曲线见图 2C，其回归方程为lg y=3.46919lg x+6.97054，线性相关系数R2为0.9993，表明该方法在0.021~0.79 mg/mL浓度范围可用于分析NCEOn产品中NC含量。
A. Chromatograms of NC and NCEO9; B.Chromatograms of NC with diffierent concentrations; C. Calibration curve of NC
ELSD检测器的漂移管温度为45和40 ℃时NC检测结果如图 3，当漂移管温度为45 ℃时开始出现较弱的NC信号(图 3A)，进一步降至40 ℃时NC的信号显著增强(图 3B)且基线基本平稳，但继续降低温度将增强NC信号和流动相的背景信号而不利于NC的定量分析，这是因为高漂移管温度会导致可挥发性被检测物及流动相的挥发而同时降低样品和背景信号，低漂移管温度有利于增强可挥发性被检测物NC的信号。因此，过于严苛的漂移管温度适宜范围不利于应用该方法。
A.45℃ B.40℃
图 4A为NP HPLC-NH2-RID法分析NC和NCEO9的优化结果。由于NC中存在异构体，两种异构体的RT分别为5.30和5.70 min，其中RT为5.7 min的色谱峰与其它峰无重叠。不同质量浓度NC的HPLC图如图 4B所示，NC浓度与RID响应信号的工作曲线见图 4C，其回归方程为y=108539x-491，线性相关系数R2为0.9998，表明该方法在0.0417~1.006 mg/mL浓度范围内线性相关性良好，可用于分析NCEOn产品中残留NC含量。由3倍信噪比(S/N=3)得知该方法的NC最低检测限(LOD)为9.8 μg/mL。NCEO9产品的NC加标回收率实验结果见表 1。相对标准偏差(RSD)小于5%，表明该方法可用于NCEOn中残留NC含量的工业常规分析[21]。用NP HPLC-NH2-RID法分析两种NCEOn产品中w(NC)的结果见表 2，结果表明NCEO7和NCEO9均具有很低的NC含量，低于一般醇醚型表面活性剂中残留原料醇含量，满足应用于化妆品或个人洗护用品等民用产品的要求，同时说明NC的转化率(CNC)已经高达99.5%以上。
A. Chromatograms of NC and NCEO9; B.Chromatograms of NC with diffierent concentrations; C. Calibration curve of NC
下载:
导出CSV
| Original/(mg·g-1) | Added/(mg·g-1) | Recovery/% | RSD/% |
| 1.833 | 1.004 | 91.77 | 2.49 |
| 1.373 | 2.562 | 107.6 | 4.49 |
| 1.373 | 4.898 | 96.77 | 1.59 |
下载:
导出CSV
| NCEOn | w(NC)/% | CNC/% | w(PEG)/% |
| NCEO7 | 0.158 | 99.6 | 7.10 |
| NCEO9 | 0.139 | 99.6 | 7.30 |
采用Weilbull法[11]测定NCEOn产品中w(PEG)的结果也列于表 2，PEG在NCEO7和NCEO9质量分数分别为7.1%和7.3%，符合国标GB/T 17829-1999相应环氧乙烷(EO)加合数的聚氧乙烯化脂肪醇中聚乙二醇含量要求。采用连续式乙氧基化反应器能够进一步降低PEG含量，PEG虽然不显著影响醇醚产品的浊点、表面活性和润湿性等性质，可是高PEG含量使产品中总活性物含量降低因而降低产品品质。
用正离子模式ESI MS表征了NCEO7和NCEO9的结构，结果见图 5。图 5A中m/z在332~904之间且间隔为44的峰是EO加合数为2~15的[NCEOn+NH4]+的准分子离子峰，m/z在337~909之间且间隔为44的峰是EO加合数为2~15的[NCEOn+Na]+的准分子离子峰，表明NCEO7与其它脂肪醇聚氧乙烯醚一样具有相似的多分布性[22]；由n=7±2的相对丰度之和占总相对丰度的百分比可知NCEO7的PDI为85.0%，表明NCEO7属于窄分布产品。图 5B中m/z在332~860之间且间隔为44的峰是EO加合数为2~14的[NCEOn+NH4]+的准分子离子峰，m/z在381~953之间且间隔为44的峰是EO加合数为3~16的[NCEOn+Na]+的准分子离子峰，表明NCEO9也具有多分布性；由NCEO9的PDI(n=9±2)为88.6%可知NCEO9同样也具有窄分布性。
采用反相高效液相色谱(RP HPLC)和正相HPLC(NP HPLC)两类5种方法分析壬基环己醇聚氧乙烯醚(NCEOn)产品中壬基环己醇(NC)质量分数(w(NC))，并进行比较和初步条件优化，结果表明NP HPLC类方法比RP HPLC类方法更适用，可以将NC与NCEOn分离。由于NP HPLC-ELSD方法中漂移管温度条件过于严苛，而NP HPLC-RID方法更为简单和可靠，因此建立了定量分析w(NC)的NP HPLC-RID法。该法的回收率为91.77%~107.6%，RSD小于5%，最低检测限(LOD)为9.8 μg/mL，重复性好，可以为进一步开发NCEOn替代NPEOn的品质控制提供支持。由该法测得NCEO7与NCEO9中w(NC)分别为0.158%和0.139%，说明NC的转化率已经高达99.5%以上；同时Weilbull法测得其中w(PEG)分别为7.1%和7.3%，电喷雾质谱(ESI MS)结果表明其PDI分别为85.0%和88.6%。上述结果表明，NCEOn产品具有NC残留量少、聚乙二醇(PEG)含量低和产品聚氧乙烯(PEO)窄分布特征，加之前期报道的优良性能，表明该产品具有在化妆品或个人洗护用品等民用产品中替代NPEOn的潜能。
Ding J, Song B, Wang C. Synthesis and Characterization of Sodium Nonylphenol Ethoxylate(10) Sulfoitaconate Esters[J]. J Surfactants Deterg, 2011, 14(1): 43-49. doi: 10.1007/s11743-010-1201-z
Zhang Q, Wang F, Xue C. Comparative Toxicity of Nonylphenol, Nonylphenol-4-Ethoxylate and Nonylphenol-10-Ethoxylate to Wheat Seedlings(Triticum Aestivum L.)[J]. Ecotoxicol Environ Saf, 2016, 131: 7-13. doi: 10.1016/j.ecoenv.2016.04.035
Yuan S, Ji X, Ma M. Comparative Toxicity Study of a Novel Non-Ionic Surfactant, Vanillin Ethoxylates, and Nonylphenol Ethoxylates in Chinese Hamster Ovary Cells in Vitro[J]. J Environ Sci China, 2019, 82: 70-81. doi: 10.1016/j.jes.2019.02.029
Zgola-Grzeskowiak A, Grzeskowiak T, Rydlichowski R. Determination of Nonylphenol and Short-Chained Nonylphenol Ethoxylates in Drain Water from an Agricultural Area[J]. Chemosphere, 2009, 75(4): 513-518. doi: 10.1016/j.chemosphere.2008.12.022
Ademollo N, Patrolecco L, Rauseo J. Bioaccumulation of Nonylphenols and Bisphenol A in the Greenland Shark Somniosus Microcephalus from the Greenland Seawaters[J]. Microchem J, 2018, 136: 106-112. doi: 10.1016/j.microc.2016.11.009
Boethling R S, Sommer E, Difiore D. Designing Small Molecules for Biodegradability[J]. Chem Rev, 2007, 107(6): 2207-2227. doi: 10.1021/cr050952t
姚永丽, 刘津南, 黄甦萍. 窄分布脂肪醇聚氧乙烯醚在清洗中替代壬基酚聚氧乙烯醚的可行性探讨[J]. 中国洗涤用品工业, 2016,9,48-56. YAO Yongli, LIU Jinnan, HUANG Suping. Possibility Research on Replacement of Nonylphenol Ethoxylates by Narrow Range Ethoxylates in Cleaning Application[J]. China Clean Ind, 2016, 9: 48-56.
孙美玲, 梁雪芬, 胡学一. 十二烷基苄基聚氧乙烯醚的合成与性能[J]. 中国洗涤用品工业, 2016,10,40-45. SUN Meiling, LIANG Xuefeng, HU Xueyi. Synthesis and Properties of Laurylbenzyl Ethoxylates[J]. China Clean Ind, 2016, 10: 40-45.
任琮琳, 孟新宇, 胡益涛. 壬基环己醇聚氧乙烯醚表面活性剂的性能研究[J]. 日用化学工业, 2019,49,(4): 209-213+237. doi: 10.3969/j.issn.1001-1803.2019.04.001REN Conglin, MENG Xinyu, HU Yitao. Study of the Properties of Nonylcyclohexanol Polyoxyethylene Ether[J]. China Surfactant Deterg Cosmet, 2019, 49(4): 209-213+237. doi: 10.3969/j.issn.1001-1803.2019.04.001
Santacesaria E, Tesser R, Serio M D. Polyethoxylation and Polypropoxylation Reactions:Kinetics, Mass Transfer and Industrial Reactor Design[J]. Chinese J Chem Eng, 2018, 26(6): 1235-1251. doi: 10.1016/j.cjche.2018.02.020
非离子表面活性剂聚乙二醇含量和非离子活性物(加成物)含量的测定Weilbull法[S].北京: 中国标准出版社, 2003.GB/T 5560-2003. Nonionic Surface Active Agents-Determination of Polyethylene Glycols and Nonionic Active Matter(Adducts)-Weilbull Method[S]. Beijing: China Standards Press, 2003(in Chinese).GB/T 5560-2003.
Heinig K, Vogt C, Werner G. Separation of Nonionic Surfactants by Capillary Electrophoresis and High-Performance Liquid Chromatography[J]. Anal Chem, 1998, 70(9): 1885-1892. doi: 10.1021/ac9709155
庄美华, 郇宇. 凝胶渗透色谱法测脂肪醇聚氧乙烯醚产品的相对分子质量分布[J]. 化学世界, 2002,43,(7): 354-356. doi: 10.3969/j.issn.0367-6358.2002.07.006ZHUANG Meihua, HUAN Yu. Relative Molecular Mass Distribution Measurement of Aliphatic Alcohol Ethoxylates by Gel Permeation Chromatography[J]. Chem World, 2002, 43(7): 354-356. doi: 10.3969/j.issn.0367-6358.2002.07.006
Marcomini A, Zanette M. Chromatographic Determination of Non-Ionic Aliphatic Surfactants of the Alcohol Polyethoxylate Type in the Environment[J]. J Chromatogr A, 1996, 733(1/2): 193-206.
Rissler K. High-Performance Liquid Chromatography and Detection of Polyethers and Their Mono(Carboxy) Alkyl and -Arylalkyl Substituted Derivatives[J]. J Chromatogr A, 1996, 742(1/2): 1-54.
Cretier G, Podevin C, Rocca J L. Analysis of Aliphatic Alcohol Ethoxylates in Terms of Alkyl And Ethylene Oxide Chain Lengths by Reversed-Phase Liquid Chromatography with Evaporative Light Scattering Detection[J]. J Chromatogr A, 2000, 874(2): 305-310.
Miszkiewicz W, Szymanowski J. Analysis of Nonionic Surfactants with Polyoxyethylene Chains by High Performance Liquid Chromatography[J]. Crit Rev Anal Chem, 1996, 25(4): 203-246.
夏海涛, 刘玉芬, 陈红卫. 蒸发光散射检测器HPLC法测定大豆低聚糖[J]. 应用化学, 2006,23,(4): 462-464. doi: 10.3969/j.issn.1000-0518.2006.04.030XIA Haitao, LIU Yufen, CHEN Hongwei. Analysis of Soybean Oilgosaccharides by HPLC with ELS Detector[J]. Chinese J Appl Chem, 2006, 23(4): 462-464. doi: 10.3969/j.issn.1000-0518.2006.04.030
成晓东, 张铮. L-异亮氨酸键合色谱固定相的制备及其性能[J]. 应用化学, 2019,36,(6): 726-732. CHENG Xiaodong, ZHANG Zheng. Preparation and Chromatographic Evaluation of a L-Isoleucine-Bonded Chromatographic Stationary Phase[J]. Chinese J Appl Chem, 2019, 36(6): 726-732.
Nunez L, Turiel E, Tadeo J L. Determination of Nonylphenol And Nonylphenol Ethoxylates in Environmental Solid Samples by Ultrasonic-Assisted Extraction and High Performance Liquid Chromatography-Fluorescence Detection[J]. J Chromatogr A, 2007, 1146, (2): 157-163.
刘燕伟, 陈奇丹, 马彤梅. 基于QuEChERS-HPLC法检测油炸食品中丙烯酰胺的含量[J]. 应用化学, 2014,31,(4): 489-495. LIU Yanwei, CHEN Qidan, MA Tongmei. Determination of Acrylamide in Fried Foods Based on QuEChRS-HPLC Method[J]. Chinese J Appl Chem, 2014, 31(4): 489-495.
苑春莉, 周围, 解迎双. 脂肪醇聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂的质谱解析及色谱分离研究[J]. 质谱学报, 2013,34,(4): 215-225. YUAN Chunli, ZHOU Wei, XIE Yingshuang. Mass Spectrometry Analysis and Chromatographic Separation of Fatty Alcohol Polyoxyethylene Ether Nonionic Surfactants[J]. J Chinese Mass Spectrom Soc, 2013, 34(4): 215-225.
图 1 RP HPLC法分析NCTs和NCEO9Ts的色谱图
Figure 1 Chromatograms of NCTs and NCEO9Ts by RP HPLC
A.RP HPLC-ODS-2 C18-UV method; B.RP HPLC-XL C18-UV method; C.RP HPLC-Hedera C8-UV method
图 2 NP HPLC-NH2-ELSD法分析NC和NCEO9的结果
Figure 2 Determination results of NC and NCEO9 by NP HPLC-NH2-ELSD
A. Chromatograms of NC and NCEO9; B.Chromatograms of NC with diffierent concentrations; C. Calibration curve of NC
图 3 漂移管温度对NP HPLC-ELSD法分析NC结果的影响
Figure 3 The effect of shift tube temperatures on the determination results of NC by NP HPLC-ELSD
A.45℃ B.40℃
图 4 NP HPLC-NH2-RID法分析NC和NCEO9的结果
Figure 4 Determination results of NC and NCEO9 by NP HPLC-RID
A. Chromatograms of NC and NCEO9; B.Chromatograms of NC with diffierent concentrations; C. Calibration curve of NC
表 1 NC的加入回收试验(n=5)
Table 1. Spike recoveries of NC in NCEO9(n=5)
| Original/(mg·g-1) | Added/(mg·g-1) | Recovery/% | RSD/% |
| 1.833 | 1.004 | 91.77 | 2.49 |
| 1.373 | 2.562 | 107.6 | 4.49 |
| 1.373 | 4.898 | 96.77 | 1.59 |
下载: 导出CSV
表 2 NCEOn中NC和PEG含量分析结果
Table 2. NC and PEG contents in NCEOn
| NCEOn | w(NC)/% | CNC/% | w(PEG)/% |
| NCEO7 | 0.158 | 99.6 | 7.10 |
| NCEO9 | 0.139 | 99.6 | 7.30 |
下载: 导出CSV
扫一扫看文章
扫一扫关注我们
