Neiontový ether celulózy pomocí plynové chromatografie

Obsah substituentů v neiontovém etheru celulózy byl stanoven plynovou chromatografií a výsledky byly porovnány s chemickou titrací z hlediska časové náročnosti, provozu, přesnosti, opakovatelnosti, ceny atd. a byla diskutována teplota kolony. Vliv chromatografických podmínek jako je délka kolony na separační efekt. Výsledky ukazují, že plynová chromatografie je analytická metoda hodná popularizace.
Klíčová slova: neiontový ether celulózy; plynová chromatografie; obsah substituentů

Mezi neiontové ethery celulózy patří methylcelulóza (MC), hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC), hydroxyethylcelulóza (HEC) atd. Tyto materiály jsou široce používány v lékařství, potravinářství, ropě atd. Protože obsah substituentů má velký vliv na účinnost ne- iontových etherových materiálů celulózy je nutné přesně a rychle stanovit obsah substituentů. V současnosti většina tuzemských výrobců používá pro analýzu tradiční metodu chemické titrace, která je náročná na práci a je obtížné zaručit přesnost a opakovatelnost. Z tohoto důvodu tato práce studuje metodu stanovení obsahu neiontových etherových substituentů celulózy plynovou chromatografií, analyzuje faktory ovlivňující výsledky testu a přináší dobré výsledky.

1. Experiment
1.1 Nástroj
Plynový chromatograf GC-7800, výrobce Beijing Purui Analytical Instrument Co., Ltd.
1.2 Reagencie
Hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC), hydroxyethylcelulóza (HEC), domácí; methyljodid, ethyljodid, isopropanjodid, kyselina jodovodíková (57 %), toluen, kyselina adipová, o-diToluen byl analytické čistoty.
1.3 Stanovení plynovou chromatografií
1.3.1 Podmínky plynové chromatografie
Kolona z nerezové oceli ((SE-30, 3% Chmmosorb, WAW DMCS); teplota odpařovací komory 200 °C; detektor: TCD, 200 °C; teplota kolony 100 °C; nosný plyn: H2, 40 ml/min.
1.3.2 Příprava standardního roztoku
(1) Příprava roztoku vnitřního standardu: Vezměte asi 6,25 g toluenu a vložte do odměrné baňky o objemu 250 ml, zřeďte po značku o-xylenem, dobře protřepejte a odstavte.
(2) Příprava standardního roztoku: různé vzorky mají odpovídající standardní roztoky a zde jsou jako příklad použity vzorky HPMC. Do vhodné lahvičky přidejte určité množství kyseliny adipové, 2 ml kyseliny jodovodíkové a roztoku vnitřního standardu a lahvičku přesně zvažte. Přidá se vhodné množství jodoisopropanu, zváží se a vypočte se množství přidaného jodoisopropanu. Znovu přidejte methyljodid, zvažte rovnoměrně, vypočítejte množství, které přidá methyljodid. Plně vibrujte, nechte stát pro stratifikaci a chraňte před světlem pro pozdější použití.
1.3.3 Příprava roztoku vzorku
Přesně navažte 0,065 g suchého vzorku HPMC do 5 ml tlustostěnného reaktoru, přidejte stejnou hmotnost kyseliny adipové, 2 ml roztoku vnitřního standardu a kyseliny jodovodíkové, rychle uzavřete reakční láhev a přesně ji zvažte. Protřepejte a zahřívejte na 150 °C po dobu 60 minut, během této doby řádně protřepávejte. Ochlaďte a zvažte. Pokud je ztráta hmotnosti před a po reakci větší než 10 mg, roztok vzorku je neplatný a roztok je třeba znovu připravit. Poté, co byl roztok vzorku ponechán stát pro stratifikaci, opatrně odeberte 2 μl roztoku horní organické fáze, vstříkněte jej do plynového chromatografu a zaznamenejte spektrum. Další neiontové vzorky etheru celulózy byly ošetřeny podobně jako HPMC.
1.3.4 Princip měření
Vezmeme-li HPMC jako příklad, je to směsný ether alkylhydroxyalkyl celulózy, který se zahřívá společně s kyselinou jodovodíkovou, aby se rozbily všechny methoxylové a hydroxypropoxyletherové vazby a vytvořil se odpovídající jodoalkan.
Za vysoké teploty a vzduchotěsných podmínek, s kyselinou adipovou jako katalyzátorem, HPMC reaguje s kyselinou jodovodíkovou a methoxyl a hydroxypropoxyl se přemění na methyljodid a isopropanjodid. Při použití o-xylenu jako absorbentu a rozpouštědla je úlohou katalyzátoru a absorbentu podporovat úplnou hydrolyzační reakci. Toluen je vybrán jako roztok vnitřního standardu a methyljodid a isopropanjodid jsou použity jako standardní roztok. Podle ploch píku vnitřního standardu a standardního roztoku lze vypočítat obsah methoxylu a hydroxypropoxylu ve vzorku.

2. Výsledky a diskuse
Chromatografická kolona použitá v tomto experimentu je nepolární. Podle teploty varu každé složky je pořadí píku methyljodid, isopropanjodid, toluen a o-xylen.
2.1 Srovnání mezi plynovou chromatografií a chemickou titrací
Stanovení obsahu methoxylů a hydroxypropoxylů v HPMC chemickou titrací je poměrně vyspělé a v současnosti se běžně používají dvě metody: metoda podle lékopisu a vylepšená metoda. Obě tyto dvě chemické metody však vyžadují přípravu velkého množství roztoků, operace je komplikovaná, zdlouhavá a značně ji ovlivňují vnější faktory. Relativně řečeno, plynová chromatografie je velmi jednoduchá, snadno se učí a rozumí.
Výsledky obsahu methoxylu (w1) a obsahu hydroxypropoxylu (w2) v HPMC byly stanoveny plynovou chromatografií a chemickou titrací. Je vidět, že výsledky těchto dvou metod jsou velmi blízké, což naznačuje, že obě metody mohou zaručit přesnost výsledků.
Při porovnání chemické titrace a plynové chromatografie z hlediska spotřeby času, snadnosti provozu, opakovatelnosti a nákladů výsledky ukazují, že největší výhodou fázové chromatografie je pohodlí, rychlost a vysoká účinnost. Není potřeba připravovat velké množství reagencií a roztoků a měření vzorku zabere více než deset minut a skutečná ušetřený čas bude větší než statistika. U metody chemické titrace je lidská chyba při posuzování konečného bodu titrace velká, zatímco výsledky testu plynové chromatografie jsou méně ovlivněny lidskými faktory. Plynová chromatografie je navíc separační technika, která odděluje reakční produkty a kvantifikuje je. Pokud dokáže spolupracovat s jinými měřicími přístroji, jako je GC/MS, GC/FTIR atd., lze jej použít k identifikaci některých složitých neznámých vzorků (modifikovaná vlákna) Velmi výhodné jsou produkty obyčejného etheru, kterému se chemická titrace nevyrovná . Navíc reprodukovatelnost výsledků plynové chromatografie je lepší než u chemické titrace.
Nevýhodou plynové chromatografie je vysoká cena. Náklady od zřízení stanice pro plynovou chromatografii až po údržbu přístroje a výběr chromatografické kolony jsou vyšší než u metody chemické titrace. Různé konfigurace přístroje a testovací podmínky také ovlivní výsledky, jako je typ detektoru, chromatografická kolona a volba stacionární fáze atd.
2.2 Vliv podmínek plynové chromatografie na výsledky stanovení
Pro experimenty s plynovou chromatografií je klíčové určit vhodné chromatografické podmínky pro získání přesnějších výsledků. V tomto experimentu byly jako suroviny použity hydroxyethylcelulóza (HEC) a hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC) a byl studován vliv dvou faktorů, teploty kolony a délky kolony.
Když je stupeň separace R ≥ 1,5, nazývá se úplná separace. Podle ustanovení „Čínského lékopisu“ by R mělo být větší než 1,5. V kombinaci s teplotou kolony při třech teplotách je rozlišení každé složky větší než 1,5, což splňuje základní požadavky na separaci, kterými jsou R90°C>R100°C>R110°C. Pokud vezmeme v úvahu faktor tailingu, tailing factor r>1 je tailing peak, r<1 je přední pík, a čím blíže je r k 1, tím lepší je výkon chromatografické kolony. pro toluen a ethyljodid, R90°C>R100°C>R110°C; o-xylen je rozpouštědlo s nejvyšším bodem varu, R90°C
Vliv délky kolony na experimentální výsledky ukazuje, že za stejných podmínek se mění pouze délka chromatografické kolony. Ve srovnání s plněnou kolonou 3m a 2m jsou výsledky analýzy a rozlišení u 3m kolony lepší a čím delší kolona, ​​tím lepší je účinnost kolony. Čím vyšší hodnota, tím spolehlivější je výsledek.

3. Závěr
Kyselina jodovodíková se používá ke zničení etherové vazby neiontového etheru celulózy za vzniku jodidu s malou molekulou, který se oddělí plynovou chromatografií a kvantifikuje se metodou vnitřního standardu, aby se získal obsah substituentu. Kromě hydroxypropylmethylcelulózy zahrnují ethery celulózy vhodné pro tuto metodu hydroxyethylcelulózu, hydroxyethylmethylcelulózu a methylcelulózu a způsob úpravy vzorku je podobný.
Ve srovnání s tradiční metodou chemické titrace má analýza obsahu substituentů neiontového etheru celulózy plynovou chromatografií mnoho výhod. Princip je jednoduchý a snadno pochopitelný, obsluha pohodlná a není třeba připravovat velké množství léků a činidel, což výrazně šetří čas analýzy. Výsledky získané touto metodou jsou v souladu s výsledky získanými chemickou titrací.
Při analýze obsahu substituentů plynovou chromatografií je velmi důležité zvolit vhodné a optimální chromatografické podmínky. Obecně může snížení teploty kolony nebo zvýšení délky kolony účinně zlepšit rozlišení, ale je třeba dbát na to, aby se zabránilo kondenzaci složek v koloně kvůli příliš nízké teplotě kolony.
V současné době většina tuzemských výrobců stále používá pro stanovení obsahu substituentů chemickou titraci. Vzhledem k výhodám a nevýhodám různých aspektů je však plynová chromatografie jednoduchou a rychlou testovací metodou, kterou stojí za to podporovat z pohledu vývojových trendů.