摘要 以辛基二茂鐵為原材料，利用常壓色譜柱結合環(huán)糊精包結分離制得 (2- 辛基 )- 二茂鐵、(3- 辛基 )- 二茂鐵、(4- 辛基 )- 二茂鐵 3 種相對純度均大于 99.5% 的辛基二茂鐵同分異構體，作為標準物質候選物。利用氣相色譜法檢測，考察標準物質候選物的均勻性和穩(wěn)定性，用氣相色譜 – 質譜法、核磁共振法分析候選物中雜質的結構，確定其類型。用內標法和主成分自身對照法對不同的雜質進行定值，并對定值不確定度進行評定。(2-辛基)-二茂鐵、(3-辛基)-二茂鐵、(4- 辛基 )- 二茂鐵的純度分別為 99.5%，99.5%，99.8%，擴展不確定度均為 0.2％ (k=2)。該標準物質可為相關物質的檢測提供量值溯源標準。

二茂鐵及其衍生物是一類非苯芳環(huán)金屬夾心結構有機化合物，具有良好的氧化還原性及熱穩(wěn)定性。在茂環(huán)上引入不同的取代基，得到多種二茂鐵烷基取代衍生物，可應用于不同領域。辛基二茂鐵作為二茂鐵的衍生物，是目前使用最廣泛的火箭燃速催化劑，可促進燃料的充分燃燒并起到消煙作用。其催化活性與二茂鐵結構單元的量直接相關，而二茂鐵上取代基的大小會影響二茂鐵結構單元的量，取代基異構會影響其與推進劑的相容性及其在推進劑中的遷移性。目前在國防軍工、化工催化等領域中應用的辛基二茂鐵是采用正辛基氯為烷基化試劑，在酸催化下進行二茂鐵烷基取代反應而合成的一種烷基鏈異構的異構體混合物。反應過程中由于鏈重排，產物中不可避免地包含 (2- 辛基 )– 二茂鐵、(3- 辛基 )– 二茂鐵和 (4- 辛基 )– 二茂鐵 3 種同分異構體 ( 見圖 1)。這 3 種同分異構體性質極其相似，加之金屬有機化合物沸點較高，很難通過常規(guī)方法分離。

目前國內外還沒有這 3 種同分異構體的標準物質，導致相關產品在高新技術領域的應用受阻。因此研究制備辛基二茂鐵同分異構體標準物質，并對其主要有機雜質進行高精度定值，這對辛基二茂鐵作為催化劑的應用具有重要意義。

筆者以辛基二茂鐵為原料，利用常壓色譜柱結合環(huán)糊精包結分離的方法制備了(2-辛基)–二茂鐵、(3- 辛基 )– 二茂鐵、(4- 辛基 )– 二茂鐵 3 種高純度辛基二茂鐵同分異構體標準物質候選物 ( 以下簡稱候選物Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ )。這類候選物中水分及無機雜質含量很低，主要雜質為殘留的有機溶劑與有機雜質。重點分析 3 種候選物中主要有機雜質 ( 含有機溶劑 )的定值技術，依此獲得辛基二茂鐵同分異構體標準物質的純度值，為金屬有機化合物同分異構體在高新技術領域的應用提供技術支撐。

1　實驗部分

1.1　主要儀器與試劑

氣相色譜儀：GC9800 型，上?？苿?chuàng)色譜儀器有限公司；

核磁共振氫譜儀：AVANCF–400MHZ 型，德國Bruker 儀器有限公司；

氣相色譜 – 質聯(lián)用儀：GCMS–QP2010 型，日本島津公司；

正己烷：色譜純，天津市紅巖化學試劑廠；

辛基二茂鐵：工業(yè)級，營口天元化工研究所股份有限公司；

正辛基二茂鐵：純度為 99.6%，自制；

萘：色譜純，天津市紅巖化學試劑廠；

六甲基二硅醚 (HMDSO) ：光譜純，純度為99.7% ；

實驗用水為超純水。

1.2　標準物質候選物制備方法

參照文獻以辛基二茂鐵為原料，利用中性氧化鋁柱對辛基二茂鐵進行分離，分別得到純度較高的 C16- 二茂鐵和 C8- 二茂鐵混合制劑。再用Immo-CD–1 柱 ( 環(huán)糊為固定相，硅膠為擔體，固擔比為 1∶4，流動相為正己烷與環(huán)己烷，梯度洗脫，水的質量分數(shù)為 4%) 對混合制劑進行分離，得到高純度的 (4- 辛基 )- 二茂鐵，同時得到純度較高的 (3- 辛 基 )- 二茂鐵及 (2- 辛基 )- 二茂鐵與 (3- 辛基 )- 二茂鐵的混合物。用 Immo-CD–1 柱對 (3- 辛基 )- 二茂鐵進行分離，得到高純度的 (3- 辛基 )- 二茂鐵。用Immo-CD–2 柱 ( 羥丙基 –β- 環(huán)糊精為固定相，硅膠為擔體，固擔比為 4∶1，流動相為正己烷，水的質量分數(shù)為 5.7%) 對 (2- 辛基 )– 二茂鐵和 (3- 辛基 )– 二茂鐵的混合物進行反復過柱分離，得到高純度的 (2-辛基 )– 二茂鐵。

1.3　儀器工作條件

1.3.1 氣相色譜儀

色譜柱：SE–54 型毛細管柱 (30 m×0.25 mm，0.25 μm，填料為 5% 苯基 –95% 甲基聚硅氧烷，非極性固定相，溫度上限 320℃，低流失，美國賽默飛世爾科技公司；分流比：1∶50 ；載氣：高純氮氣；進樣體積：0.5 μL ；進樣口溫度：260℃；升溫程序：230℃保持 10 min，然后以 5℃／min 升溫至 260℃，保持 9 min。

1.3.2 氣相色譜 – 質譜聯(lián)用儀

色譜柱：SE–54 毛細管柱 (30 m×0.25 mm，0.25μm，美國賽默飛世爾科技公司 ) ；辛基二茂鐵原料進樣量：0.04 μL；分流比為 1∶501∶50 ；載氣：高純氮氣；氣化室溫度：260℃；柱箱升溫程序：230℃保持 10 min，以 5℃／min 升溫至 260℃；FID 檢測器溫度：260℃。

1.3.3　核磁共振氫譜儀

在 Φ=5 mm 核磁管中加入試樣 0.1 g、六甲基二硅醚內標溶液 0.2 g，以氘代試劑作溶劑，內標溶液的體積分數(shù)為 0.1%，以其核磁信號與待測溶劑信號響應在同一動態(tài)水平即可；脈沖角度：30°；脈沖延遲：30 s。

2　標準物質制備

利用常壓色譜柱結合包結分離方法制備 3 種辛基二茂鐵同分異構體標準物質候選物。利用氣相色譜面積歸一化法對獲得的 3 種辛基二茂鐵同分異構體進行初步檢驗，結果見表 1。

由表 1 可知，辛基二茂鐵 3 種同分異構體的純度較高，可以作為辛基二茂鐵同分異構體純度標準物質候選物。

3　標準物質的均勻性及穩(wěn)定性檢驗

3.1　標準物質的包裝

由于候選物制備過程復雜，成本較高，尤其是該標準物質主要用于色譜儀器的校準，每次用量較小，所以選用可書寫、帶刻度、棕色螺紋口自動進樣瓶 (1 g) 進行包裝與密封。瓶蓋選用黑色開孔擰蓋，含白色聚四氟乙烯／紅色硅橡膠隔墊，瓶內含支腳的插管，支腳采用聚四氟乙烯材料，每瓶含標準物質100 mg。

3.2　標準物質均勻性檢驗

分別在 3 種候選物的 150 個樣品中隨機抽取15 個樣品，每個樣品分上、中、下 3 個部位采樣，最小采樣量為 0.01μL。采用氣相色譜面積歸一化分析主成分含量，根據(jù)瓶間與瓶內方差檢驗的 F 值判定樣品的均勻性，(2- 辛基 )- 二茂鐵純度標準物質均勻性檢驗結果見表 2。

對表 2 數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算得 F=0.48, 利用同樣的方法得到 (3- 辛基 )- 二茂鐵、(4- 辛基 )- 二茂鐵純度標準物質均勻性檢驗結果的統(tǒng)計值分別為F=1.58，F(xiàn)=1.32，查表得臨界值 F0.05(14,30)=2.0?？梢?，研制的 3 種候選物均勻性檢驗 F 統(tǒng)計計算結果均小于臨界值 F0.05(14，30)，符合標準物質候選物對均勻性的有關要求。

3.3　標準物質穩(wěn)定性檢驗

根據(jù) JJF 1343–2012 《標準物質定值的通用原則及統(tǒng)計學原理》考察標準物質在特定保存條件下的穩(wěn)定性。在 12 個月內按“先密后疏”的原則進行 6 次穩(wěn)定性試驗，每次測試 8 個樣品，用 t 統(tǒng)計檢驗法考察其穩(wěn)定性，統(tǒng)計結果見表 3。查表得 t0.05(5)＝ 2.57。由表 3 可知，統(tǒng)計量 t 值的絕對值均小于臨界值 t0.05(5)，說明 3 種候選物在 12 個月內穩(wěn)定。

4　標準物質中有機溶劑及有機雜質的定值

4.1 定值方法

辛基二茂鐵是一種極性很小的金屬有機化合物，依據(jù)其合成、分離提純工藝，可以判斷這類候選物中的水分及無機雜質含量很低，其主要雜質應為殘留的有機溶劑和有機雜質，因此需要對殘留的有機溶劑及有機雜質進行準確定值。

為了對其進行準確定值，首先要分析各有機溶劑、有機雜質結構，確定雜質組成。依據(jù)不同類型的雜質選用相應的定值方法。采用氣相色譜 – 質譜聯(lián)用技術、核磁共振技術確定候選物中各雜質的結構，用氣相色譜面積歸一化法對主成分相對純度進行估測，雜質種類及定值方法等見表 4。

由表 4 可以看出，候選物中除了殘留的有機溶劑外，還含有多種二茂鐵的同系物雜質，對這些雜質進行高精度定值是定值工作的重點和難點。

與高效液相色譜法相比，氣相色譜法對微量有機溶劑及有機雜質的定值具有分離效率高，可高精確定量測定的特點，因此采用氣相色譜法對各雜質進行定值。選用氣相色譜法對上述殘留有機溶劑、有機雜質進行定值時首先要選擇上述各雜質的標準 物質或工作標準。

對殘留溶劑正己烷定值時選用色譜純的正己烷為工作標準，純度以 100% 計，萘為內標。

對殘留在 (3- 辛基 ) 二茂鐵中的同分異構體雜質，如 (2- 辛基 ) 二茂鐵和 (4- 辛基 ) 二茂鐵定值時，選用本方法制備的 (2- 辛基 ) 二茂鐵和 (4- 辛基 ) 二茂鐵候選物為工作標準，純度以 100% 計，內標法定值，以純度大于 99.5% 的正辛基二茂鐵為內標。

對于二茂鐵同系物雜質 1- 丙基 -3- 戊基二茂鐵和 1，1- 二丁基二茂鐵，由于目前國內外沒有相應的標準物質，也沒有相關的試劑或工業(yè)品。按照《中華人民共和國藥典 (2015 年版 )》第四部( 以下簡稱《藥典》)，擬采用不加校正因子的主成分自身對照法進行定值。

4.2　定值結果

4.2.1　殘余溶劑

按照 4.1 方法對殘余溶劑正己烷進行定值，定值結果見表 5。

4.2.2　有機雜質

按照表 6 精密配制各溶液。選擇色譜純的正己烷為工作標準，純度以 100% 計，萘為內標，對其進行精確定值。

取不同體積含內標的候選物樣品溶液，梯度進樣 (2.4，3.2，4.0，4.8，5.6，6.4 μL)，記錄內標物與候選物主成分的色譜峰面積 An，Ad，分別繪制主成分濃度和內標濃度對其色譜峰面積的回歸曲線，以主成分回歸直線斜率與內標回歸直線斜率之比計算校正因子 ƒi，結果見表 7。

對 3 種辛基二茂鐵同分異構體標準物質候選物的有機雜質進行定值，對樣品共測試 12 組數(shù)據(jù)，采用格拉布斯 (Grubs) 法或狄克遜 (Dixon) 法進行統(tǒng)計，剔除可疑值，求得平均值及標準偏差。

依據(jù)保留時間確定同分異構體雜質種類 i 并記錄其色譜峰面積，按式 (1) 計算相應雜質濃度，進而得到其在候選物中的相對含量。

式中：cx——候選物的質量濃度，mg／mL ；

ƒi——候選物 i 相對于內標的校正因子；

Ax——候選物的色譜峰面積；

cs——內標物的質量濃度，mg／mL ；

As——內標物的色譜峰面積。

表 8 為候選物Ⅱ中的雜質 (3- 辛基 )- 二茂鐵和候選物Ⅲ中雜質 (2- 辛基 )- 二茂鐵與 (4- 辛基 )- 二茂鐵的定值結果。

采用藥典 2015 第四部所述的不加校正因子主成分自身對照法對候選物中的雜質 1- 丙基 -3- 戊基二茂鐵、1，1- 二丁基二茂鐵進行定值，按式 (2) 計算。

式中：ωi—— 樣品中有機雜質的含量，g／g ；

Ai——有機雜質的色譜峰面積；

A1——內標物的色譜峰面積。

表 9 為候選物Ⅱ中 1,1- 二丁基二茂鐵和 1- 丙 基 -3- 戊基二茂鐵雜質的定值結果。

5　標準物質定值結果

5.1　定值結果及驗證

根據(jù)機雜質定值分析結果，得到 3 種辛基二茂鐵同分異構體標準物質的定值結果，見表 10。

利用氣相色譜 ( 面積歸一化法 ) 對定值結果進行驗證。假設兩種方法的定值結果均服從正態(tài)分布，采用 t 檢驗法，構造統(tǒng)計量 t ：

式中：X ——樣品中雜質 i 的平均值；

u0——樣品中雜質 i 的總體均值；

sn)——樣品中雜質 i 的標準差；

n——樣品容量。

給定顯著性水平 α=0.01，查表可得臨界值t0.005(11)=3.105 8，兩種方法檢測結果無顯著差異的拒絕域：

對候選物Ⅱ進行檢驗，自身對照法給定樣本值為99.47%，氣相色譜面積歸一化法給定樣本值為99.40%，99.45%，99.52%，99.30%，99.36%，99.49%，99.36%，99.49%，99.36%，99.60%，99.54%，99.50%，99.49%，99.48%。

根據(jù)式 (3) 計算得t的觀察值

故接受假設,兩種方法在統(tǒng)計學上無顯著性差異。

同樣：候選物Ⅲ的t觀察值

候選物Ⅳ的t觀察值

證明兩種方法定值結果在統(tǒng)計學上無顯著性差異。

5.2　定值不確定度分析

制備的辛基二茂鐵同分異構體標準物質是一種極性較小的金屬有機化合物，3 種標準物質均為均勻的液體，加之二茂鐵芳香結構穩(wěn)定性好，故均勻性和儲存穩(wěn)定性引起的不確定度均不考慮。重點考察雜質中溶劑、辛基二茂鐵同分異構體等有機雜質定值的不確定度。

根據(jù) JJF 1059.1–2012 《測量不確定度的評定和表示》計算其標準不確定度，計算時需分別估算A 類不確定度和 B 類不確定度，A 類不確定度評定結果由貝塞爾公式法計算得出，按文獻合理估計 B 類不確定度，有機溶劑及有機雜質的定值不確定度見表 11。

對表 11 中各不確定度分量進行合成，得 3 種辛基二茂鐵同分異構體標準物質定值結果不確定度和擴展不確定度，定值結果及不確定度見表 12。由表12 可知，研制的辛基二茂鐵同分異構體標準物質的純度分別為 99.5%，99.5%，99.9%，擴展不確定度均為 0.2%(k=2)。

6　結語

利用環(huán)糊精包結分離制備得到 3 種高純度辛基二茂鐵同分異構體，用氣相色譜法考察了 3 種高純辛基二茂鐵同分異構體標準物質候選物的均勻性和穩(wěn)定性，采用氣相色譜 – 質譜聯(lián)用技術、核磁共振技術確定候選物中各雜質的結構從而確定雜質的種類。依據(jù)有機雜質有無標準物質，分別采取內標法以及不加校正因子的主成分自身對照法對其中辛基二茂鐵同分異構體雜質進行定值，并對定值結果的不確定度進行了評定。3 種辛基二茂鐵標準物質的純度均大于 99.5%。該標準物質定值結果準確，為相關物質的分析檢測提供了量值溯源標準。