石 蕾李偉松師浩淳許春建

（天津大學化工學院化學工程國家重點實驗室，天津300072）

草酸二甲酯（dimethyl oxalate），又名乙二酸二甲酯，作為重要的化工和醫(yī)藥原料，常被用于制備各種萃取劑、黏合劑、增塑劑及多種醫(yī)藥中間體，如用來合成維生素B13，代替草酸二乙酯合成5-甲基-3-甲酰基異惡唑，加氫制備乙醇酸甲酯、乙二醇［1-2］，與氨作用合成草酰胺以用作緩釋化肥或冷凝劑［3］等。

由于草酸二甲酯是煤制乙二醇過程中重要的中間產(chǎn)物，各行業(yè)及科研院所開始研究利用CO這種清潔能源制備草酸二甲酯的新方法［4-7］，但利用草酸與甲醇進行催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)草酸二甲酯這種傳統(tǒng)工藝仍是工業(yè)化生產(chǎn)的主要方式。為詳細研究草酸與甲醇的酯化反應(yīng)過程，需要對反應(yīng)過程中各時刻的樣品組成進行檢測，但是由于對全部組分的實時檢測較復(fù)雜，難以進行，所以根據(jù)酯化反應(yīng)方程式發(fā)現(xiàn)，只需準確測定草酸與草酸二甲酯的含量，就可根據(jù)各物質(zhì)之間的定量關(guān)系計算出各時刻反應(yīng)液中的物質(zhì)組成，進而研究草酸與甲醇的酯化反應(yīng)機理。

對于草酸含量的檢測，已知文獻中主要有酸堿滴定法［8］、電化學發(fā)光法［9］、氣相色譜法［10］以及液相色譜法［11-13］等。其中酸堿滴定法中堿性物質(zhì)的存在會使得樣品中一部分草酸二甲酯水解，即便采用非水滴定，也不能準確判斷滴定終點；采用電化學發(fā)光法操作繁瑣，不能快速測出草酸含量；由于草酸遇熱易分解，故利用氣相色譜準確測定草酸含量時需對草酸進行衍生化，而衍生化處理時間較長，且無法判斷衍生是否完全，所以氣相色譜法也無法準確測定草酸含量。

本研究針對生成草酸二甲酯的酯化反應(yīng)體系，建立簡單、快速的反相高效液相色譜法，該方法能夠準確測定草酸及草酸二甲酯的含量。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：Shimadzu Prominence LC-20A型高效液相色譜儀，配有紫外可變波長檢測器（SPD-20A），Shimadzu液相色譜工作站和Inertsil ODS-SP柱（4.6mm×150mm，5 μm）；microBench pH600 型 pH 計；UV765型紫外可見分光光度計；TTL-6A型超純水器。

草酸二甲酯，阿拉丁試劑（中國）有限公司，分析純；無水草酸，阿拉丁試劑（中國）有限公司，分析純；乙腈，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司，色譜純；磷酸，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司，色譜純；水，自制超純水。

1.2 色譜條件

流動相：A相為磷酸水溶液（pH＝2.7），B相為乙腈。A與 B混合體積比為60∶40，流速0.7 mL/min，柱溫：25 ℃，檢測波長：254 nm，進樣量：2.5 μL。

1.3 實驗方法

儲備液的配制：精確稱取草酸二甲酯1.210 g，用乙腈作為溶劑，采用50 mL容量瓶定容，配成草酸二甲酯儲備液，濃度為 24.19 g/L；取無水草酸1.007 g，用乙腈定容至50 mL，配成草酸儲備液，濃度為20.13 g/L；用草酸二甲酯和草酸的儲備液配制成標準混合溶液。

標準溶液的配制：按照表1中所示的配比分別移取不同體積的草酸二甲酯及草酸儲備液，配制成一系列不同濃度的標準溶液，各標準溶液的質(zhì)量濃度如表2所示。在1.2節(jié)色譜條件下，對5份標準混合溶液進行色譜分析。

表1 儲備液的移取體積Table 1 Volume of stock solutions

表2 標準溶液的質(zhì)量濃度Table 2 Mass concentration of standard solutions

所配制的標準溶液及待測樣品均須經(jīng)過0.45 μm的有機濾膜過濾處理備用。在1.2節(jié)色譜條件下對待測樣品進行色譜分析，采用標準曲線法對數(shù)據(jù)進行處理，即可得到樣品中草酸及草酸二甲酯的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的確定

2.1.1 檢測波長的確定

利用UV765型紫外可見分光光度計對草酸標樣、草酸二甲酯標樣及流動相分別在200～400 nm的波長范圍內(nèi)進行全波長掃描。結(jié)果表明，在掃描波長范圍內(nèi)草酸的最大吸收峰位于200 nm，且其在300 nm之前均有吸收，具體的草酸紫外光譜圖如圖1所示。草酸二甲酯的最大吸收波長為254 nm；流動相的最大吸收波長為204 nm，且根據(jù)檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)流動相在225 nm之前均存在吸收。為消除流動相吸收對檢測結(jié)果的影響，檢測波長需大于225 nm。同時，為了保證檢測結(jié)果更為準確，需要將某種待測組分的最大吸收波長作為檢測波長，因而在大于225 nm的波長范圍內(nèi)，可將草酸二甲酯的最大吸收波長254 nm作為實驗的檢測波長，在此檢測波長下草酸的吸收強度也能滿足檢測的要求。

圖1 草酸的紫外光譜圖Fig.1 Ultraviolet spectrogram of oxalic acid

2.1.2 流動相的選擇

考慮到草酸與甲醇在常溫條件下可快速反應(yīng)生成草酸二甲酯，故流動相中不可含有甲醇。分別以乙腈-水、乙腈-磷酸水溶液及純水為流動相考察分離結(jié)果。

實驗結(jié)果顯示，以乙腈-水或純水為流動相時，由于草酸在含有大量水的流動相中易解離出2個氫離子，導(dǎo)致草酸的色譜圖出現(xiàn)雙峰或拖尾等現(xiàn)象。以乙腈-磷酸水溶液為流動相時，由于在流動相中加入酸可抑制酸的電離，改善各物質(zhì)色譜峰形以及分離度，故使用此流動相時，各物質(zhì)的峰形及選擇性較乙腈-水或純水流動相有明顯改善，各峰保留時間合適，峰形窄尖，分離度較為理想，符合分離要求。

2.1.3 流動相的優(yōu)化

流速對草酸二甲酯及草酸的分離有一定影響，當流速增加時，色譜峰變窄，保留時間變短，分離度變??；當流速減小是，色譜峰變寬，保留時間變長，分離度增大。綜合考慮保留時間及分離度兩個因素，選定流動相流速為0.7 mL/min。

分別以乙腈-磷酸水溶液（60∶40、70∶30 和 80∶20，體積比）為流動相進行等度洗脫，隨著流動相中乙腈的比例不斷增加，草酸二甲酯及草酸的分離度逐漸減小。綜合考慮泵壓、分離度、保留時間及色譜柱壽命等因素，選擇乙腈-磷酸水溶液（60∶40，體積比）為流動相，柱溫為25℃。

從色譜分析條件考慮，若酸的電離常數(shù)為pKa，則流動相的最適宜pH值滿足2≤pH≤pKa2［14］。 草酸的一級電離常數(shù)pKa1為1.27，二級電離常數(shù)pKa2為4.27。據(jù)此，流動相的pH值應(yīng)滿足2.00≤pH≤2.27。磷酸含量的增加雖能很好的抑制酸的電離，但長時間使用酸性流動相對色譜柱的使用壽命有不良影響。酸性過強會加速草酸二甲酯樣品在流動性中的水解程度，加大測量誤差。綜合考慮兩種物質(zhì)的分離效果、測量誤差及酸性條件對色譜柱性能的影響，確定流動相的pH值為2.70。

最適宜色譜條件下測得的草酸及草酸二甲酯色譜圖如圖2所示。

圖2 草酸及草酸二甲酯的高效液相色譜圖Fig.2 HPLC chromatography of oxalic acid and dimethyl oxalate

2.2 線性關(guān)系與檢出限

分別對不同濃度的標準溶液進行定量分析，以峰面積y對質(zhì)量濃度x作線性回歸，回歸曲線如圖3所示，回歸方程如下：

草酸的線性回歸方程為：y＝110681x+88401，R2＝0.9996。

草酸二甲酯的回歸方程為：y＝88704x+5448.1，R2＝0.9998。

在已確定的色譜條件下分析，以3倍信噪比計算草酸二甲酯的檢出限為1.21 mg/L，草酸的檢出限為 1.01 mg/L。

2.3 加標回收率和精密度

分別將不同濃度的草酸二甲酯及草酸標準品加入到已知濃度的混合樣品中，并用乙腈定容至10 mL，以1.2節(jié)的色譜條件對加標樣品重復(fù)進樣測定5次，計算草酸和草酸二甲酯的加標回收率及相對標準偏差（RSD），結(jié)果見表3。

圖3 草酸及草酸二甲酯的標準曲線圖Fig.3 Standard curves of oxalic acid and dimethyl oxalate

表3 草酸及草酸二甲酯的加標回收率Table 3 Recoveries of oxalic acid and dimethyl oxalate

2.4 樣品的測定

在生成草酸二甲酯的反應(yīng)液中取適量樣品，在優(yōu)化后的色譜條件下進行定量分析，每個樣品重復(fù)進樣4次，通過兩種物質(zhì)的標準曲線計算出各物質(zhì)的濃度，分析結(jié)果如表4所示。

表4 草酸二甲酯樣品的分析結(jié)果Table 4 Analysis results of dimethyl oxalate samples

3 結(jié)論

建立了在草酸二甲酯生產(chǎn)過程中，利用反相高效液相色譜定量分析草酸二甲酯和草酸的方法。實驗結(jié)果表明，在優(yōu)化的色譜條件下，反應(yīng)液中的草酸二甲酯與草酸得到很好的分離。該方法具有回收率高，重復(fù)性好，操作方便等優(yōu)點。

［1］程能林.溶劑手冊［M］.第4版.北京：化學工業(yè)出版社，2008

［2］彭敏.用草酸二甲酯替代草酸二乙酯合成磺胺甲惡唑［J］. 中國醫(yī)藥指南，2012，10（14）：73-75 Pengmin.Synthesis of sulfamethoxazole using dimethyl oxalate instead of diethyl oxalate［J］.Guide of China Medicine，2012，10（14）：73-75（in Chinese）

［3］胡玉容，王科，李揚，等.新型緩釋氮肥草酰胺［J］.化工技術(shù)與開發(fā)，2012，41（10）：31-33 Hu Yurong，Wang Ke，Li Yang，et al．New type of slow-release nitrogen fertilizer oxamide［J］.Technology＆ Development of Chemical Industry，2012，41（10）：31-33（in Chinese）

［4］Tahara S，F(xiàn)ujii K，Nishihira K，et al．Process for continuous preparation of diester of oxalic acid： US，4467109［P］.1984-08-21

［5］譚俊青，計揚，肖文德.CO氣相催化偶聯(lián)合成草酸二甲酯的原位紅外及動力學研究［J］.廣東化工，2008，35（6）：7-9 Tan Junqing，Ji Yang，Xiao Wende.IR study and kinetic research on CO catalytic coupling to dimethyl oxalate［J］.Guangdong Chemical Industry，2008，35（6）：7-9 （in Chinese）

［6］林茜，計揚，譚俊青，等.Pd/α-Al2O3催化CO偶聯(lián)制草酸二甲酯的反應(yīng)機理［J］.催化學報，2008，29（4）：325-329 Lin Qian，Ji Yang，Tan Junqing，et al．Mechanism of CO coupling to dimethyl oxalate over Pd/α-Al2O3［J］.Chinese Journal of Catalysis，2008，29（4）：325-329（in Chinese）

［7］張飛躍，沙昆源.一氧化碳催化合成草酸二甲酯的研究［J］.廣西大學學報（自然科學版），1999，24（3）：234-237 Zhang Feiyue，Sha Kunyuan.Mechanism studies of synthesis of dimethyl oxalate from CO and CH3ONO on Pd/Al2O3［J］.Journal of Guangxi University （Natural Science），1999，24（3）：234-237（in Chinese）

［8］張?zhí)煲?合成草酸二乙酯的工藝優(yōu)化［D］.北京：北京化工大學，2000 Zhang Tianyi.The process optimum of the synthesis of diethyl oxalate［D］.Beijing：Beijing University of Chemical Technology，2000

［9］馬容明，何治柯，羅慶堯，等.草酸二乙酯中游離草酸的化學發(fā)光分析研究［J］.華中師范大學學報（自然科學版），1994，28（4）：495-497 Ma Rongming，He Zhike，Luo Qingrao，et al．Chemiluminescence determination of free oxalic acid in diethyl oxalate［J］.Journal of Central China Normal University（Natural Science），1994，28（4）：495-497（in Chinese）

［10］林樂文，鄭嘉烈，劉萍，等.氣相色譜法測定蔬菜中草酸的含量［J］. 衛(wèi)生研究，1990，19（2）：39-41 Lin Lewen，Zheng Jialie，Liu Ping，et al．Determination of oxaliate content in vegetables using gas chromatography［J］.Journal of Hygiene Research，1990，19（2）：39-41（in Chinese）

［11］劉景，李崎，顧國賢.反相高效液相色譜法 （Rp-HPLC）測定麥汁中的草酸［J］.中國釀造，2005，151（10）：43-46 Liu Jing，Li Qi，Gu Guoxian.Determination of oxalic acid content in wort by reversed-phase HPLC（Rp-HPLC）［J］.China Brewing，2005，151（10）：43-46（in Chinese）

［12］郝蔚霞.高效液相色譜法測定果蔬中的草酸含量［J］. 現(xiàn)代儀器，2011，17（4）：79-83 Hao Weixia.Determination of the content of oxalic acid in fruits and vegetables by HPLC［J］.Modern Instruments ＆ Medical Treatment，2011，17（4）：79-83（in Chinese）

［13］譚新勇，孫軍勇，謝廣發(fā)，等.反相高效液相色譜法測定黃酒中的草酸［J］.中國釀造，2012，31（11）：159-162 Tan Xinyong，Sun Junyong，Xie Guangfa，et al．Determination of oxalic acid in Chinese rice wine by reverse phase high performance liquid chromatography［J］.China Brewing，2012，31（11）：159-162（in Chinese）

［14］趙景嬋，郭治安，常建華，等.有機酸類化合物的反相高效液相色譜法的分離條件研究［J］.色譜，2001，19（3）：260-263 Zhao Jingchan，Guo Zhian，Chang Jianhua，et al．Study on reversed-phase high performance liquid chromatography separation condition and determination method of organic acids［J］.Chinese Journal of Chromatography，2001，19（3）：260-263（in Chinese）