1H NMR双内标法测定2，4-DNT标准物质中的有机杂质

王民昌，张皋，徐敏，栾洁玉，陈智群，李遵来，齐珠钗

(西安近代化学研究所，西安 710065)

1H NMR双内标法测定2，4-DNT标准物质中的有机杂质

王民昌，张皋，徐敏，栾洁玉，陈智群，李遵来，齐珠钗

(西安近代化学研究所，西安 710065)

利用1H NMR确定了2，4-DNT标准物质中的有机杂质为乙醇，根据化合物的核载量定义，采用不含四甲基硅烷（TMS）的氘代丙酮为溶剂，将1，1，2，2-四氯乙烷与六甲基二硅醚的四氯化碳标准溶液加入待测液中作为双内标，用乙醇的甲基质子峰为定量峰对其含量进行了测定。双内标法测定结果分别为0.075%，0.074%，标准偏差分别为0.005，0.006，t检验证实该结果与色谱法定值结果一致。该方法专属、准确、简便、快速，适用于标准物质中有机杂质的测定。

1H NMR定量；2，4-DNT标准物质；双内标；1，1，2，2-四氯乙烷；六甲基二硅醚

核磁共振（NMR）最早仅作为化学结构鉴定的工具，随着近二十年来仪器装置的发展及科研人员在核磁共振领域的活跃研究，NMR逐渐成为强有力的定量分析工具［1］。与其它分析方法相比，使用NMR方法进行定量分析，具有快速、简便、准确、专属性强等特点。由于NMR定量是通过特定吸收峰强度实现的，只要每个组分有1个或1组互不重叠的吸收峰，即可用NMR进行定量分析［1–3］，故核磁共振定量在混合组分的定性、定值中具有一定的优势，不仅用于主体含量分析［4］，还用于有机杂质的含量分析［5，6］。

二硝基甲苯(DNT)是制备聚氨酯泡沫塑料不可缺少的重要原料。2，4-DNT是DNT最重要的异构体，不仅广泛用于染料中间体的合成，也可直接用于火炸药、发射药及国防军事尖端和宇宙飞行。DNT中的微量杂质对其使用性能、稳定性、运输与贮存安定性有着致关重要的影响。为保障DNT及其产品纯度的检测和所有测量值的有效、统一，满足产品的各项量值高需求，西安近代化学研究所在20世纪80年代就研制了DNT异构体纯度标准物质。由于所研制的标准物质纯度≥99.5%，很难用常规化学方法定量，为提高标准物质定值的准确度并减小不确定度，采用杂质扣除法进行定值。

笔者以研制的2，4-DNT纯度标准物质为研究对象，同时加入1，1，2，2-四氯乙烷与六甲基二硅醚（HMDSO）为内标，采用核磁共振氢谱法对其中的有机杂质进行了准确测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

超导核磁共振波谱仪：Bruker-AV500型，磁场强度11.74 T，配BBO宽带多核探头，瑞士布鲁克公司；

电子天平：AL204型，感量为0.1 mg，梅特勒–托利多仪器（上海）有限公司；

微量进样器:10,100 μL；

氘代丙酮为美国CIL公司进口试剂；

四氯化碳、1，1，2，2-四氯乙烷（内标1）：分析纯；

六甲基二硅醚（内标2）：光谱纯，北京化工厂；

2，4-DNT标准物质：纯度大于99.9%，西安近代化学研究所；

所有化合物经多种手段证实其结构正确。

1.2 溶液配制

（1）T#标准溶液配制

精确称取约230 mg的1，1，2，2-四氯乙烷（精确至0.1 mg）于10 mL容量瓶中为内标物1，用四氯化碳稀释至刻度，摇匀待用。计算得T#标准溶液1，1，2，2-四氯乙烷质量分数为w1=0.005 766。

（2）H#标准溶液配制

称取约160 mg的HMDSO（精确至0.1 mg）于10 mL容量瓶中为内标物2，用四氯化碳稀释至刻度，摇匀待用。计算得H#标准溶液HMDSO质量分数w2=0.003 983。

（3）待测样品溶液配制

称取约200 mg待测2，4-DNT样品(精确至0.1 mg)于Ø 5 mm的NMR样品管中，分别用微量进样器吸取T#标准溶液约100 μL、H#标准溶液10 μL，注入NMR管中，精确称量后加入0.6 mL 的不含TMS的氘代丙酮，摇匀，编号为1#试样，封口待测。同上方法，制备2#～8#样品，摇匀，编号，封口待测。

1.3 实验方法

按照仪器操作程序，将配制好的样品放入NMR仪中，匀场至最佳，利用Bruker标准脉冲，测其氢谱。Ø 5 mm样品管，温度25℃，1H NMR观测频率为499.93 MHz。

定量脉冲角度30°，数据点64 K，1H NMR脉冲延迟30 s。累加次数64次，样品管不旋转。将图谱识别，分别选择信号彼此分离又能代表各组分特征的共振吸收峰作为相应组分的定值峰，其积分强度分别与标准样品吸收峰的积分强度比较进行含量计算。积分区间：δH6.554～δH6.409（s，2H）为内标1的积分区间；δH1.157～δH1.040（t，3H）为有机杂质乙醇积分区间；δH0.118～δH0.003（s，18H）为内标2的积分区间。

2 结果与讨论

2.1 杂质鉴别

以氘代丙酮(DMCO-d6)为溶剂配制待测2，4-DNT 1#样品谱图如图1所示。

图1 样品2，4-DNT的1H NMR谱(DMCO-d6，25℃)

由图1可知，除去溶剂峰(δH2.05)外，最高几簇信号δH7.80(d，J=8.45 Hz，1H)，δH8.40(dd，J=2.30，8.45 Hz，1H)，δH8.69(d，J=2.30 Hz，1H)和δH2.71(s，3H)为2，4-DNT样品峰，且可观测到明显的13C卫星峰s；δH6.49与δH0.07的单峰分别为1，1，2，2-四氯乙烷与六甲基二硅醚双内标信号d与e，图中标记为x的谱峰为四氯化碳带入的杂质信号。δH1.11(t，3H，CH3)，δH3.55(m，2H，CH2)，δH3.19(t，1H，OH)分别为标准物质中有机杂质乙醇信号a、b、c。加入少量乙醇，该三组信号出现增长，再次确认微量有机杂质为乙醇。

2.2 杂质定量

2.2.1 计算方法

以1，1，2，2-四氯乙烷与六甲基二硅醚为双内标，利用谱峰面积与共振核的数目成正比关系，以基于核载量（NCM）的定量公式(1)计算杂质百分含量［7，8］：

式中：Aj——所求物质质量分数；

Ci——选测峰1H核载量；

Ws——内标物质量，mg；

Ii——选测峰的相对积分面积；

Cs——标准峰1H核载量；

Wm——被测物DNT质量，mg；

Is——标准峰的相对积分面积；。

Cs、Ci可用式(2)与式(3)计算：

式中：Ms——内标物相对分子质量（内标1相对分子质量Ms1＝167.82，内标2相对分子质量Ms2＝162.38）；

Mi——选测杂质相对分子质量（杂质乙醇相对分子质量 Mi=46.10）；

ns——标准峰含氢个数（内标1 ns1=2，内标2 ns2=18）；

ni——选测峰含氢个数（ni=3）；

α——1H原子同位素丰度，0.999 85。

定量内标物应具有较高的纯度，含有多个质子，并在NMR图谱中表现为尖锐单峰，吸收峰与所测的样品峰之间应避免干扰。1，1，2，2-四氯乙烷与六甲基二硅醚双内标在氘代丙酮中均只有一单峰，与2，4-DNT主峰强信号及杂质乙醇信号相距较远，便于积分。

杂质乙醇有3组信号，且均与其它信号无重叠，δH3.19为活泼氢，原则上不能进行定量，其余二组信号都可用于定量。图1中以甲基峰δH1.11作为乙醇选测峰，其积分强度Ii记作I1.11，该峰含3个氢，即ni=3。

内标1只有一个单峰δH6.49，选其为标准峰，记做Is1=I6.49，该标准峰含2个氢，即ns1=2；同样，内标2标准峰Is2=I0.07，ns2=18；选测峰与标准峰积分面积比I1.11/I6.49或I1.11/I0.07值即公式(1)的Ii/Is值。为计算方便，积分时可设定标准峰积分面积为整数，图1设定内标2标准峰Is2=I0.07=100.00，则Ii=I1.11=152.01，Is1=I6.49=158.52。

1#样中，被测2，4-DNT标准物质样品质量Wm=223.6 mg，内标1质量Ws1=WT#×w1= 155.8 mg×0.005 766=0.898 3 mg；内标2质量Ws2= WH#×w2=15.6 mg×0.003 983=0.0621 mg。

将以上数据代入式（1）中，得A1=0.071%，A2=0.072%。

2.2.2 定量结果

同理，测定其余几组待测样品，结果列入表1中。

表1 DNT标准物质样品中乙醇含量测定结果

由表1可知，内标1计算得乙醇含量为：

实验标准偏差：

内标2计算得乙醇含量为0.074%；实验标准偏差为0.006。

两种内标定值结果一致，平均值为0.075%。

将2，4-DNT标准物质进行多次色谱测试，获得杂质乙醇含量为0.083%，0.094%，0.072%，0.075%，0.084%，0.086%，0.081%，0.070%。计算得乙醇含量为：

实验标准偏差为：

不同方法之间的测量可视为不等精度测量，采用t检验判断两种方法所得结果是否一致。

将核磁共振法内标1结果与色谱法结果进行t检验，计算得t=1.50，自由度ν＝13。由tα(ν)数值表［9］查得t0.05(13)=2.16，因t＜2.16，故两种方法测定结果一致。同样，内标2结果也与色谱法结果一致。

3 结论

（1）采用核磁共振法实现了标准物质中有机杂质的定性和定量分析，方法专属、准确；

（2）采用双内标定值，相互验证，保证了定值结果的可靠性；

（3）双内标法与色谱法测定结果一致。

［1］ 孙静霞，张正行.NMR在药物定量分析中的应用［J］.药物分析杂志，2005，25(1): 117–122.

［2］ 刘英，胡昌勤.核磁共振在抗生素药物定量分析中的应用［J］.药物分析杂志，2001，21(6): 447–452.

［3］ 胡敏，胡昌勤，刘文英.核磁共振波谱法测定药物基准物质的绝对含量［J］.分析化学，2004，32(4): 451–455.

［4］ 王民昌，张皋，徐敏，等. NMR测定某新型液体推进剂组分研究［J］.含能材料，2007，15(4): 404–405.

［5］ 徐敏，张皋，王民昌，等.核磁共振法测定RDX标准物质中残余溶剂含量［J］.光谱实验室，2007，24(6): 1 171–1 175.

［6］ 王民昌，张皋，栾洁玉，等.氢核磁共振法测定奥克托金标准物质中的有机杂质含量［C］//2009国防计量测试学术年会.贵阳，2009.

［7］ Qi Zhu Chai. Essential quantitative parameters in NMR nucleuscarrying mass and nuclear particle number［J］. Chinese Science Bulletin，1991，36(15): 1 271–1 274.

［8］ 齐珠钗.核磁共振定量基本参数–核载量和粒子数［J］.科学通报，1990，35(23): 1 794–1 797.

［9］ 全国化工标准物质委员会.分析测试质量保证［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2004: 529.

Quanti fi cation of the Organic Impurities in Reference Material 2,4-DNT by Double Internal Standards of1H NMR

Wang Minchang， Zhang Gao， Xu Min， Luan Jieyu， Chen Zhiqun， Li Zunlai， Qi Zhuchai
(Xi’an Modern Chemistry Research Institute， Xi’an 710065， China)

One kind of organic impurities in reference material 2，4-DNT was identi fi ed as ethanol by1H NMR. 1，1，2，2-tetrachloroethane and hexamethyldisiloxane of CCl4solution were added to 2，4-DNT of acetone-d6solution without tetramethylsilane(TMS) as double internal standards. The quantitative analysis of the impurity ethanol was achieved by measuring the selected methyl proton peak intensity，according to the nucleus-carrying mass(NCM) of every component. It was found that the content of ethanol were 0.075%，0.074%, and RSD were 0.005，0.006 respectively，which were accordant with that of the gas chromatography by t test. The method is speci fi city，accurate，simple，rapid and suitable for the quantitative determination of the organic impurities in reference material content.

quantification of1H NMR; reference material of 2,4-DNT; double internal standards; 1,1,2,2-tetrachloroethane; hexamethyldisiloxane

O657.1

A

1008–6145(2012)03–0052–04

10.3969/j.issn.1008–6145.2012.03.014

联系人：王民昌；Email: wmc204@yahoo.com.cn

2012–03–08