一种苯氧基环磷腈合成反应终点判定方法
技术领域
本发明属于分析化学领域，具体涉及一种苯氧基环磷腈合成反应终点判定方法。
背景技术
苯氧基环磷腈是一种无卤阻燃剂，具有独特的P、N杂化结构，表现出高热稳定性、阻燃性、高极限氧指数(LOI)和低烟释放性能等特点，属于添加型无卤阻燃剂，广泛用于环氧树脂、覆铜板、LED发光二极管、粉末涂料、灌封材料及高分子材料，是一类优良的防火阻燃材料和自熄性材料。
目前，苯氧基环磷腈通常是由苯酚钾或者苯酚钠(苯酚与氢氧化钠或者氢氧化钾制备)和氯代环磷腈进行取代反应制备，根据取代反应分析：磷氮环上每一个磷连接两个氯离子，苯氧基取代氯的过程中，因空间位阻进行分步取代，先取代其中的一个氯，再取代第二个氯，反应终点以氯代环磷腈上的氯被苯氧基全部取代完全为终点，目标产物苯氧基环磷腈是一个含有四聚体、三聚体、二聚体和线性的混合物，以三聚体(六苯氧基环三聚磷腈)为主。其合成反应终点时的反应溶剂为氯苯，苯氧基环磷腈在反应溶液中的浓度大约为25％左右。实际生产中，需要对苯氧基环磷腈的合成反应终点进行判定，既避免反应不完全造成纯度较低(氯含量较高)，也避免反应过度造成副产物增多及生产效率降低。苯氧基环磷腈在合成反应过程中需要多次检测，前期的检测主要通过原料苯酚钾(苯酚钠)和氯代环磷腈的残留量进行检测，在接近反应终点时，原料基本消耗殆尽，其反应液中的主要杂质为：未反应完全的中间体，即反应过程中未被苯氧基完全取代的含苯氧基和氯的环磷腈(因取代基团较多，需要一定的时间进行充分的反应)，经研究分析，其在接近反应终点时其中间体以一氯五苯氧基环三聚磷腈为主。
现有技术中对苯氧基环磷腈的检测均是对其制成品进行检测。如果采用成品判定反应终点，均需要将苯氧基环磷腈样品经后处理、浓缩、烘干后得到成品，然后采用傅立叶变换红外光谱、核磁共振、X射线衍射分析、质谱、热重分析、示差扫描量热分析、高效液相等的方法对成品进行检测，此方法比较麻烦且不能反映反应液的实际情况，因此无法有效对苯氧基环磷腈合成反应终点有效及时的进行判定。
相较于对苯氧基环磷腈成品进行检测，对苯氧基环磷腈反应液进行检测存在的难点是：反应溶液中的化合物组分较多(产物也是比较复杂的混合物)，采用传统的方法并不能有效辨识生产过程中苯氧基取代氯代环磷腈中氯的变化过程，反应是否充分以及反应终点时中间体和目标产物的比例。鉴于此，本发明提供一种苯氧基环磷腈合成反应终点判定方法，直接采用反应液进行检测，解决苯氧基环磷腈合成反应终点判定的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种苯氧基环磷腈合成反应终点判定方法，本发明将合成的苯氧基环磷腈反应溶液加入流动相定容后直接通入色谱柱中，经梯度洗脱，紫外检测器检测，然后采用液相色谱面积归一化法分析反应中间体和目标产物的比例，从而可以对反应终点进行有效判断。
本发明的技术方案是：一种苯氧基环磷腈合成反应终点判定方法，其特征是，
(1)取苯氧基环磷腈合成反应溶液加入流动相(乙腈：甲醇-水(1:1)＝4:1)定容，过滤，得到待测溶液，采用乙腈作为流动相的A相以及甲醇和水的混合体系作为流动相的B相，经梯度洗脱，利用液相色谱仪进行检测，得到色谱峰面积；
(2)采用液相色谱面积归一化法，获得待测试液中中间体和目标产物(六苯氧基环三聚磷腈)的浓度(峰面积)比值；如果中间体浓度≤1％，则反应完全。
所述液相色谱条件如下：
色谱柱：C18-WR(5μL，4.6×150mm)；
流动相：A相-乙腈；B相-甲醇+水(1:1)；
初始流速：0.75mL/min；
检测波长：200nm～220nm；
采用梯度洗脱，初始比例B相15～25％；梯度洗脱程序见表1；
柱温：25℃～30℃；
进样体积：10μL～20μL；
进样浓度(以苯氧基环磷腈合成反应溶液计)：0.69mg/mL～5.00mg/mL。
表1梯度洗脱时间程序
序号
Time(min)
Value(B相)
1
0.01
15～25
2
10.00
15～25
3
10.01
5～10
4
30.00
5～10
5
30.01
15～25
6
35.00
15～25
7
35.01
进一步的，所述样品溶液经0.45μm有机滤膜过滤；所述液相色谱仪的流动相经0.45μm有机滤膜过滤后超声处理30～40min。
优选的，检测波长为210nm，柱温为27℃，进样体积20μL。
优选的，进样浓度为1mg/mL。
本发明的有益效果是：
1、由于反应溶液中的成分比较复杂，本发明根据反应溶剂、目标产物(混合物)及中间体的特性选择色谱柱和设计流动相，图1-2可以看出：采用本发明的色谱柱、流动相结合梯度洗脱，可以将中间体峰和目标产物峰很好的区分开。另一方面反应溶液中存在副产物盐类，增加水在流动相中有利于将盐类从色谱柱中流出，保护色谱柱。
2、本发明可以直接使用反应溶液进行检测，在本发明提供的检测条件下，苯氧基环磷腈与中间体以及各杂质之间的分离均较好，出峰时间较为合适(如图1-2所示)。
3、经方法学验证，该方法具有专属性强、准确度高、灵敏度高、稳定性好的优点。
因此，本发明提供的方法能够较好地实现对苯氧基环磷腈合成反应终点的监控，而且有利于指导生产过程物料的合成，得到高品质的苯氧基环磷腈。
附图说明
图1是本发明提供的苯氧基环磷腈反应溶液合成过程反应不完全的HPLC色谱图；
图2是本发明提供的苯氧基环磷腈合成反应溶液反应终点的HPLC色谱图。
具体实施方式
以下结合实施例来说明其效果，其中苯氧基环磷腈由山东泰星新材料股份有限公司生产。
实施例1：苯氧基环磷腈合成反应终点测定试验
1仪器与材料
1.1仪器：高效液相色谱仪(可进行梯度洗脱设置)；
1.2试剂：乙腈、甲醇均为色谱级，水为超纯水。
2方法与结果
2.1高效液相色谱条件：
色谱柱：C18-WR(5μL，4.6×150mm)；
流动相：A相-乙腈；B相-甲醇+水(1:1)；采用梯度洗脱，初始比例B相20％；梯度洗脱时间程序见表2；色谱仪的流动相经0.45μm有机滤膜过滤后超声处理30～40min；
检测器：紫外检测器；
检测波长：210nm；
柱温：27℃；
进样体积：20μL；
进样浓度：1mg/mL。
表2梯度洗脱时间程序
序号
Time(min)
Module
Command
Value(B相)
1
0.01
泵
B.Conc
20
2
10.00
泵
B.Conc
20
3
10.01
泵
B.Conc
8
4
30.00
泵
B.Conc
8
5
30.01
泵
B.Conc
20
6
35.00
泵
B.Conc
20
7
35.01
Controller
Stop
2.2样品溶液配制
准确称取苯氧基环磷腈反应溶液(反应不完全及反应终点)各10mg于10mL容量瓶中，加入适量流动相(乙腈：甲醇-水(1:1)＝4:1)溶解并稀释至刻度，经0.45μm有机滤膜过滤。摇匀。此溶液作为样品溶液。
2.3检测
精密量取2.2的样品溶液，按照2.1的色谱条件进行HPLC检测，记录色谱图。结果如图1-2所示。根据图1-2可以看出，苯氧基环磷腈反应溶液检测峰形良好，各组分(氯苯、中间体、六苯氧基环三聚磷腈(三聚体)、四聚体、二聚体和线形体)之间分离度良好，目标产物(六苯氧基环三聚磷腈)和中间体(反应终点时，中间体以一氯五苯氧基环三聚磷腈为主)分离较好，如图1所示，中间体的保留时间RT为9.312min，目标产物RT为10.067min。因此，该方法的专属性强。
同时，从图1-2可以看出：相比图1(反应不完全)，图2(反应完全)的中间体的浓度显著降低，证明该方法的可靠性。
3分析方法的验证
3.1精密度
苯氧基环磷腈反应溶液样品：210316，山东泰星新材料股份有限公司生产；
样品溶液配制：准确称取苯氧基环磷腈反应溶液10.2mg于10mL容量瓶中，加入适量流动相溶解并稀释至刻度，0.45μm有机滤膜过滤，摇匀。此样品溶液浓度为1.02mg/mL，作为样品溶液。重复进同一样品6次，按照2.1的色谱条件进行HPLC检测，记录色谱峰面积，采用液相色谱面积归一化法分析反应中间体和目标产物的比例，结果如表3所示。
表3精密度试验结果
编号
中间体浓度(峰面积)％
目标产物浓度(峰面积)％
1
3.671
96.329
2
3.668
96.332
3
3.681
96.319
4
3.665
96.335
5
3.672
96.328
6
3.659
96.341
平均浓度(峰面积)％
3.669
96.331
RSD(％)
0.18
0.01
从表3可以看出，重复进同一样品6次的各组分浓度的RSD％为0.18％、0.01％，符合RSD％＜2％的要求，说明精密度良好，试验可行度高。
3.2重复性试验
苯氧基环磷腈反应溶液样品：210419，山东泰星新材料股份有限公司生产。
样品溶液配制：分别准确称取同一苯氧基环磷腈反应溶液样品6份(10.5mg，10.6mg，10.0mg，10.3mg，10.5mg，10.2mg)于10mL容量瓶中，加入适量流动相溶解并稀释至刻度，0.45μm有机滤膜，摇匀。获得不同浓度的苯氧基环磷腈反应溶液，作为试验溶液。按照2.1的色谱条件进行HPLC检测，记录色谱峰面积，采用液相色谱面积归一化法分析反应中间体和目标产物的比例，结果如表4所示。
表4重复性试验结果
编号
中间体浓度(峰面积)％
目标产物浓度(峰面积)％
1
0.891
99.109
2
0.882
99.118
3
0.884
99.116
4
0.892
99.108
5
0.896
99.104
6
0.881
99.119
平均浓度(峰面积)％
0.888
99.112
RSD(％)
0.63
0.01
根据表4可以看出，合成反应液中间体和目标产物平均浓度比值为0.888：99.112，计算RSD分别为0.63％和0.01％，重现性很好。
3.3检出限和定量限
苯氧基环磷腈反应溶液样品：210315，山东泰星新材料股份有限公司生产；
样品溶液配制：准确称取苯氧基环磷腈反应溶液10.5mg于10mL容量瓶中，加入适量流动相溶解并稀释至刻度，摇匀。此样品溶液浓度为1.05mg/mL，作为试验溶液。按照2.1的色谱条件进行HPLC检测，所测试目标产物的S/N＝15.25。按照检出限S/N＝3可以求得样品溶液检出限浓度≈0.21mg/mL；按照定量限S/N＝10可以求得样品溶液定量限浓度≈0.69mg/mL。
