高效液相色譜法分析2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物的純度

張蒙蒙，張 林，王友兵，周杰文，李 媛

(1.西安近代化學研究所，陜西 西安 710065； 2.空軍駐西北地區軍事代表室，陜西 西安 710043)

引 言

隨著人們對彈藥安全性能的重視，各國在高能低易損彈藥研究方面投入了大量人力和物力。高能量低感度炸藥是低易損彈藥研究的物質基礎和關鍵。2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)是一種新型高能低感炸藥，自合成報道以來得到了廣泛關注，在混合炸藥、共晶共混材料方面具有潛在的應用價值[1-4]。

目前，ANPyO的研究主要集中在合成工藝[5-6]、精制方法[8-9]、金屬配合物[10]、混晶[4]及熱分解性能[11]等基礎研究方面，應用研究也逐步開展[12-13]。含能材料性能與化合物純度關系密切，ANPyO的純度分析對其應用性能具有重要影響。周心龍等[9]提出了以甲醇為流動相的液相色譜分析法，由于ANPyO難以溶解于甲醇，該方法存在以下不足：一方面樣品在用甲醇配置溶液時不能全部溶解于溶劑，測試結果與實際情況存在誤差；另一方面色譜譜圖峰型較低，影響測試結果的精度。張蒙蒙等[8]曾報道了一種利用核磁氫譜儀測試ANPyO純度的方法，但該法默認樣品中僅含ANPyO與雜質ANPy，且核磁氫譜法測試化合物純度并未得到廣泛認可。

液相色譜法測試含能化合物純度的方法已經獲得廣泛應用[14-16], 由于ANPyO難溶于常見有機溶劑，常規液相色譜法測量其純度存在困難。而純度分析是ANPyO深入研究的基礎，隨著相關應用研究的推進，獲得準確高效ANPyO純度的分析方法顯得更加迫切。本研究采用可微溶ANPyO的二甲基亞砜(DMSO)作為樣品溶劑，利用自行建立的高效液相分析方法開展了ANPyO純度分析，建立了純度分析方法，可為其質量控制提供參考。

1 實 驗

1.1 試劑與儀器

ANPyO、ANPy，均為自制；二甲基亞砜、乙腈、甲醇，均為色譜純，美國Fisher公司；實驗用水為二次純水，并經0.45μm濾膜過濾。

LC-20AT高效液相色譜儀，日本島津株式會社；CQ-300AD超聲儀，上海躍進醫療器械有限公司；BSA224S分析天平，賽多利斯(北京)有限公司。

1.2 色譜條件

反相色譜柱：InertSustain C18柱(5μm， 4.6mm×250mm)；流動相：甲醇與水的體積比為40∶60；流速1mL/min；檢測波長315nm；柱溫為30℃；進樣量為10μL。

1.3 實驗過程

分別稱取ANPyO標樣0.0025、0.0050、0.0100、0.0150、0.0200、0.0250g(精確至0.0002g)置于50mL容量瓶中，用二甲基亞砜溶解后稀釋至標線，震蕩均勻，獲得質量濃度為20、50、100、200、300、400、500mg/L的ANPyO溶液，作為標準測試溶液。在上述色譜條件下進行測定，每個質量濃度的標準溶液平行進樣3次，記錄色譜峰高，分別取3次平行結果的算術平均值作為最終結果。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 檢測波長的選擇

為獲得較佳的液相色譜檢測波長，用HPLC自帶二極管陣列，對ANPyO及ANPy樣品吸光度進行測量。ANPyO及ANPy的分子結構如圖1所示；其對應的紫外吸收圖譜如圖2所示。

圖1 ANPyO及ANPy的分子結構Fig.1 Molecular structures of ANPyO and ANPy

圖2 ANPyO及ANPy的紫外光譜Fig.2 Ultraviolet scanning spectra of ANPyO and ANPy

由圖2可知，ANPyO最大吸收波長為315nm；ANPy有多個吸收峰，最大吸收波長為398nm。由于檢測的主要成分是ANPyO，同時在315nm處ANPy有可觀的吸收峰值，選擇315nm為檢測波長。

2.1.2 流動相的選擇

反相液相色譜常用溶劑為乙腈、甲醇、水。本研究分別用乙腈/水、甲醇/水兩組混合溶劑為流動相，開展了流動相篩選研究。首先選擇乙腈/水為流動相，并通過調節其比例開展ANPyO樣品的液相色譜分析，如圖3(a)所示。

由圖3(a)可知，當乙腈體積分數低至40%時，ANPyO主峰存在拖尾，且各組分仍不能徹底分開。在此色譜條件下對甲醇/水體系進行嘗試，結果如圖3(b)所示，ANPyO主峰雖有拖尾，各單組分可分離。分析認為，ANPyO分子內相鄰的—NO2、—NH2、—N—O形成分子內氫鍵，相比于ANPy，其分子中所有的氨基氫原子參與形成了分子內氫鍵，其與色譜柱的作用力小于ANPy，因此在流動相的作用下ANPyO先于ANPy流出。兩者由于結構相似度高，在分離過程中往往存在流出峰重疊的情況，因此流動相的選擇顯得尤為重要。據文獻[17]報道，甲醇極性參數為6.6，乙腈為6.2，在反相色譜柱中，極性越強，對溶質的洗脫能力越弱，出峰越晚，極性略強的甲醇中溶質出峰稍晚，在出峰延遲的過程中ANPyO與ANPy實現了分離。因此，選擇甲醇/水為ANPyO液相色譜分析的流動相進一步優化。

圖3 不同流動相的ANPyO色譜譜圖Fig.3 HPLC spectra of ANPyO with different mobile phases

2.1.3 樣品溶劑的選擇

由于樣品ANPyO在乙腈和甲醇中的溶解度較小，一方面不便于樣品溶劑的制備，另一方面導致出峰信號過低，對檢測結果造成不利影響。本研究采用強極性溶劑DMSO對ANPyO進行溶解，將制備得到的ANPyO溶液滴入體積分數為40%的甲醇水溶液中，靜置24h未發現固體析出。同時，為了降低色譜純DMSO對ANPyO液相色譜分析結果的影響，在以上獲得的液相條件下進行了空白實驗，所得譜圖見圖4。結果表明，在2.5～3.5min處有明顯的出峰。在后期純度分析時，通過色譜條件調整，避免待檢測物與DMSO出峰重合，結果計算時需剔除DMSO的影響。

圖4 DMSO的高效液相色譜圖Fig.4 HPLC spectrum of DMSO

2.1.4 流動相體積比的選擇

為保證樣品中各組分具有較好的分離度，探索了甲醇與水體積比分別為80∶20、50∶50、40∶60、20∶80時的色譜分離情況，結果如圖5所示。由圖5可知，當甲醇體積分數低于50%時，ANPyO樣品中各組分可分開。其中，甲醇與水體積比為80∶20時，主峰與雜質可分開，但流出時間長達15min，而體積比為50∶50時，主峰與雜質峰有部分重合。對比分析，當甲醇與水體積比為40∶60時，流出時間適宜，各組分分離較好，可作為較優流動相比例條件。

圖5 不同流動相體積比的ANPyO液相色譜圖Fig.5 HPLC spectra of ANPyO with different volume ratio of CH3OH/H2O in mobile phases

2.1.5 柱溫度及進樣量的選擇

當色譜柱柱溫過高時，會導致色譜柱使用壽命縮短，而溫度低于環境溫度則不利于色譜柱的穩定，因此，本研究選擇30℃作為液相色譜柱保溫溫度。由于樣品采用極性溶劑DMSO溶解，為降低其對設備及測試結果的影響，同時獲得合適的出峰信號，進樣量選擇為10μL。

2.1.6 流速的選擇

以甲醇與水(體積比為40∶60)為流動相、柱溫為30℃時，考察了流速分別為0.5、1.0、1.5mL/min對色譜譜圖的影響。結果表明，隨著流速的增加，樣品的保留時間明顯縮短，峰面積減小。流速過大會使樣品與雜質的保留時間較短且過于接近，從而造成基線分離效果不佳，另外與溶劑DMSO出峰存在部分重合，影響結果的準確性。同時流速過大會使色譜儀壓力過大從而影響色譜儀的穩定性，造成分析方法的精密度下降。較低的流速使樣品與雜質分離得更徹底，但卻導致檢測時間過長從而降低實驗效率。綜合考慮這兩方面的因素，確定流速為1mL/min。

2.2 線性關系

采用DMSO沉降法對ANPyO精制兩次，核磁氫譜法及以上條件歸一化測得ANPyO純度大于99.9%。將其制備為不同質量濃度的ANPyO的DMSO溶液，作為標準測試溶液。在以上較優條件下，每個質量濃度的樣品平行進樣3次，記錄色譜峰高，并繪制質量濃度與液相色譜峰面積的關系圖，見圖6。

由圖6可見，在20～500mg/L范圍內，ANPyO的峰面積與質量濃度呈良好的線性關系，回歸方程為Y=60584X+2×106，相關系數R2為0.997。

2.3 準確度及精密度

采用外標法，對同一樣品進行5次平行試驗驗證，得到的數據如表 1所示，測試結果的偏差小于0.5%，相對標準偏差≤0.24%，表明該方法測試準確性和精密度較高。

圖6 ANPyO質量濃度與色譜峰面積的標準曲線Fig.6 Standard curve of ANPyO mass concentration to corresponding chromatographic peak area

2.4 合成過程樣品檢測

ANPyO的合成參照文獻[18]進行，當反應溫度達到80℃后，分別取2、4、6h時刻反應體系中固體，經過濾洗滌干燥后分別采用核磁法[8]和外標法對樣品純度進行分析，結果如表2所示。

表2 核磁法和液相色譜法獲得的樣品純度

由表2可知，核磁法和液相色譜法測得的樣品純度相當，核磁法所得純度均略高于液相色譜法，主要是核磁法默認樣品中只含有ANPyO和ANPy，而研究建立的液相色譜法測試結果包含了其他雜質，所得結果更符合實際情況。

3 結 論

(1)以二甲基亞砜為溶劑，在C18色譜柱中，甲醇與水的體積比為40∶60，液相流速1mL/min，檢測波長315nm，柱溫為30℃，進樣量為10μL的優化條件下，建立了分析主成分2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1氧化(ANPyO)和主要雜質2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶(ANPy)的新的高效液相色譜分析方法。

(2)該方法具有線性范圍較寬、重現性好、結果準確的優點，可用于ANPyO的純度分析。