乙酰苯胺純度標準物質的定值及不確定度評定

孟嬌然 夏娃 段嫚雷 齊鈺 余金汭 / 上海市計量測試技術研究院

0 引言

乙酰苯胺作為有機工業合成重要的中間體，是磺胺類藥物、染料、樟腦等的原料，同時也是橡膠硫化過程的促進劑[1]，被廣泛應用于化工、紡織、制藥等領域。隨著乙酰苯胺的應用越來越廣泛，乙酰苯胺純度標準物質的需求也日益提升。該標準物質不僅可用于元素分析儀校準，還可用于熔點測定的量值傳遞等。

有機純物質純度的定值方法主要有質量平衡法、定量核磁法、元素分析法、滴定法、凝固點下降法和差示掃描量熱法（DSC）等[2]。其中質量平衡法也稱為雜質扣除法，是通過測量其中所有雜質的含量，從100%中減去雜質的質量分數，獲得主體成分的質量分數即純度值的方法。質量平衡法能夠克服不同物質理化性質造成響應值差異的缺點，通過準確測定各雜質含量，從而得到樣品的純度[3]。DSC法則是一種熱分析技術，根據物質的熔點與純度之間的關系，基于范德霍夫（Van’t Hoff）方程計算物質的純度。該方法適用于加熱過程中不發生熱分解、不與外界產生熱效應的有機純物質的純度分析[4]。

本研究采用區域熔融法對乙酰苯胺進行提純，采用質量平衡法和DSC法兩種方法對乙酰苯胺純度標準物質進行純度定值，并評定其不確定度。

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

乙酰苯胺（分析純，國藥集團）；甲醇（色譜純，Merck）。

1100型高效液相色譜儀（美國Agilent公司）；Diamond型差示掃描量熱儀（美國Perkin-Elmer公司）；931型卡爾·費休水分測定儀（瑞士Metrohm公司）；XS205型電子天平（瑞士Mettler-Toledo公司）。

1.2 乙酰苯胺純度標準物質的制備

乙酰苯胺的提純以分析純乙酰苯胺作為原料，采用區域熔融法在150 ℃下，以45 mm/h移動速率對樣品進行反復區域熔融，得到白色結晶狀提純產物，經研磨并充分混勻后得到乙酰苯胺純度標準物質。

1.3 定值分析

采用質量平衡法和DSC法對乙酰苯胺純度標準物質進行定值。

1.3.1 質量平衡法

乙酰苯胺純度標準物質中的雜質分別采用高效液相色譜法，卡爾·費休庫侖滴定法和熾灼殘渣法進行定值檢測。

1.3.1.1 高效液相色譜法檢測條件

色譜柱：Waters C18 填充柱（4.6 mm×150 mm，3.5 μm）；流動相：甲醇 /水（50/50）；流量：1 mL/min；檢測波長：230 nm；進樣體積：20 μL；乙酰苯胺濃度：10 mg/mL。

1.3.1.2 水分含量測定

水分含量采用卡爾·費休庫侖滴定法測定，每次測量稱取乙酰苯胺純度標準物質2 g （稱量準確至0.01 mg），樣品平行測量6次。

1.3.1.3 不揮發性組分測定

不揮發性組分的測定參照2015版《中國藥典》的熾灼殘渣法[5]，每次稱取乙酰苯胺純度標準物質 5～6 g（稱量準確至 0.01 mg）置于已恒重的坩堝內，熾灼至完全炭化，經硫酸酸化處理，待硫酸蒸汽除盡后，再置于馬弗爐內以800 ℃熾灼使其完全灰化，恒重后計算不揮發組分的含量。樣品平行測量6次。

1.3.2 差示掃描量熱法檢測條件

準確稱取乙酰苯胺純度標準物質1.0 mg（稱量準確至0.01 mg）至鋁坩堝內，密封壓蓋，置于量熱池內，采用氮氣作為保護氣，流量為20 mL/min。以20 ℃/min的速率升溫至100 ℃，再以0.7 ℃/min的速率升溫至115 ℃，重復測定6次。

1.4 均勻性檢驗

乙酰苯胺純度標準物質封裝在棕色玻璃瓶內，每瓶2 g。從中隨機抽取15瓶，采用1.3.2所述DSC方法對該15瓶標準物質進行純度檢測，每瓶重復測定3次。

1.5 穩定性檢驗

在制備時間后0、1、3、6、9、12個月六個時間點隨機抽取3瓶乙酰苯胺純度標準物質樣品，采用1.3.2所述DSC方法對其純度進行跟蹤測量。

2 實驗結果與討論

根據JJF 1343-2012《標準物質定值的通用原則及統計學原理》[6]，標準物質可采用兩種或兩種以上測量原理不同、具有明確溯源性和不確定度的方法對其進行定值。在本研究中對乙酰苯胺純度標準物質采用質量平衡法和DSC法定值，可以避免一種方法可能帶來的技術缺陷。

2.1 質量平衡法定值

質量平衡法定值過程中，乙酰苯胺的純度采用高效液相色譜歸一化法結合含水量檢測、不揮發性組分檢測進行確定。

乙酰苯胺中的有機雜質采用高效液相色譜法進行分析檢測。乙酰苯胺標準物質中最可能存在的有機雜質為苯胺，根據1.3.1.1所示方法對乙酰苯胺標準物質進行分析，在該條件下乙酰苯胺和苯胺的保留時間分別為4.70 min和7.29 min。實驗中未檢測到苯胺以及其他雜質的色譜峰。

根據高效液相色譜、水分含量和不揮發性組分測試結果，乙酰苯胺標準物質采用質量平衡法測得的純度值數據如表1所示。

表1 乙酰苯胺采用質量平衡法的定值結果

2.2 DSC法定值

除質量平衡法外，參照GB/T 28723-2012《固體有機化學品純度的測定差示掃描量熱法》[7]，采用差示掃描量熱儀對乙酰苯胺標準物質的純度進行檢測。由于物質熔點下降與雜質含量的關系符合范德霍夫方程，因此可以通過測定物質的熔點計算其中的雜質含量，并由此得到物質的純度，即純度%=100%-雜質%。本實驗中根據儀器的純度計算軟件直接計算得到相應的純度數值，測試結果如表2所示。

表2 乙酰苯胺采用DSC法純度的定值結果

2.3 定值方法等準確度、一致性檢驗

由于乙酰苯胺純度標準物質是通過質量平衡法和DSC法兩種不同原理的方法進行定值，因此需對這兩種定值方法的數據進行等準確度檢驗和平均值一致性檢驗。對表1和表2數據進行F檢驗和t檢驗。當α為0.05時，純度定值數據的F值為0.47，滿足f2α（5，5）= 0.14 ＜F＜f1α（5，5）= 7.15 的要求，F檢驗通過即證明兩種方法等準確度。另外，計算得到的t值也滿足 |t| ＜t0.05，(10)= 2.23，t檢驗通過證明兩種方法定值結果一致。由于定值結果同時通過等準確度檢驗和平均值一致性檢驗，因此最終純度定值結果為兩者的算術平均值，即

2.4 均勻性檢驗結果

采用DSC法對乙酰苯胺純度標準物質隨機抽取的15個單元進行均勻性檢驗，數據分析采用方差分析法進行，通過組間方差和組內方差的比較來判斷各組測量值之間有無系統性差異，即進行F檢驗，數據如表3所示。

表3 乙酰苯胺的均勻性檢驗數據

計算得組內方差和= 0.000 471，組間方差和= 0.000 213，經統計分析兩者之比F= 2.21，小于臨界值F0.01(14，30)= 2.74，符合 JJF 1343-2012 的要求，證明標準物質的均勻性良好。

2.5 穩定性檢驗結果

標準物質的穩定性除了受自身性質的影響外，同樣會受其制備過程、儲存容器、外部儲存條件等影響。為保證乙酰苯胺標準物質的穩定，將乙酰苯胺純度標準物質分裝于棕色玻璃瓶內存放于陰涼干燥處，同時選取6個時間點做穩定性測試。采用直線擬合法和t檢驗對乙酰苯胺純度標準物質的穩定性檢驗結果進行評價，數據如表4所示。

以各時間點純度測量值對時間擬合直線，計算得直線斜率的絕對值 |b1| = 0.002 71，該數據小于臨界值t(0.95，4)·s(b1) = 0.003 70，結果表明直線的斜率不顯著，證明乙酰苯胺純度標準物質在12個月內無明顯的上升或下降趨勢。

表4 乙酰苯胺的穩定性檢驗數據

3 乙酰苯胺的不確定度評定

根據乙酰苯胺純度標準物質定值過程中的影響因素，對定值結果的不確定度進行評定，主要包括標準物質純度定值過程中引入的不確定度，均勻性引入的不確定度和穩定性引入的不確定度。

3.1 標準物質純度定值過程中引入的不確定度（uchar）

由于乙酰苯胺純度標準物質由質量平衡法和DSC法兩種方法定值，因此標準物質定值過程中引入的不確定度同時來源此兩種定值方法引入的不確定度。

3.1.1 質量平衡法引入的不確定度

基于質量平衡法的純度值的不確定來源分別為苯胺含量引入的u(Xani)，水分含量引入的u(XW)和不揮發性組分含量引入的u(XNV)，且各分量互不相關。

由于高效液相色譜法未檢出苯胺雜質，因此苯胺含量引入的不確定度主要由儀器對苯胺的檢出限0.005 mg/L 引入，u(Xani)為 0.05%。

水分含量測定引入的不確定度u(XW)為0.001 44%。

不揮發性組分含量測定的不確定度u(XNV)為0.009%。

根據上述數據，采用質量平衡法計算得到的純度值的標準不確定度為

3.1.2 DSC法引入的不確定度

基于DSC法的純度值的不確定度u(P2)即為雜質含量的不確定u(xB)。

雜質含量的不確定度u(xB)來源主要包括測量重復性，儀器溫度示值誤差和儀器熱量示值誤差引入的不確定度，且各分量互不相關。

根據表2數據可知，由重復性引入的相對標準不確定度為urel為13.88%

差示掃描量熱儀溫度引入的相對不確定度為urel(T)為1.01%

差示掃描量熱儀熱量引入的相對不確定度為urel(H)為2.89%

根據上述數據，采用DSC法計算得到的純度值的標準不確定度為

3.1.3 純度定值不確定度

由于2.3中已證明質量平衡法和DSC法等準確度且平均值的結果一致，因此純度定值的標準不確定度為

3.2 均勻性引入的不確定度

根據乙酰苯胺的均勻性檢驗數據（表3），由均勻性導致的不確定度分量為

3.3 穩定性引入的不確定度

根據乙酰苯胺的穩定性分析數據（表4），由穩定性導致的不確定度分量為

3.4 合成不確定度和擴展不確定度

綜上，乙酰苯胺純度標準物質的不確定度為定值過程引入的不確定度uchar、均勻性引入的不確定度ubb和穩定性引入的不確定度us三個分量的合成，即：

取包含因子k= 2，置信度水平約為95%，擴展不確定度為U= 0.064%≈0.1%。因此，該批次乙酰苯胺純度標準物質的定值結果為99.9%±0.1%（k= 2）。

4 結語

采用質量平衡法和DSC法對乙酰苯胺純度標準物質進行純度定值，同時對其不確定度進行評定，得到乙酰苯胺標準物質的純度結果為99.9%，擴展不確定度為U= 0.1%（k= 2）。通過F檢驗和t檢驗證明了該標準物質具有良好的均勻性和穩定性，有效期限為12個月。