一种甘氨酸合成过程的监测分析方法及其应用

本发明属于化工检测分析，具体涉及一种甘氨酸合成过程的监测分析方法及其应用。

背景技术：

1、甘氨酸是最常见的氨基酸，作为一种重要的精细化工中间体，被广泛应用于医药、食品、农药、饲料及日化用品等。甘氨酸可通过化学法和生物法合成，化学法主要有氯乙酸氨解、羟基乙腈工艺、施特雷克法和直接海因法等。

2、目前，甘氨酸的合成主要采用氯乙酸氨解工艺，该工艺经过多次更迭已发展出一步法和两步法。一步法简单易操作，是以氯乙酸和氨为原料，乌洛托品为催化剂，在ph值6.5-7.0、反应温度65-80℃的间歇反应器中直接反应，反应液经过醇析、冷却、结晶、分离后得到甘氨酸固体。两步法则是氯乙酸与氨先中和反应得氯乙酸铵，再向氯乙酸铵溶液中加入乌洛托品并继续通氨，反应液处理与一步法相同，最终得到甘氨酸。两步法不仅抑制了甘氨酸的副反应，提高了产品收率，还能减少乌洛托品在酸性条件下的水解消耗，具有连续流合成的应用前景。

3、产品最终收率可以通过称重法计算，但整个甘氨酸合成反应历程中，反应液中各组分的实时监测仍缺乏有效手段。中国专利cn109574864a公开了一种甘氨酸合成新工艺，采用一步法反应，反应结束后进行多次降温结晶，将初产品进行低温水洗涤后离心分离并干燥得到甘氨酸产品。中国专利cn111187173a公开了一种连续化的甘氨酸合成方法，以氯乙酸计最高收率可达97％，步骤包括氨水配制、成盐反应和氨化反应，实质与两步法过程无区别。中国专利cn101735084a公开了一种甘氨酸合成原料与工艺的改进方法，采用工业产品氯乙酸铵和碳酸氢铵为原料合成甘氨酸，合成收率大于90％。三个专利中对产品收率的评价都是称重混晶，由混晶中甘氨酸的含量计算产品收率。若能快速准确地监测甘氨酸合成过程中组分含量，将有助于甘氨酸合成工艺改进，减少以产品收率为目标的重复实验。

4、中国专利cn106596799a公开了一种通过高效液相色谱检测甘氨酸及其杂质的方法，使用体积比80-99％的乙腈和1-20％的水为第一流动相，体积比为80-99％的5-30mmol/l的磷酸二氢钾溶液和1-10％的甲醇为第二流动相，经c18色谱柱分离杂质从而测定甘氨酸。但该发明主要针对海因法生产的甘氨酸及其杂质的检测，缺少氯乙酸氨解反应液的检测实施例和对比例。且流动相的配制使用了四种不同的溶剂，组成相当复杂，所选磷酸盐浓度的流动相对待测样的ph缓冲能力有限。实施例的色谱图峰型不对称、拖尾严重，不能满足精密分析的要求，且所用c18色谱柱不能分离强极性离子化合物。

5、中国专利cn102841151a公开了一种甘氨酸含量的测量方法，应用氰基柱和氨基柱的高校液相色谱法对甘氨酸进行含量测定，以乙腈和磷酸盐的水溶液为流动相，采用外标法定量了甘氨酸原料的纯度。该发明仅以甘氨酸为目标物，未能给出其它杂质的检测方法。实施例的色谱图出现负峰，所选磷酸盐浓度的流动相对待测样的ph缓冲能力有限，所选氰基柱和氨基柱的平衡时间较长，不能满足快速准确监测反应液的要求。

6、中国专利cn115754071a公开了一种高效液相色谱测定反应液中甘氨酸和二酮哌嗪含量的方法，流动相为70vol％甲醇与30vol％水，以离子对试剂四丁基溴化铵为稳定剂，加入磷酸二氢钾为缓冲盐调节流动相ph约为5.0。该发明主要针对甘氨酸和二酮哌嗪这两种物质的分离，虽然能快速准确地分离并测出甘氨酸和二酮哌嗪含量，但未能给出反应液其他组分的检测方法。所选离子对色谱级四丁基溴化铵价格昂贵，且该方法对待测样的甘氨酸浓度范围有一定限制。实施例的色谱图峰型不对称、拖尾严重，不能满足精密分析的要求。

7、英文文献《hplc monitoring during the industrial synthesis of glycine》(process control and quality,1997,9(1-3):23-29)报道了使用苯乙烯-二乙烯基苯共聚物离子交换色谱柱通过高效液相色谱法分析甘氨酸合成反应液的方法，研究了ph、流动相组成等参数对检测结果的影响。研究表明以ph＝9.5浓度0.01mol/l磷酸氢二钾缓冲液与乙腈按65vol％-35vol％比例的混合液为流动相，可实现反应物、中间体和产品的分离。但该方法所用缓冲液的ph选择不合适，一方面偏碱性的流动相会直接与氯乙酸和甘氨酸反应，无法抑制有机酸的解离，同时磷酸盐缓冲液在该ph下的缓冲能力较差。文献中给出的色谱图峰型不对称、拖尾严重、基线漂移，对组分定量的准确性可能有影响。

8、中文文献《高效液相色谱分析氯乙酸氨解反应液组分》提出了采用外标法的高效液相色谱法，测定氯乙酸氨解反应液中甘氨酸、亚氨基二乙酸、氨基三乙酸、氯乙酸和氯离子的含量。该方法未提及乌洛托品及其季铵盐中间体的检测方法，所指亚氨基二乙酸和氨基三乙酸是一步法中的副反应产物，在两步法合成甘氨酸的过程中并不涉及。待检测的样品是主观臆想配方而配制，并非试剂生产中氯乙酸氨解反应液，不属于监测方法。给出的色谱图峰型不对称且密集、部分峰拖尾严重，未能检测出所有组分，且保留时间较长，不满足快速和精密分析的要求。

9、综上所述，测定甘氨酸合成反应液组成仍是一个亟待解决的问题。对此，如何提供一种甘氨酸合成过程的监测和分析方法，成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种甘氨酸合成过程的监测分析方法及其应用。本发明提供的监测分析方法可在任一时刻滞缓反应进程，从而快速准确地监测和分析反应液中各组分含量，流动相和测试条件对待测样品的要求比较友好。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种甘氨酸合成过程的监测分析方法，所述监测分析方法包括以下步骤：

4、(1)配制待测组分标准溶液，进行液相色谱检测，根据检测结果建立标准曲线；

5、(2)从甘氨酸合成过程中的反应器中取反应液冷却并稀释，之后进行液相色谱检测，根据检测结果结合标准曲线计算反应液中各组分含量，实现对甘氨酸合成过程的监测分析。

6、上述方法能够在任一时刻滞缓反应进程，并实现了快速准确地监测和分析反应液中各组分含量，且流动相和测试条件对待测样品的要求比较友好。

7、优选地，所述液相色谱检测中，流动相包括缓冲液和乙腈；

8、优选地，所述缓冲液包括磷酸二氢钾缓冲液、甲酸铵缓冲液或乙酸铵缓冲液中任意一种，优选磷酸二氢钾缓冲液。

9、优选地，所述磷酸二氢钾缓冲液的浓度为0.01-0.1mol/l；ph为2.3-2.9，优选为2.4-2.6。

10、其中，磷酸二氢钾缓冲液的浓度可以是0.01mol/l、0.02mol/l、0.03mol/l、0.04mol/l、0.05mol/l、0.06mol/l、0.07mol/l、0.08mol/l、0.09mol/l或0.1mol/l等，ph可以是2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8或2.9等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

11、上述特定浓度的缓冲液对待测样品的ph缓冲能力越强，且能够防止高浓度缓冲液降低柱效、影响色谱柱的使用寿命的风险；选择特定ph有助于保证各组分洗脱更迅速，抑制酸性溶质的电离，获得良好的峰型，延长色谱柱的寿命。

12、缓冲液的ph调节试剂包括磷酸、盐酸、硫酸或甲酸等。

13、优选地，所述缓冲液与乙腈的体积比为(4-19):1，例如4:1、6:1、9:1、14:1或19:1等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、上述流动相中，通过加入乙腈可以有效改善峰型，减少强阴离子的拖尾现象，并通过控制两者体积比可以防止析出磷酸盐的风险，减少流动相混合不均匀而造成信号噪声、基线起伏加剧的问题。

15、优选地，所述液相色谱检测的色谱柱为岛津shimnex he sax阴离子柱。

16、优选地，所述液相色谱检测的柱温为20-40℃，流动相流速为0.6-1.1ml/min，进样体积为5-20μl，检测波长为190-205nm。

17、其中，柱温可以是20℃、25℃、30℃、35℃或40℃等，流动相流速可以是0.6ml/min、0.7ml/min、0.8ml/min、0.9ml/min、1.0ml/min或1.1ml/min等，进样体积可以是5μl、10μl、15μl或20μl等，检测波长可以是190nm、195nm、200nm或205nm等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

18、优选地，步骤(1)所述待测组分包括乌洛托品、甘氨酸、乌洛托品季铵盐、氯乙酸/氯乙酸铵、氯化铵。

19、优选地，步骤(1)所述待测组分标准溶液中，乌洛托品标准溶液的浓度为100-10000mg/l，甘氨酸标准溶液的浓度为50-5000mg/l，乌洛托品季铵盐标准溶液的浓度为100-10000mg/l，氯乙酸标准溶液/氯乙酸铵标准溶液的浓度为50-5000mg/l，氯化铵标准溶液的浓度为50-2500mg/l。

20、其中，乌洛托品标准溶液的浓度可以是100mg/l、500mg/l、1000mg/l、2500mg/l、5000mg/l或10000mg/l等，甘氨酸标准溶液的浓度可以是50mg/l、100mg/l、500mg/l、1000mg/l、2500mg/l或5000mg/l等，乌洛托品季铵盐标准溶液的浓度可以是100mg/l、500mg/l、1000mg/l、2500mg/l、5000mg/l或10000mg/l等，氯乙酸标准溶液/氯乙酸铵标准溶液的浓度可以是50mg/l、100mg/l、500mg/l、1000mg/l、2500mg/l或5000mg/l等，氯化铵标准溶液的浓度可以是50mg/l、100mg/l、500mg/l、1000mg/l或2500mg/l等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

21、优选地，步骤(2)所述稀释的倍数为10-100倍，例如10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍或100倍等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

22、优选地，步骤(2)所述冷却并稀释的处理时间为1-10s，例如1s、2s、3s、4s、5s、6s、7s、8s、9s或10s等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

23、上述特定处理时间有助于反应的及时滞缓，提高对甘氨酸合成过程监测的时效性。

24、另一方面，本发明还提供了如上所述的监测分析方法在甘氨酸生产控制中的应用。

25、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

26、本发明提供了一种甘氨酸合成过程的监测分析方法，其能够在任一时刻滞缓反应进程，并实现了快速准确地监测和分析反应液中各组分含量，且流动相和测试条件对待测样品的要求比较友好。