离子液体亦称室温离子液体或温室熔融盐,在室温或接近室温下呈液态,是由有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子构成的盐类化合物。与传统分子溶剂相比,离子液体具有很多独特的性质,如在室温条件下蒸气压低、不可燃、稳定性好、溶解能力强、导电性好等[ 1 ]。因此,离子液体在催化、有机合成、电化学、分析化学等领域有广泛的应用[ 1, 2, 3, 4, 5 ]。随着离子液体应用范围的不断扩大,尤其是工业应用的进展,人们越来越重视离子液体相关分离检测方法的研究[ 6 ]。分离测定离子液体阳离子的方法主要有反相液相色谱法[ 7, 8, 9, 10, 11, 12 ]、离子色谱法[ 13, 14, 15 ]、离子对色谱法[ 16, 17, 18 ]、亲水相互作用液相色谱法[ 19, 20 ]和毛细管电泳法[ 21 ]。分析的对象主要是分子中具有紫外吸收基团、可以直接进行紫外检测的咪唑和吡啶类离子液体阳离子。而对于无紫外吸收的离子液体阳离子,如吗啉类离子液体阳离子,其分离测定的相关报道几乎没有。间接紫外检测法是在流动相中加入具有紫外吸收的物质作为背景紫外吸收试剂,用于检测无紫外吸收的物质。高效液相色谱-间接紫外检测法的报道比较少,分析的对象主要是脂肪烃和无机阴离子[ 22, 23, 24, 25 ]。最近,我们采用间接紫外检测法分析四甲基铵根离子获得了较好的结果[ 26 ]。
与传统色谱柱相比,整体柱以其独特的优点,提高了色谱分离速度,迅速成为近年来色谱分析中的重要分离介质[ 27 ]。
本文目的是利用整体柱，发展无紫外吸收的吗啉离子液体阳离子的分离检测方法。利用具有紫外吸收的对氨基苯酚盐酸盐作为背景紫外吸收试剂,在反相C18硅胶整体柱上,以对氨基苯酚盐酸盐-离子对试剂-有机溶剂为流动相,实现了N-甲基,丙基吗啉阳离子的离子对色谱-间接紫外检测法分析。
1200 高效液相色谱仪(美国Agilent公司),配有G1311A型四元泵、G1329A标准型自动进样器、G1316A型柱温箱、G1315B型二极管阵列检测器(DAD)、Degasser-G1322A型在线脱气机和Revision B.04.01色谱工作站;DOA-P504-BN型无油真空泵(美国IDEX公司); Simplicity纯水系统(美国Millipore公司); PHSF-3F型pH计(上海精密科学仪器有限公司); 0.22 μ m滤膜(上海市新亚净化器件厂)。
溴化N-甲基,丙基吗啉(N-methyl,propyl-morpholinium bromide, [MPMo]Br)离子液体(纯度≥99% ,上海成捷化学有限公司);对氨基苯酚盐酸盐、烟酰胺、5-磺基水杨酸和邻苯二甲酸氢钾(分析纯,北京百灵威科技有限公司);庚烷磺酸钠、戊烷磺酸钠(色谱纯,天津市光复精细化工研究所);甲醇、乙腈(色谱纯,Dikma Technologies公司);电阻率18.2 M Ω \5cm的超纯水。
流动相的配制和处理:用超纯水配制一定浓度的对氨基苯酚盐酸盐-庚烷磺酸钠水溶液。对氨基苯酚盐酸盐-庚烷磺酸钠水溶液、甲醇和超纯水经0.22 μ m滤膜过滤后使用。
标准溶液的配制:用超纯水先配制被测离子化合物质量浓度为1 g/L 的标准储备液,然后稀释至实验所需浓度,经0.22 μ m滤膜过滤后使用。
色谱柱:Chromolith Speed ROD RP-18e (100 mm×4.6 mm,德国Merck公司);流动相:(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液(pH 4.52)-甲醇(9 ∶ 1, v/v);间接紫外检测:230 nm;流速:1.0 mL/min;柱温:30 ℃;进样体积:20 μ L。
对于没有紫外吸收的吗啉阳离子,尝试在流动相中加入具有紫外吸收的物质,通过间接紫外检测法对其进行分析。实验采用反相C18硅胶整体柱,比较了4种背景紫外吸收试剂(对氨基苯酚盐酸盐[ 23 ]、5-磺基水杨酸[ 24 ]、邻苯二甲酸[ 25 ]和烟酰胺[ 25 ])对测定N-甲基,丙基吗啉阳离子(MPMo)的影响。以0.5 mmol/L 背景紫外吸收试剂溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)为流动相,在其相应最大吸收波长下测定MPMo,结果发现均无色谱峰出现。考虑到在流动相中加入适当的离子对试剂对分离有一定的影响,因此又以(0.5 mmol/L 背景紫外吸收试剂-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)为流动相,在其相应最大吸收波长下进行测定。结果发现仅以对氨基苯酚盐酸盐为背景紫外吸收试剂时,MPMo的色谱峰出现,且色谱峰形较好。因此,选择对氨基苯酚盐酸盐为背景紫外吸收试剂。
对氨基苯酚盐酸盐的最大吸收波长在240 nm。实验采用反相C18硅胶整体柱,在流动相为(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)的条件下,考察了检测波长分别为200、210、220、230、240、250、260 nm时对测定的影响。结果发现,波长为240 nm时,基线噪声比较大;在230 nm时的检出限最低,峰形最好。因此,选择检测波长为230 nm。
以对氨基苯酚盐酸盐溶液-甲醇为流动相,分别采用反相C18硅胶色谱柱(ZORBAX Eclipse XDB-C18，150 mm×4.6 mm, 5 μ m,美国Agilent公司)和反相C18硅胶整体柱(Chromolith Speed ROD RP-18e)在230 nm测定MPMo。结果均未发现分析物的色谱峰出现。进一步考察，以(对氨基苯酚盐酸盐-庚烷磺酸钠)溶液-甲醇为流动相测定MPMo。结果发现,当采用反相C18硅胶色谱柱时无MPMo色谱峰出现,而当采用反相C18硅胶整体柱时MPMo的色谱峰出现,且色谱峰形较好。具体原因有待进一步研究。本实验中选用反相C18硅胶整体柱。
常用的离子对试剂有庚烷磺酸钠和戊烷磺酸钠,实验比较了这两种离子对试剂对MPMo测定的影响。分别以(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 戊烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)和(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)为流动相,测定结果见图1。当用戊烷磺酸钠为离子对试剂时,MPMo的色谱峰不清晰;而当用庚烷磺酸钠为离子对试剂时,MPMo的色谱峰峰形很好。因此,选择庚烷磺酸钠作为离子对试剂。
选定离子对试剂后,以(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)为流动相,考察庚烷磺酸钠浓度分别为0.05、0.1、0.15、0.2和0.3 mmol/L 时对MPMo测定的影响,结果见表1。随着庚烷磺酸钠浓度的增大,MPMo的保留时间逐渐延长,基本符合离子对色谱的保留机理。综合考虑保留时间、检出限和色谱峰形,选择庚烷磺酸钠的浓度为0.1 mmol/L。
以(对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)为流动相,考察了对氨基苯酚盐酸盐浓度分别为0.3、0.5、0.7、1.0 mmol/L 时对MPMo测定的影响,结果见表2。随着对氨基苯酚盐酸盐浓度的增大,MPMo的保留时间缩短。其原因是流动相中带正电荷的对氨基苯酚起到了淋洗离子的作用。当其浓度增加时,流动相的淋洗能力增强。这种现象说明离子液体阳离子的保留存在动态离子交换机理。基线噪声亦随着对氨基苯酚盐酸盐浓度的增大而增大,导致检出限增大。当对氨基苯酚盐酸盐浓度为0.3 mmol/L 时,MPMo的色谱峰略有拖尾。综合比较,选择对氨基苯酚盐酸盐浓度为0.5 mmol/L。
以(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)为流动相,考察流动相水溶液pH值分别为3.5、4.0、4.5、4.52和5.0时(以乙酸或氢氧化钠调节)对测定MPMo的影响,其中pH 4.52为未经调节时流动相溶液的pH值。结果表明,随着流动相溶液pH值的增大,保留时间逐渐延长。这是因为随着流动相pH值增大,流动相中带正电荷的对氨基苯酚的浓度减小,导致流动相的淋洗能力减弱。此现象亦说明离子液体阳离子的保留存在动态离子交换机理。当pH 4.52时,MPMo的检出限较低,灵敏度较高,峰形较好。因此,选择流动相溶液pH值为4.52,即流动相水溶液不需调节pH值。
分别以(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)和(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-乙腈(9 ∶ 1, v/v)为流动相,MPMo的测定结果见图2。当用乙腈作为有机溶剂时,基线噪声较大,且系统峰干扰MPMo的色谱峰。因此,选择甲醇为流动相的有机组分。
选定甲醇作为有机溶剂后,以(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇为流动相,考察流动相中甲醇体积分数变化对MPMo测定的影响。结果表明,随着甲醇体积分数的增大,保留时间逐渐缩短。当甲醇体积分数由10%增大到15%时,MPMo的检出限随之增大;当甲醇体积分数由20%增大到25%时,MPMo的色谱峰与系统峰相连。因此,综合比较,选择甲醇体积分数为10% 。
在液相色谱中,分析物的保留因子与流动相中甲醇含量之间有如下关系[ 10 ]:
以(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)为流动相,考察流速为1、2、3、4 mL/min 时对MPMo保留时间、柱效和柱压的影响,结果见表3。随着流速的增加,MPMo的保留时间缩短,柱压逐渐增大,柱效有些降低,基线噪声增大。当流速大于4 mL/min 时,柱压达到整体柱的极限压力20 MPa。综合考虑,采用1 mL/min 作为本实验的适宜流速。
以(0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠)溶液-甲醇(9 ∶ 1, v/v)为流动相,流速1.0 mL/min 的条件下,考察柱温为25、30、35、40 ℃时对MPMo保留时间的影响。当柱温为25 ℃时,MPMo的保留时间为3.088 min; 30 ℃时为2.966 min; 35 ℃时为2.892 min; 40 ℃时为2.788 min。结果表明,随着柱温的逐渐升高,MPMo的保留时间略有缩短,但总体影响不大。鉴于温度对MPMo的保留时间影响不大,实验选取接近室温的30 ℃。
通过以上实验选择的最佳色谱条件见1.3节。在此条件下对MPMo系列标准样品进行测定,MPMo的保留时间为2.966 min,色谱图见图3。以MPMo的峰面积(y)对质量浓度(x, mg/L)作线性回归方程为y=7.16 x-3.29, r=0.9999,线性范围为0.23～220 mg/L。噪声为 0.0325 mAU,以S/N=3确定检出限为0.07 mg/L。连续5次重复测定质量浓度为32.2 mg/L 的标准样品,计算峰面积的RSD为2.1% ,保留时间的RSD为0.02% 。
采用本方法测定了化学实验室合成的溴化N-甲基,丙基吗啉离子液体样品中的阳离子。准确称取 0.1011 g溴化N-甲基,丙基吗啉离子液体,配成100 mL浓溶液。再取2.5 mL浓溶液稀释至50 mL。稀释液经0.22 μ m滤膜过滤,然后在选定的色谱条件下进行分析,色谱图见图4。稀释液中MPMo的含量为29.73 mg/L,合成的溴化N-甲基,丙基吗啉离子液体样品中MPMo的含量为58.82% 。采用标准加入法检验了方法的回收率。加标量为12.87 mg/L,测定结果为12.72 mg/L,回收率为98.8% 。以上数据为5次测定的平均值,其RSD小于2.5% 。
建立了以对氨基苯酚盐酸盐为背景紫外吸收试剂的整体柱离子对色谱-间接紫外检测方法,用于快速分析无紫外吸收的N-甲基,丙基吗啉离子液体阳离子。将该法应用于化学实验室合成的N-甲基,丙基吗啉离子液体的分析,结果准确、可靠。本方法简便、快速,重现性、线性等均能满足N-甲基,丙基吗啉离子液体阳离子的定量分析要求。
2013, Vol. 31 Issue (10): 969-973
PDF (815KB)
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