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 DAD型检测器、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。

甲醇、乙腈(色谱纯,Dikma Technologies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);磺基水杨酸、烟酰胺、邻苯二甲酸、乙酸(分析纯,北京百灵威科技有限公司);离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm][BF₄])、1-丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([PMIm][BF₄])、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm][BF₄])、1-戊基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([AMIm][BF₄])、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([HMIm][BF₄])(纯度≥99% ,上海成捷化学有限公司);溴化四乙基铵(纯度≥99% ,上海成捷化学有限公司);电阻率18.2 M Ω ·cm的超纯水。

用超纯水配制一定浓度的[EMIm][BF₄]-庚烷磺酸钠水溶液。[EMIm][BF₄]-庚烷磺酸钠水溶液、甲醇和超纯水经0.22 μ m滤膜过滤后作流动相。

用超纯水先配制被测离子化合物质量浓度为 1 000 mg/L 的标准储备液,然后稀释至实验所需浓度,经0.22 μ m滤膜过滤后备用。

整体柱分析条件:C18反相整体色谱柱(Chromolith Speed ROD RP-18e,100 mm×4.6 mm,德国Merck公司);流动相为0.5 mmol/L [EMIm][BF₄]-0.15 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液(pH 5.5)/甲醇(80 ∶ 20,v/v);间接紫外检测波长为210 nm;流速为1.0 mL/min;柱温为30 ℃;进样体积为20 μ L。

填充柱分析条件:C18反相填充色谱柱(ZORBAX Eclipse XDB C18,150 mm×4.6 mm,5 μ m,美国Agilent公司);流动相为0.5 mmol/L [EMIm][BF₄]-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液(pH 5.5)/甲醇(80 ∶ 20,v/v);其他条件同整体柱分析条件。

为了较好地测定TEA,了解其保留现象,实验采用整体柱和填充柱两种色谱柱对其进行了分离测定。

由于TEA没有紫外光吸收,我们尝试在流动相中加入具有紫外光吸收的物质通过间接紫外检测法对其进行分析。实验比较了3种常用的背景紫外吸收试剂(5-磺基水杨酸、邻苯二甲酸氢钾和烟酰胺)对TEA测定的影响。分别采用整体柱和填充柱,以0.5 mmol/L 背景紫外吸收试剂水溶液(pH 5.5)-甲醇(80 ∶ 20,v/v)为流动相,在其相应最大吸收波长下测定TEA,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测定有一定的影响,因此,实验又以0.5 mmol/L 背景紫外吸收试剂水溶液-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液(pH 5.5)/甲醇(80 ∶ 20,v/v)为流动相,在其相应最大吸收波长下进行测定,结果发现均无TEA色谱峰出现。

咪唑离子液体具有较强的紫外吸收,因此,我们考虑用咪唑离子液体作为间接紫外检测的背景紫外吸收试剂。在其最大吸收波长210 nm下,以0.5 mmol/L [EMIm][BF₄] (pH 5.5)/甲醇(80 ∶ 20,v/v)为流动相测定TEA,发现在此条件下无TEA色谱峰出现;当流动相中加入0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠时,整体柱和填充柱模式下均出现TEA色谱峰,且色谱峰形较好。因此,选择咪唑离子液体作为间接紫外检测的背景紫外吸收试剂,并以咪唑离子液体-庚烷磺酸钠-甲醇体系作为流动相。

[EMIm][BF₄]的最大吸收波长在210 nm,在流动相为0.5 mmol/L[EMIm][BF₄]-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液(pH 5.5)/甲醇(80 ∶ 20,v/v)的条件下,考察了检测波长(200、210、220、230、240、250 nm)的变化对测定的影响。结果发现,当波长为210 nm时,两种色谱柱模式下TEA的检出限最小,色谱峰形最好,故均选择210 nm为最佳检测波长。

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分别在整体柱模式及填充柱模式下对TEA测定的影响。分别以0.5 mmol/L[EMIm][BF₄]-0.1 mmol/L 戊烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,v/v)和0.5 mmol/L[EMIm][BF₄]-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,v/v)为流动相测定TEA。当以戊烷磺酸钠为离子对试剂时,整体柱模式下TEA色谱峰与系统峰重合,填充柱模式下无TEA色谱峰出现;当以庚烷磺酸钠为离子对试剂时，整体柱和填充柱模式下均有TEA色谱峰出现。因此,实验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[EMIm][BF₄]-庚烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,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 时对测定TEA的影响,结果见表1。在整体柱模式及填充柱模式下,随着庚烷磺酸钠浓度增大,TEA的保留时间逐渐延长,检出限增大;整体柱模式下在浓度为0.15 mmol/L 时,TEA色谱峰形最佳,因此,选择庚烷磺酸钠的浓度为0.15 mmol/L;填充柱模式则在浓度为0.1 mmol/L 时,TEA色谱峰形最好,因此,选择庚烷磺酸钠的浓度为0.1 mmol/L。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 庚烷磺酸钠的浓度与四乙基铵根离子的保留时间和检出限之间的关系 Table 1 Relationships between the concentration of 1-heptanesulfonic acid sodium and retention time (tR) and detection limit (LOD,S/N=3) of tetraethyl ammonium c(1-Heptanesulfonic acid sodium)/ (mmol/L) tR/min LOD/(mg/L) Monolithic column Packed column Monolithic column Packed column 0.05 1.935 2.287 0.02 0.05 0.10 2.177 3.018 0.03 0.07 0.15 2.399 3.307 0.04 0.08 0.20 2.600 3.687 0.07 0.09 0.30 2.843 4.200 0.11 0.13

表1 庚烷磺酸钠的浓度与四乙基铵根离子的保留时间和检出限之间的关系 Table 1 Relationships between the concentration of 1-heptanesulfonic acid sodium and retention time (tR) and detection limit (LOD,S/N=3) of tetraethyl ammonium

分别考察5种烷基链长度不同的咪唑离子液体([EMIm][BF₄]、[PMIm][BF₄]、[BMIm][BF₄]、[AMIm][BF₄]和[HMIm][BF₄])作流动相组分测定TEA的分离效果,整体柱模式下以0.5 mmol/L 咪唑离子液体-0.15 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,v/v)为流动相;填充柱模式下以0.5 mmol/L 咪唑离子液体-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,v/v)为流动相。结果发现,当咪唑阳离子烷基链从乙基增加到己基时,TEA的保留时间缩短;这是由于随着咪唑环上烷基链的逐渐增长,导致流动相的极性减弱,疏水性逐渐增强,因而被测物质的保留时间缩短。但当用[PMIm][BF₄]、[BMIm][BF₄]、[AMIm][BF₄]和[HMIm][BF₄]为流动相时,两种色谱柱模式下TEA的色谱峰与系统峰部分重叠。因此,选择[EMIm][BF₄]作为流动相组分。上述实验现象说明,离子液体作为流动相组分,既为背景紫外吸收物质,又为流动相中改善被测物质分离的有效成分。

在选定了[EMIm][BF₄]作为流动相组分后,又考察了[EMIm][BF₄]浓度分别为0.3、0.5、0.7、1.0 mmol/L 时对测定TEA的影响,结果见表2。可知,在整体柱模式及填充柱模式下均随着[EMIm][BF₄]浓度增大,TEA保留时间缩短,检出限增大。随着[EMIm][BF₄]浓度增大,TEA保留时间缩短,产生这种现象的原因是,[EMIm]⁺起到了淋洗离子的作用,其浓度增加,导致流动相的淋洗能力增强,TEA保留时间缩短。随着[EMIm][BF₄]浓度增大,检出限增大,这是由于[EMIm][BF₄]作为背景紫外吸收物质,随其浓度增加,背景吸收增大,噪声值增大,导致检出限增大。当浓度为0.5 mmol/L 时,TEA色谱峰形最佳。因此,选择[EMIm][BF₄]溶液浓度为0.5 mmol/L。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 [EMIm][BF4]浓度与四乙基铵根离子的保留时间和检出限之间的关系 Table 2 Relationships between the concentration of [EMIm][BF4] and retention time and detection limit of tetraethyl ammonium Concentration of [EMIm][BF4]/ (mmol/L) tR/min LOD/(mg/L) Monolithic column Packed column Monolithic column Packed column 0.3 2.580 3.143 0.02 0.06 0.5 2.399 3.018 0.04 0.07 0.7 2.274 2.733 0.23 0.09 1.0 2.186 2.533 0.63 1.09

表2 [EMIm][BF4]浓度与四乙基铵根离子的保留时间和检出限之间的关系 Table 2 Relationships between the concentration of [EMIm][BF4] and retention time and detection limit of tetraethyl ammonium

图1

Fig. 1

图1 使用不同pH值的流动相获得的色谱图 Fig.1 Chromatograms obtained with mobile phases of different pH values Mobile phases: for Chromolith Speed ROD RP-18e column,0.5 mmol/L [EMIm][BF4]-0.15 mmol/L 1-heptanesulfonic acid sodium aqueous solution/methanol (80 ∶ 20,v/v); for ZORBAX Eclipse XDB C18,0.5 mmol/L [EMIm][BF4]-0.1 mmol/L 1-heptanesulfonic acid sodium aqueous solution/methanol (80 ∶ 20,v/v). Other chromatographic conditions: indirect ultraviolet detection,210 nm; flow rate,1.0 mL/min; column temperature,30 ℃; injection volume,20 μ L. Mass concentration of TEA: 27.7 mg/L.

整体柱模式下以0.5 mmol/L 咪唑离子液体-0.15 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,v/v)为流动相,填充柱模式下以0.5 mmol/L 咪唑离子液体-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,v/v)为流动相,考察流动相水溶液pH值分别为4、4.5、5、5.5(即不调节pH)和6时对测定TEA的影响,见图1。结果表明,在所考察的pH值范围内,整体柱模式下流动相水溶液的pH值对TEA保留时间几乎无影响;填充柱模式下TEA的保留时间随流动相水溶液pH值的增大而延长,但影响不大。因此,均选择流动相水溶液的pH值为5.5(即不调节pH)。

甲醇和乙腈是反相液相色谱流动相中常用的有机溶剂,实验在整体柱模式下分别以0.5 mmol/L[EMIm][BF₄]-0.15 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,v/v)和0.5 mmol/L[EMIm][BF₄]-0.15 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/乙腈(80 ∶ 20,v/v)为流动相测定TEA;在填充柱模式下以0.5 mmol/L[EMIm][BF₄]-0.10 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇(80 ∶ 20,v/v)和0.5 mmol/L[EMIm][BF₄]-0.10 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/乙腈(80 ∶ 20,v/v)为流动相测定TEA。实验结果表明,当选用乙腈作为有机溶剂时,整体柱模式及填充柱模式下TEA色谱峰均与系统峰重合。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,整体柱模式下以0.5 mmol/L 咪唑离子液体-0.15 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇为流动相;填充柱模式下以0.5 mmol/L 咪唑离子液体-0.1 mmol/L 庚烷磺酸钠水溶液/甲醇为流动相,
考察流动相中甲醇体积分数变化(10% 、15% 、20% 、25% 、30% )对TEA测定的影响。结果表明,整体柱模式及填充柱模式下均随着甲醇体积分数的增加,TEA的保留时间缩短。原因是甲醇含量增加,流动相的疏水性增强,导致TEA与固定相表面的吸附作用减弱,保留时间缩短。当甲醇体积分数为20%时,基线噪声值最小,检出限也最小,因此均选择甲醇体积分数为20% 。

在液相色谱中,分析物的保留因子与流动相中有机溶剂(乙腈或甲醇)浓度之间有如下关系:lg k=c φ (MeOH)+d^[27]，式中k是分析物的保留因子,φ (MeOH)是流动相中甲醇的体积分数。将TEA保留因子的对数值lg k与流动相中甲醇体积分数值 φ (MeOH)作图,所得曲线的线性回归方程如下: 整体柱,lg k=-3.522 φ (MeOH)+0.590 4,r=0.998 1;填充柱,lg k=-3.726 φ (MeOH)+0.906 6,r=0.998 3。可知,两种色谱柱模式下lg k与 φ (MeOH) 之间呈现良好的线性关系,表明TEA的保留符合液相色谱模式。

考察了当柱温为20、25、30、35、40 ℃时对TEA保留时间的影响。结果可知,随着柱温的逐渐升高,TEA的保留时间缩短,整体柱模式下保留时间从2.550 min逐渐缩短至2.259 min,填充柱模式下保留时间从3.300 min逐渐缩短至2.769 min,但总体影响均不大。因此,均选取接近室温的30 ℃为本实验的温度。

鉴于整体柱可以采用较高的流速,实验考察了流速为1、2、3 mL/min 时对TEA保留时间和柱压的影响。结果表明,随着流速由1 mL/min 增加到3 mL/min,TEA的保留时间由2.399 min缩短到0.812 min,柱压由8.3 MPa增大到16.8 MPa。当流速大于3 mL/min 时,柱压将达到整体柱的极限压力20 MPa。当流速为2 mL/min 和3 mL/min 时,基线噪声值较大。因此,综合考虑,采用1 mL/min 的流速作为本实验的流速。

通过以上实验,得到最佳色谱条件见1.3节,色谱图见图1 pH 5.5的色谱图,其中目标分析物前面的正峰是系统峰。

在最佳色谱条件下,对TEA标样进行了测定。分别采用峰面积定量,以峰面积(积分值)对离子质量浓度(mg/L)求得线性回归方程,以3倍信噪比计算检出限,连续5次重复测定TEA标样(27.7 mg/L),计算峰面积及保留时间的相对标准偏差(RSD),得到检出限、线性关系和重现性数据,结果见表3。结果表明,上述两种方法的检出限较文献^[28]报道的电导检测的检出限(2 mg/L)低,重现性、线性等均能满足定量分析要求。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 TEA的线性关系、检出限及精密度 Table 3 Linear relationships,limits of detection (LOD,S/N=3) and relative standard deviations (RSDs,n=5) of TEA Column Linear range/ (mg/L) Linear regression equation Correlation coefficient (r) LOD/ (mg/L) RSD for peak area/retention time/% Monolithic column 0.13-120 y=22.34x-1.26 0.9999 0.04 0.16/0.02 Packed column 0.23-120 y=29.62x+12.33 0.9990 0.07 0.11/0.01 y: peak area; x: mass concentration,mg/L.

表3 TEA的线性关系、检出限及精密度 Table 3 Linear relationships,limits of detection (LOD,S/N=3) and relative standard deviations (RSDs,n=5) of TEA

采用1.3节方法分别在整体柱和填充柱分析的最佳色谱条件下测定了化学实验室合成的溴化四乙基铵离子液体样品:准确称取 0.100 3 g溴化四乙基铵离子液体样品,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滤膜过滤后进行色谱分析。结果表明色谱分离良好，两种色谱柱上的分离图见图2。

采用标准加入法检验方法的回收率,样品分析结果及回收率数据见表4,其相对标准偏差均小于1.0% 。结果说明,两种方法均具有高的准确性和好的精密度,均能满足离子液体中TEA的定量分析要求。

图2

Fig. 2

图2 离子液体样品的色谱图 Fig.2 Chromatograms of the synthesized ionic liquid sample The chromatographic conditions are the same as in Fig. 1 (pH 5.5).

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 离子液体样品中四乙基铵根离子的分析结果及加标回收率(n=5) Table 4 Analytical results and spiked recoveries of tetraethyl ammonium found in an ionic liquid sample synthesized (n=5) Column Original/ (mg/L) Added/ (mg/L) Found/ (mg/L) Recovery/ % Content of cation in ionic liquid/% Monolithic 26.9 11.1 37.8 98.2 53.6 column Packed 27.4 11.1 38.4 99.1 54.6 column

表4 离子液体样品中四乙基铵根离子的分析结果及加标回收率(n=5) Table 4 Analytical results and spiked recoveries of tetraethyl ammonium found in an ionic liquid sample synthesized (n=5)

建立了以具有紫外吸收的咪唑离子液体为流动相添加剂的离子对色谱-间接紫外检测法分析无紫外光吸收的TEA的方法。离子液体作为流动相组分,既为背景紫外吸收物质,又为流动相中改善被测物质分离的有效成分。通过比较整体柱模式和填充柱模式下对于TEA测定情况,可知在最佳色谱条件中离子对试剂浓度不同;pH改变对TEA保留现象不同。两种模式下建立的方法虽存在些许差异,但其对TEA测定的影响不大,均能满足TEA测定的需要。将此两种方法应用于测定实验室合成的溴化四乙基铵离子液体,结果准确、可靠。方法简便,重现性、线性等亦能满足TEA的定量分析要求。