离子对试剂对离子对色谱-间接紫外检测分析哌啶离子液体阳离子的影响

张欣鑫，于 泓*， 金鑫鑫， 刘泽坤， 王 刚

(哈尔滨师范大学化学化工学院，黑龙江哈尔滨 150025)

离子液体作为一种新型的绿色溶剂，备受国内外研究者的广泛关注。离子液体与传统溶剂相比具有许多突出的优点，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，这使离子液体的研究成为当前化学领域的一个热点[1 - 3]，离子液体的分析亦引起人们高度重视[4]。目前，文献报道分离测定离子液体的方法主要有反相色谱法[5 - 7]、离子色谱法[8 - 10]、离子对色谱法[11 - 12]、亲水相互作用色谱法[13,14]、毛细管电泳法[15]等，其检测方法有紫外检测、电导检测、质谱检测等。紫外检测是最常用的检测方法，其分为直接紫外检测和间接紫外检测。间接紫外检测方法通常是在流动相中添加具有紫外吸收的物质作为背景紫外吸收试剂，使无紫外吸收的分析物从柱内洗脱出来后被检测到吸收信号的变化[16]。离子对色谱法是在流动相中加入离子对试剂使分析物分离的一种方法，其可以使在反相色谱中保留时间短的离子液体阳离子有效的分离。离子对试剂是影响离子对色谱分离、检测的重要因素。

本文研究了离子对试剂戊烷磺酸钠、庚烷磺酸钠、辛烷磺酸钠和癸烷磺酸钠对离子对色谱-间接紫外检测哌啶离子液体阳离子的影响，探讨了相关规律，为离子对色谱-间接紫外检测法的分析提供基础依据。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1200型高效液相色谱仪(美国，Agilent公司)，配备Degasser-G1322A型在线脱气机、G1311A型四元泵、G1316A型柱温箱、G1315B DAD检测器、G1329A标准型自动进样器和Revision B.04.01色谱工作站；DOA-P504-BN型无油真空泵(美国，IDEX公司)。

分析标样：溴化N-甲基-N-乙基哌啶([MEPi][Br])、溴化N-甲基-N-丙基哌啶([MPPi][Br])和溴化N-甲基-N-丁基哌啶([MBPi][Br])(纯度99%，上海成捷化学有限公司)。紫外吸收试剂：对氨基苯酚盐酸盐(纯度>98%，北京百灵威科技有限公司)、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和N-乙基吡啶四氟硼酸盐(纯度99%，上海成捷化学有限公司)。离子对试剂和有机溶剂：戊烷磺酸钠、庚烷磺酸钠、辛烷磺酸钠、癸烷磺酸钠和甲醇(色谱纯,Dikma Technologies公司)。实验用水由Simplicity纯水系统(美国，Millipore公司)制备。

1.2 溶液配制

1.2.1标准溶液分别准确称取哌啶离子液体[MEPi][Br]、[MPPi][Br]、[MBPi][Br]，用超纯水/甲醇(80/20,V/V)混合溶液溶解，配制成浓度为 1 000 mg/L标准储备液，然后稀释至所需浓度。

1.2.2流动相的配制和处理紫外吸收剂均用超纯水配制成浓度为0.5 mmol/L的溶液，离子对试剂配制成浓度为0.1 mmol/L的溶液。实验所用的紫外吸收试剂-离子对试剂水溶液、甲醇和超纯水均经0.22 μm滤膜过滤后使用。

1.3 色谱分析条件

色谱柱：Aglient ZORBAX Eclispe XDB-C18柱(150×4.6 mm，5 μm)；流动相：0.5 mmol/L紫外吸收试剂-0.1 mmol/L离子对试剂水溶液/甲醇；间接紫外检测波长：210 nm；流速：1.0 mL/min；柱温：30 ℃；进样体积：20 μL。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

考察了不同的离子对试剂对离子对色谱-间接紫外检测测定无紫外吸收的哌啶离子液体阳离子的影响。参考文献报道[11-12,16]，实验选择的紫外吸收试剂是1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、N-乙基吡啶四氟硼酸盐和对氨基苯酚盐酸盐三种阳离子型背景紫外吸收试剂，选择的色谱分离条件见1.3节。

2.2 紫外吸收试剂为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐时不同离子对试剂的影响

以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为背景紫外吸收试剂，分别加入不同的离子对试剂(戊烷磺酸钠、庚烷磺酸钠、辛烷磺酸钠和癸烷磺酸钠)，在选定的色谱条件下分别以0.5 mmol/L 1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐-0.1 mmol/L离子对试剂溶液/甲醇(80/20,70/30,V/V)为流动相得到的色谱图见图1。由图1可知，三种哌啶阳离子的出峰顺序依次为[MEPi]+、[MPPi]+、[MBPi]+，所有分析物色谱峰均呈现倒峰。离子对试剂的烷基链越长，分析离子的保留时间越长，检出限总体趋势提高；流动相中甲醇含量越高，分析离子的保留时间越短，检出限减小。用戊烷磺酸钠离子对试剂，当有机溶剂(甲醇)的比例为30%时，分析物的色谱峰已经重叠。用庚烷磺酸钠和辛烷磺酸钠作为离子对试剂可使哌啶阳离子获得较好的分离和检测，而用癸烷磺酸钠时检出限较高。

图1 紫外吸收试剂为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐时用不同离子对试剂获得的色谱图Fig.1 Chromatograms obtained using different ion-pair reagents with 1-ethyl-3-methyl imidazolium tetrafluoroborate as ultraviolet absorption reagentMobile phase:0.5 mmol/L1-ethyl-3-methyl imidazolium tetrafluoroborate -0.1 mmol/L ion-pair reagent/methanol.Ion-pair reagents:(a) sodium 1-pentanesulfonate;(b) sodium 1-heptanesulfonate;(c) sodium 1-octanesulfonate;(d) sodium 1-decanesulfonate.Methanol content(V/V):(A) 20%;(B) 30%.Chromatographic conditions:column,ZORBAX Eclispe XDB-C18;flow rate,1.0 mL/min;column temperature,30 ℃;inject volumn,20 μL;indirect UV detection,210 nm.Peaks(mg/L):1:[MEPi]+(50);2:[MPPi]+(50);3:[MBPi]+(50).

2.3 紫外吸收试剂为N-乙基吡啶四氟硼酸盐时不同离子对试剂的影响

以N-乙基吡啶四氟硼酸盐为紫外吸收试剂，分别加入不同的离子对试剂，在选定的色谱条件下以0.5 mmol/L N-乙基吡啶四氟硼酸盐-0.1 mmol/L 离子对试剂溶液/甲醇(80/20,70/30,V/V)为流动相获得的色谱图见图2。三种哌啶阳离子的出峰顺序、出峰方向、保留和检测规律与1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为背景紫外吸收试剂时相似，即离子对试剂对分离检测哌啶阳离子的影响与2.2节相似。

图2 紫外吸收试剂为N-乙基吡啶四氟硼酸盐时用不同离子对试剂获得的色谱图Fig.2 Chromatograms obtained using different ion-pair reagents with N-ethylpyridinium tetrafluoroborate as ultraviolet absorption reagentMobile phase:0.5 mmol/L N-ethylpyridinium tetrafluoroborate -0.1 mmol/L ion-pair reagent/methanol.Other conditions as in Fig.1.

2.4 紫外吸收试剂为对氨基苯酚盐酸盐时不同离子对试剂的影响

以对氨基苯酚盐酸盐为背景紫外吸收试剂分别加入不同的离子对试剂。在选定的色谱条件下以0.5 mmol/L 对氨基苯酚盐酸盐-0.1 mmol/L离子对试剂溶液/甲醇(80/20,70/30,V/V)为流动相获得的色谱图见图3。离子对试剂对哌啶阳离子分离和检测的影响规律与2.2节和2.3节相似。

图3 紫外吸收试剂为对氨基苯酚盐酸盐时用不同离子对试剂获得的色谱图Fig.3 Chromatograms obtained using different ion-pair reagents with 4-aminophenol hydrochloride as ultraviolet absorption reagentMobile phase:0.5 mmol/L 4-amiophenol hydrochloride -0.1 mmol/L ion-pair reagent/methanol.Other conditions as in Fig.1.

2.5 分离和检测机理

本实验采用的是阳离子型背景紫外吸收试剂，其分离机理主要是动态离子交换。当只有流动相通过色谱柱时，亲脂性的离子对试剂(戊烷磺酸盐、庚烷磺酸盐、辛烷磺酸盐和癸烷磺酸盐)由于疏水效应吸附到非极性固定相表面，在固定相与流动相之间保持动态平衡，产生具有阳离子交换能力的固定相层，流动相中的紫外吸收试剂阳离子(1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、N-乙基吡啶阳离子、对氨基苯酚阳离子)吸附到固定相表面。当分析物哌啶阳离子([MEPi]+、[MPPi]+、[MBPi]+)随着流动相进入色谱柱后，其与紫外吸收试剂阳离子发生动态离子交换，吸附在固定相上。当哌啶阳离子再被流动相中的紫外吸收试剂阳离子置换进入流动相流出色谱柱到达检测器时，使流动相中紫外吸收试剂阳离子的量减小，紫外吸收减小，哌啶阳离子呈现色谱峰，得到的色谱峰为倒峰。以上动态离子交换过程可表示为：

3 结论

本研究讨论了不同离子对试剂对离子对色谱-间接紫外检测测定哌啶离子液体阳离子的影响。结果表明，加入的离子对试剂烷基链越长，哌啶阳离子在色谱柱上的保留时间越长，检出限总体趋势提高。随着流动相中有机溶剂的比例增高，哌啶阳离子的保留时间逐渐缩短，检出限降低。哌啶阳离子的保留机理主要是动态离子交换机理。用庚烷磺酸钠和辛烷磺酸钠作为离子对试剂可使哌啶离子液体阳离子获得较好的分离和检测。

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