离子液体作为流动相添加剂的亲水作用色谱-间接紫外检测法分析四丁基磷与四丁基铵

万长长,郭 苑，关福晶，于 泓

(哈尔滨师范大学 化学化工学院 黑龙江省光化学生物材料与储能材料重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150025)

四丁基磷和四丁基铵类物质在化学化工等领域中应用广泛，四丁基铵类物质更是广泛应用于相转移催化剂、有机合成、药物合成以及材料化学中[1-2]。此类物质的残留物常存在于工业以及实验室废水中，若处理不当，易对人体造成不可逆转的伤害。因此，发展四丁基磷和四丁基铵的分析方法对于化学化工、医药、生命科学等领域均具有重要意义。目前，文献报道分离、检测四丁基磷和四丁基铵的方法主要是离子色谱和高效液相色谱等[3-4]。这些方法较为复杂且对实验器材要求高。因此，有必要发展简单易操作的这两种物质的分离、检测方法。

在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质通常称为离子液体[5]。目前已知有多种类型的离子液体，许多离子液体被广泛应用于萃取[6]、分析化学[7]、电化学[8]、催化和有机合成等领域[9]。近些年，离子液体被应用于色谱分析之中，其在气相色谱固定相[10-11]、液相色谱固定相[12-13]和流动相添加剂[14-18]等领域的应用日益受到关注。因为咪唑和吡啶离子液体在紫外区具有较强吸收，故可用作背景吸收试剂间接紫外检测无紫外光吸收的物质[19-21]。而用离子液体作为流动相的亲水作用色谱-间接紫外检测法分析四丁基磷和四丁基铵的研究尚未见文献报道。

本研究建立了以咪唑离子液体为流动相添加剂的亲水作用色谱-间接紫外检测法分离测定四丁基磷和四丁基铵的方法。考察了离子液体、有机溶剂、检测波长等因素的影响，讨论了保留和检测机理。本方法用普通的高效液相色谱仪、紫外检测器和亲水作用色谱柱，直接分离、检测四丁基磷和四丁基铵，方法简便，易于推广使用。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

美国Agilent公司1200型高效液相色谱仪，配有Degasser-G1322A型在线脱气机、Quatpump-G1311A型四元泵、ALS-G1329型自动进样器、TCC-G1316A型色谱柱温箱、DAD-G1315D型二极管阵列检测器和Revision B.04.01色谱工作站。TSK-GEL Amide-80HR亲水作用色谱柱(250 mm×4.6 mm i.d.，5 μm,硅胶键合氨基甲酰基，日本Tosoh公司)为分离柱。

四丁基溴化磷和四丁基氯化铵，纯度均大于98%，购自上海阿拉丁试剂有限公司。1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm][BF4])、N-乙基吡啶四氟硼酸盐([EPy][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]),纯度均大于 98%，购自上海成捷化学有限公司。乙腈为色谱纯，购自天津市科密欧化学试剂有限公司。电阻率18.2 MΩ·cm的超纯水由Simplicity 纯水系统制备(美国 Millipore公司)。

1.2 溶液配制

标准储备液的配制:称取四丁基溴化磷和四丁基氯化铵各0.100 0 g，用超纯水溶解，分别在100 mL容量瓶中定容，摇匀，配成四丁基磷和四丁基铵离子质量浓度分别为0.76 g/L和0.87 g/L的储备液，置冰箱中保存备用。

标准溶液的配制:量取超纯水配制的标准储备液1.50 mL，移入50 mL容量瓶中并用超纯水稀释至刻度线，配制成四丁基磷和四丁基铵离子质量浓度分别为22.8 mg/L和26.1 mg/L的标准溶液，经0.22 μm滤膜过滤后备用。

流动相的配制:用超纯水配制一定浓度的咪唑离子液体水溶液。用于流动相的咪唑离子液体水溶液、乙腈和超纯水分别经0.22 μm滤膜过滤并真空脱气15 min。

1.3 色谱分离条件

流动相为乙腈-0.5 mmol/L[EMIm][BF4](60∶40,体积比)，紫外检测波长为210 nm，流速1.0 mL/min,色谱柱温度30 ℃,进样体积20 μL。

图1 不同流动相测定四丁基磷和四丁基铵的色谱图Fig.1 Chromatograms of tetrabutylphosphorus and tetrabutylammonium determined by different additives of mobile phasea.acetonitrile-water(60∶40,by volume);b.acetonitrile-0.5 mmol/L [EPy][BF4](60∶40,by volume);c.acetonitrile-0.5 mmol/L[EMIm] [BF4](60∶40,by volume);d.acetonitrile-0.5 mmol/L[PMIm] [BF4](60∶40,by volume);e.acetonitrile-0.5 mmol/L[BMIm] [BF4](60∶40,by volume);chromatographic conditions: TSK-GEL Amide-80H R column;indirect UV detection, 210 nm;column temperature,30 ℃;flow rate,1.0 mL/min; inject volume,20 μL;1.tetrabutylphosphorus(45.6 mg/L); 2.tetrabutylammonium(52.2 mg/L)

图2 不同[EMIm][BF4]浓度下四丁基磷和四丁基铵的色谱图Fig.2 Chromatograms of tetrabutylphosphorus and tetrabuty- lammonium with different concentrations of [EMIm][BF4] a-e:0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 mmol/L;chromatographic conditions were the same as those in Fig.1;1.tetrabutylphosphorus (22.8 mg/L);2.tetrabutylammonium(26.1 mg/L)

2 结果与讨论

2.1 离子液体的影响与选择

在波长为210 nm，柱温为30 ℃的条件下，以乙腈-0.5 mmol/L离子液体(60∶40，体积比)为流动相，分别考察了咪唑离子液体([EMIm][BF4]、[PMIm][BF4]、[BMIm][BF4])、吡啶离子液体([EPy][BF4])对四丁基磷和四丁基铵测定的影响，结果见图1。由图可知，四丁基磷和四丁基铵离子自身无紫外吸收，仅用有机溶剂乙腈作流动相无法检出色谱峰，而用吡啶离子液体和咪唑离子液体作为流动相添加剂可对两者进行测定,离子液体在实验中起背景紫外吸收剂的作用。对于具有乙基烷基链的吡啶离子液体([EPy][BF4])和咪唑离子液体([EMIm][BF4])，当使用后者时，分离度较好，信噪比较高，噪音值偏小。对于具有不同长度烷基链的咪唑离子液体([EMIm][BF4],[PMIm][BF4],[BMIm][BF4])，随着咪唑离子液体烷基链的增长，四丁基磷和四丁基铵的保留时间略有增长，噪音值明显增大，信噪比降低。综合考虑信噪比和分离度，选择[EMIm][BF4]作为流动相添加剂。

以乙腈-[EMIm][BF4]水溶液(60∶40,体积比)为流动相，考察了离子液体浓度对四丁基磷和四丁基铵测定的影响，结果见图2。由图2可知，随着[EMIm][BF4]浓度的增大，分析物的保留时间逐渐缩短，噪音值增加。综合考虑保留时间和信噪比，选择[EMIm][BF4]的浓度为1.0 mmol/L。

离子液体分离和检测四丁基磷和四丁基铵的作用机理如下:由阳离子和阴离子组成的离子液体(如[EMIm][BF4])可看作离子对试剂。分析物四丁基磷和四丁基铵离子本身没有紫外吸收，而咪唑离子液体的阳离子有紫外吸收，其阴离子(如[BF4]-)没有紫外吸收。流动相中加入离子液体后，离子液体中的阴离子([BF4]-)与分析物阳离子形成了没有紫外吸收的中性离子对，并在固定相上保留。当此中性离子对被洗脱进入紫外检测器中，可使紫外吸收减弱，分析物得以被检测，形成负峰。此时流动相中的离子液体对四丁基磷和四丁基铵的分离和检测起离子对试剂和背景紫外吸收试剂的作用。另外，[EMIm]+阳离子既能与固定相功能基团氨基甲酰基作用又能与固定相表面残余的硅醇基团作用，屏蔽硅醇基，二者均可减弱四丁基磷和四丁基铵离子在固定相上的保留。随着[EMIm][BF4]离子液体浓度增大，[EMIm]+阳离子与氨基甲酰基的作用及屏蔽残余硅醇基团的作用逐渐增强，从而减弱了四丁基磷和四丁基铵的保留，缩短了四丁基磷和四丁基铵的保留时间[15,20]。

2.2 乙腈体积分数的选择

在波长为210 nm，柱温为30 ℃的条件下，以乙腈-1.0 mmol/L[EMIm][BF4]水溶液为流动相，考察了流动相中乙腈体积分数变化对四丁基磷和四丁基铵测定的影响。结果表明，随着乙腈体积分数的增大，四丁基磷和四丁基铵的保留时间逐渐延长。这是由于乙腈体积分数的增加，会减小流动相中[EMIm][BF4]的浓度，减弱洗脱能力。同时，随着乙腈体积分数的增大，噪音值逐渐减小，信噪比减小。综合考虑保留时间和信噪比，选择适宜的乙腈体积分数为60%。此时流动相中乙腈与[EMIm][BF4](1.0 mmol/L)水溶液的体积比为60∶40。

图3 四丁基磷和四丁基铵的标样色谱图Fig.3 Chromatogram of tetrabutylphosphorus and tetrabutylammonium standard sample1.tetrabutylphosphorus(22.8 mg/L);2.tetrabuty- lammonium(26.1 mg/L)

2.3 检测波长的影响及选择

在“1.3”的优化色谱条件下，考察了检测波长在200～250 nm范围内对四丁基磷和四丁基铵检测的影响。结果表明，在210 nm检测波长下，信噪比较高，因此检测波长选用210 nm。

2.4 定量分析参数

在“1.3”部分的优化色谱条件下测定了四丁基磷和四丁基铵7个混合标样(质量浓度分别为3.8 mg/L和4.3 mg/L、7.6 mg/L和8.7 mg/L、22.8 mg/L和26.1 mg/L、38.0 mg/L和43.5 mg/L、45.6 mg/L和52.2 mg/L、60.8 mg/L和69.9 mg/L、76.0 mg/L和87.0 mg/L)，色谱图见图3。结果显示，两者在15 min内得到分离。以峰面积(积分值y) 对离子质量浓度(x,mg/L) 进行回归，以3倍信噪比(S/N=3) 计算检出限(LOD)，连续7 次重复测定22.8 mg/L四丁基磷和26.1 mg/L四丁基铵的混合标样，计算峰面积的相对标准偏差(RSDs)和保留时间的相对标准偏差(RSDt)。方法的线性、检出限和重现性数据见表1。由表1可知，本方法的检出限较低，重现性、线性等均能满足定量分析要求。

表1 四丁基磷和四丁基铵的线性关系、检出限(LODs)和相对标准偏差(RSDs)Table 1 Linear relationships,limits of detection(LODs) and relative standard deviations(RSDs) of tetrabutylphosphorus and tetrabutylammonium

2.5 样品分析

量取500 mL松花江江水和克音河河水样品，经定量滤纸过滤3次后再经0.22 μm滤膜过滤，分别置于4个100 mL容量瓶中备用。向其中3个样品备用瓶中分别添加3个不同质量浓度(11.4、13.1 mg/L，22.8、26.1 mg/L，45.6、52.2 mg/L)的四丁基磷和四丁基铵标准溶液制备加标样品溶液。样品溶液和加标样品按照“1.3”部分优化条件进行测定。每个样品均平行测定5次。样品分析结果及加标回收率结果见表2。结果显示，其加标回收率为95.9%～107%，RSD不大于1.5%，表明本方法具有较好的准确度和精密度。

表2 样品分析及样品加标回收率Table 2 Sample analysis and recovery of standardized samples

ND：not detected

3 结 论

本文建立了以咪唑离子液体作为流动相添加剂的亲水作用色谱-间接紫外检测四丁基磷和四丁基铵的分析方法。咪唑离子液体作为背景紫外吸收试剂和淋洗剂，对四丁基磷和四丁基铵的分离、检测起重要作用。本方法可以在15 min内对两者进行分离，其检出限为1.0～1.2 mg/L，重现性、线性等均符合定量分析要求。将本方法用于克音河河水和松花江江水样品中四丁基磷和四丁基铵离子含量的分析，结果满意。