王淼煜， 于 泓， 李 萍， 李 杰， 高玉鳳

（哈爾濱師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150025）

離子液體（ionic liquid）是一種在室溫或近于室 溫的情況下以離子為主體的熔融鹽體系［1，2］?，F(xiàn)在主要研究的離子液體是由含氮有機(jī)雜環(huán)陽離子（咪唑離子或吡啶離子等）和無機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的新型離子液體［3－5］。離子液體具有許多突出的特點(diǎn)，這使其在催化、有機(jī)合成、電化學(xué)等領(lǐng)域［6－9］的應(yīng)用研究越來越受到人們的重視。因此離子液體的分離檢測顯得尤為重要?，F(xiàn)有的分離分析方法主要有反相高效液相色譜法［10－13］、離子色譜法［14－16］、離子對(duì)色譜法［17－19］、親水相互作用液相色譜法［20］等，其中所檢測的離子液體大部分是具有紫外吸收的咪唑類和吡啶類離子液體陽離子［21，22］。而無紫外吸收的離子液體，如哌啶離子液體，其分離檢測方法的報(bào)道很少。

本實(shí)驗(yàn)發(fā)展了無紫外光吸收的哌啶離子液體陽離子的整體柱離子對(duì)色譜－間接紫外檢測法。研究了影響其保留的因素和保留規(guī)律，建立了離子對(duì)色譜－間接紫外檢測法分離測定哌啶離子液體陽離子的方法，并應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室合成的離子液體的分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1200高效液相色譜儀（美國Agilent公司），配備G1311A型四元泵、Degasser－G1322A型在線脫氣機(jī)、G1329A標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)進(jìn)樣器、G1316A型柱溫箱、Revision B.04.01色譜工作站和G1315B DAD檢測器；PHSF－3F型pH計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；Simplicity純水系統(tǒng)（美國 Millipore公司）；0.22μm 濾 膜；DOA－P504－BN 型 無 油 真 空 泵（IDEX 公司）。

離子液體：溴化 N－甲基－N－乙基哌啶（［MEPi］Br）（純度99%）；溴化 N－甲基－N－丙基哌啶（［MPPi］Br）（純度 99%）；溴 化 N－甲基－N－丁基 哌 啶（［MBPi］Br）（純度99%）（上海成捷化學(xué)有限公司）。對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽、5－磺基水楊酸、煙酰胺和鄰苯二甲酸氫鉀（分析純，北京百靈威科技有限公司）。乙酸、氫氧化鈉（分析純，上海試劑一廠）。甲醇、乙腈（色譜純，Dikma Technologies公司）。庚烷磺酸鈉、戊烷磺酸鈉（色譜純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）。配制溶液均采用電阻率18.2 MΩ·cm的超純水。

1.2 溶液配制

1.2.1 流動(dòng)相的配制和處理

用超純水配制一定濃度的對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－庚烷磺酸鈉水溶液。實(shí)驗(yàn)所用對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－庚烷磺酸鈉水溶液、甲醇、乙腈和去離子水經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后使用。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

用超純水分別配制3種哌啶離子液體質(zhì)量濃度為1 000 mg／L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，取3種離子液體的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液各5 mL定容于同一100 mL容量瓶中，配制成質(zhì)量濃度為50 mg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，置于樣品瓶中備用。

1.3 色譜分析

色譜柱：Chromolith Speed ROD RP－18e（100 mm×4.6 mm，德國 Merck公司）；流動(dòng)相：0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）；間接紫外檢測波長：210 nm；流速：1.0 mL／min；柱溫：30℃；進(jìn)樣體積：20μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 背景紫外吸收試劑的選擇

由于哌啶離子液體陽離子無紫外吸收，因此在進(jìn)行間接紫外檢測時(shí)，流動(dòng)相需要添加紫外吸收試劑。常用的紫外吸收試劑有對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽、磺基水楊酸、鄰苯二甲酸氫鉀和煙酰胺等。實(shí)驗(yàn)考察了這4種紫外吸收試劑在各自最大吸收波長對(duì)哌啶類離子液體陽離子的檢驗(yàn)。分別以0.5 mmol／L背景紫外吸收試劑水溶液（用乙酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 4.5）／甲醇（80∶20，v／v）為流動(dòng)相，在其相應(yīng)最大吸收波長處測定3種哌啶離子液體陽離子（MEPi、MPPi、MBPi），結(jié)果均無色譜峰出現(xiàn)。

考慮到在流動(dòng)相中加入適當(dāng)?shù)碾x子對(duì)試劑對(duì)測定有一定的影響，實(shí)驗(yàn)又在流動(dòng)相中加入離子對(duì)試劑進(jìn)行考察。當(dāng)以0.5 mmol／L背景紫外吸收試劑－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液（pH4.5）／甲醇（80∶20，v／v）為流動(dòng)相時(shí)，在各自最大吸收波長下進(jìn)行測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅在對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－庚烷磺酸鈉水溶液為流動(dòng)相時(shí)，哌啶類離子液體陽離子有色譜峰出現(xiàn)，且色譜峰形較好。因此選定對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽為背景紫外吸收試劑。

2.1.2 檢測波長的選擇

對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽的最大吸收波長約為240 nm。實(shí)驗(yàn)分別測試波長（200、210、220、230、240、250 nm）的變化對(duì)測定的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在210 nm時(shí)基線噪聲值最小，峰形最好。故選擇210 nm。

2.1.3 離子對(duì)試劑對(duì)哌啶陽離子保留的影響

較為常見的離子對(duì)試劑有庚烷磺酸鈉和戊烷磺酸鈉。實(shí)驗(yàn)分別以0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L戊烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）和 0.5 mmol／L 對(duì) 氨 基 苯 酚 鹽 酸 鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）為流動(dòng)相分離3種哌啶陽離子（見圖1）。當(dāng)使用戊烷磺酸鈉為離子對(duì)試劑時(shí)，看不到3種哌啶陽離子的色譜峰。

在選定離子對(duì)試劑為庚烷磺酸鈉后，又考察了庚烷 磺 酸 鈉 濃 度 從 0.05 mmol／L 增 大 至 0.3 mmol／L時(shí)對(duì)分離測定哌啶陽離子的影響，結(jié)果見圖2。可以看出，隨著庚烷磺酸鈉濃度的增大，3種哌啶陽離子的保留時(shí)間逐漸延長，這符合離子對(duì)色譜的保留規(guī)律。在濃度為0.05 mmol／L時(shí)，雖然保留時(shí)間較短，但是MEPi的色譜峰與系統(tǒng)峰有部分重疊。因此選擇庚烷磺酸鈉的濃度為0.1 mmol／L，此時(shí)哌啶陽離子的保留時(shí)間較短、峰形較好。

圖1 分別使用離子對(duì)試劑（a）戊烷磺酸鈉和（b）庚烷磺酸鈉得到的色譜圖Fig.1 Chromatograms obtained using ion－pair reagents of（a）1－pentanesulfonic acid sodium and（b）1－h(huán)eptanesulfonic acid sodium

2.1.4 對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽濃度對(duì)哌啶陽離子保留的影響

以對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）為流動(dòng)相，考察了對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽濃度分別為0.3、0.5、0.7、1.0 mmol／L時(shí)，對(duì)分離測定3種哌啶陽離子的影響，結(jié)果見表1。可以看出，隨著對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽濃度的增大，保留時(shí)間略有縮短，檢出限增大。引起檢出限增大的主要原因是：對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽作為背景紫外吸收試劑，當(dāng)其濃度增加時(shí)，背景吸收增加，導(dǎo)致基線噪聲值增大。由于在對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽濃度為0.3 mmol／L時(shí)，系統(tǒng)峰干擾 MBPi的測定，因此選擇對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽的濃度為0.5 mmol／L。

圖2 用0.05～0.3 mmol／L庚烷磺酸鈉作為流動(dòng)相得到的色譜圖Fig.2 Chromatograms obtained using0.05－0.3 mmol／L 1－h(huán)eptanesulfonic acid sodium as mobile phases Other chromatographic conditions and peak marks as in Fig.1.

表1 流動(dòng)相中對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽濃度與保留時(shí)間、檢出限的關(guān)系Table 1 Relationships between the mobile phases containing different concentrations of 4－aminophenol hydrochloride and retention times and detection limits of piperidinium cations

2.1.5 流動(dòng)相水溶液pH值對(duì)哌啶陽離子保留的影響

以0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）為流動(dòng)相，考察流動(dòng)相水溶液pH值（乙酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)）分別為3、3.5、4.0、4.5（此流動(dòng)相未調(diào)pH 時(shí)的自身值）和5.0時(shí)對(duì)分離測定3種哌啶陽離子的影響。結(jié)果表明，隨著流動(dòng)相水溶液的pH值增大，基線噪聲值降低，保留時(shí)間在pH3到4.5時(shí)逐漸延長，在pH為5時(shí)縮短，但總體變化不大。因此，選擇流動(dòng)相水溶液pH值為4.5，即流動(dòng)相不需調(diào)節(jié)pH值。

2.1.6 有機(jī)溶劑對(duì)哌啶陽離子保留的影響

甲醇和乙腈是反相液相色譜流動(dòng)相中常用的有機(jī)溶劑，實(shí)驗(yàn)分別以0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）和0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／乙腈（80∶20，v／v）為流動(dòng)相分離測定3種哌啶陽離子，色譜圖見圖3。可以看出，當(dāng)選用乙腈作為有機(jī)溶劑時(shí)，看不到3種哌啶陽離子的色譜峰?？赡茉蚴且译鎸?duì)哌啶陽離子的洗脫能力強(qiáng)，使哌啶陽離子的保留時(shí)間明顯縮短，與系統(tǒng)峰重合，辨別不出。因此選擇甲醇為流動(dòng)相的有機(jī)組分。

圖3 分別使用含有有機(jī)溶劑（a）乙腈和（b）甲醇的流動(dòng)相獲得的色譜圖Fig.3 Chromatograms obtained with mobile phases containing organic solvents of （a）acetonitrile and（b）methanol

選定甲醇作為有機(jī)溶劑后，以0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇為流動(dòng)相，考察流動(dòng)相中甲醇體積分?jǐn)?shù)變化（10%、15%、20%、25%）對(duì)哌啶陽離子分離測定的影響。結(jié)果表明，在甲醇體積分?jǐn)?shù)為15%和20%時(shí)，3種哌啶陽離子的檢出限最低，并且僅當(dāng)甲醇體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，MEPi的色譜峰與系統(tǒng)峰分開，峰形最好。因此選擇甲醇體積分?jǐn)?shù)為20%。

在液相色譜中，分析物的保留因子與流動(dòng)相中有機(jī)溶劑（乙腈或甲醇）含量之間有如下關(guān)系：lg k＝cφ（MeOH）＋d［9］。式中k 是分析物的保留因子，φ（MeOH）是流動(dòng)相中甲醇的體積分?jǐn)?shù)。將3種哌啶陽離子保留因子的對(duì)數(shù)值lg k與流動(dòng)相中甲醇的體積分?jǐn)?shù)值φ（MeOH）作圖，所得曲線的線性回歸數(shù)據(jù)見表2。由表2可知，lg k與φ（MeOH）之間呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，表明這3種哌啶陽離子的保留符合反相液相色譜模式。

表2 哌啶陽離子的lg k與流動(dòng)相中甲醇體積分?jǐn)?shù)φ（MeOH）之間關(guān)系曲線的線性回歸方程Table 2 Linear equations for the lg k vsφ（MeOH）obtained with the retention of piperidinium cations

2.1.7 流速對(duì)測定哌啶陽離子的影響

以0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）為流動(dòng)相，考察流速為1.0、2.0、3.0 mL／min時(shí)對(duì)3種哌啶陽離子保留時(shí)間、柱效和柱壓的影響，結(jié)果見表3。結(jié)果表明，隨著流速的增加，哌啶陽離子的保留時(shí)間縮短，柱壓逐漸增大。由于在流速1.0 mL／min時(shí)，3種哌啶陽離子的保留時(shí)間已經(jīng)比較短（最長的不到3.6 min），雖然提高流速會(huì)使保留時(shí)間進(jìn)一步縮短，但亦使MEPi的色譜峰與系統(tǒng)峰靠得太近，產(chǎn)生干擾，而且當(dāng)流速為3.0 mL／min時(shí)，柱壓將接近色譜柱的極限壓力20 MPa，所以本實(shí)驗(yàn)的適宜流速是1.0 mL／min。如只測定 MBPi組分，可以提高流速。

表3 流速對(duì)柱壓、離子保留時(shí)間和柱效的影響Table 3 Effect of flow rate on column back－pressure，retention time of ions and column efficiency

2.1.8 色譜柱溫度對(duì)哌啶陽離子保留的影響

流速為1.0 mL／min，以0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）為流動(dòng)相，考察柱溫為20、25、30、35、40℃時(shí)對(duì)哌啶離子保留時(shí)間的影響。結(jié)果可知，隨著柱溫的逐漸升高，3種哌啶陽離子的保留時(shí)間均縮短；MEPi的保留時(shí)間從2.364 min逐漸縮短至2.134 min，MPPi的保留時(shí)間從2.707 min縮短至2.388 min，MBPi的保留時(shí)間從3.836 min縮短至3.224 min，總體影響不大。因此，實(shí)驗(yàn)選取接近室溫的30℃為適宜的溫度。

2.2 定量分析參數(shù)

通過以上實(shí)驗(yàn)，選擇最佳色譜條件為：用Chromolith Speed ROD RP－18e反相硅膠整體柱，以0.5 mmol／L對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－0.1 mmol／L庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇（80∶20，v／v）為流動(dòng)相，間接紫外檢測波長210 nm，流速1.0 mL／min，柱溫30℃。在此條件下，對(duì)3種哌啶陽離子系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，色譜圖見圖1b。

采用峰面積定量，以峰面積（積分值）對(duì)離子質(zhì)量濃度（mg／L）求得線性回歸方程，以3倍信噪比計(jì)算檢出限（噪聲為0.310 6 mAU），連續(xù)5次重復(fù)測定 MEPi（30.81 mg／L）、MPPi（32.02 mg／L）和MBPi（33.09 mg／L）混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），得到檢出限、線性關(guān)系和重現(xiàn)性數(shù)據(jù)，結(jié)果見表4。

表4 3種哌啶陽離子的線性回歸方程、檢出限及精密度Table 4 Linear regression equations，limits of detection（LOD）and relative standard deviations（RSDs）of the three piperidinium cations

2.3 樣品分析

采用本方法測定了3種化學(xué)實(shí)驗(yàn)室合成的離子液體溴化N－甲基－N－乙基哌啶、溴化N－甲基－N－丙基哌啶和溴化 N－甲基－N－丁基哌啶中的陽離子。分別準(zhǔn)確稱取0.101 1 g溴化 N－甲基－N－乙基哌啶、0.100 7 g溴化 N－甲基－N－丙基哌啶和0.101 4 g溴化N－甲基－N－丁基哌啶離子液體，配成100 mL溶液。分別取2.5 mL溴化N－甲基－N－乙基哌啶、2.5 mL溴化 N－甲基－N－丙基哌啶和2.5 mL溴化N－甲基－N－丁基哌啶濃溶液稀釋至50 mL。稀釋液經(jīng)0.22μm濾膜過濾后進(jìn)行色譜分析，色譜圖見圖4。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法檢驗(yàn)了方法的回收率，樣品分析結(jié)果及回收率數(shù)據(jù)見表5。表中數(shù)據(jù)為5次測定平均值，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.5%。

圖4 離子液體樣品的色譜圖Fig.4 Chromatograms of ionic liquid samples

表5 樣品分析結(jié)果及加標(biāo)回收率（n＝5）Table 5 Analytical results and spiked recoveries of piperidinium cations in samples（n＝5）

3 結(jié)論

本工作建立了以對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽為背景紫外吸收試劑的整體柱離子對(duì)色譜－間接紫外檢測快速分析無紫外光吸收的哌啶類離子液體陽離子的方法。采用反相硅膠整體柱，以對(duì)氨基苯酚鹽酸鹽－庚烷磺酸鈉水溶液／甲醇為流動(dòng)相，N－甲基－N－乙基哌啶陽離子、N－甲基－N－丙基哌啶陽離子和 N－甲基－N－丁基哌啶陽離子在4 min之內(nèi)達(dá)到基線分離；3種哌啶陽離子的檢出限均低于0.1 mg／L。將該方法應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室合成的哌啶離子液體的分析，結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。本方法簡便、快速，重現(xiàn)性、線性關(guān)系等均能滿足哌啶類離子液體陽離子的定量分析要求。

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