溫欣竹，張小東，安 瑩，于 泓*

(1.哈爾濱師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025；2.黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

離子液體是由較大體積的有機(jī)陽離子和較小體積的無機(jī)陰離子或有機(jī)陰離子組成的熔鹽，其在室溫下呈液態(tài)，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)。離子液體種類繁多，在催化、有機(jī)合成、電化學(xué)、分析化學(xué)、食品加工等領(lǐng)域顯示出優(yōu)異的應(yīng)用價值[1-6]。隨著離子液體應(yīng)用的逐漸增加，離子液體的分析測定顯得尤為重要[7]。測定離子液體陽離子的主要方法有反相液相色譜法[8-10]、離子對色譜法[11-12]、離子色譜法[13-14]、親水作用色譜法[15-16]和毛細(xì)管電泳法[17]等。

現(xiàn)階段，有關(guān)分離測定離子液體陽離子的研究主要集中于咪唑與吡啶兩類陽離子。究其原因，主要是高效液相色譜中最常用的檢測器為紫外檢測器，咪唑與吡啶兩類離子液體陽離子對紫外光的吸收較強(qiáng)，可以采用紫外檢測器直接檢測。而吡咯烷類離子液體陽離子無紫外光吸收，不能直接進(jìn)行紫外檢測，故其分離測定的相關(guān)報道較少[18-19]。對于無紫外吸收的物質(zhì)，可采用間接紫外檢測法測定，即通過在流動相中添加含有紫外光吸收基團(tuán)的物質(zhì)，使無紫外光吸收基團(tuán)的物質(zhì)在分離過程中可被紫外-可見光檢測器檢測。目前，無紫外光吸收的有機(jī)、無機(jī)陰陽離子是高效液相色譜-間接紫外檢測的主要分析對象[20-23]。

在前期研究基礎(chǔ)上[18-19]，本文以咪唑離子液體-離子對試劑/有機(jī)溶劑作為流動相，建立了用常規(guī)的反相C18色譜柱和紫外檢測器分離檢測無紫外吸收的[MEPy]+、[MPPy]+和[MBPy]+吡咯烷離子液體陽離子的方法。與以往的研究[18-19]相比，本方法具有更好的普及和實用價值，同時發(fā)展了咪唑離子液體作為反相色譜-間接紫外檢測的背景紫外吸收試劑和淋洗劑。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

安捷倫1200系列高效液相色譜儀(美國Agilent公司)，配有DAD-G1315D型二極管陣列檢測器、Quat pump-G1311A型四元泵、TCC-G1316A型色譜柱溫箱、ALS-G1329A型自動進(jìn)樣器、Degasser-G1322A型脫氣機(jī)和Rev.B.04.01色譜工作站；Simplicity純水系統(tǒng)(美國Millipore公司)；PHSF-3F型pH計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；DOA-P504-BN型無油真空泵(美國IDEX公司)；0.22 μm濾膜(上海市新亞凈化器件廠)。

溴化N-甲基-N-乙基吡咯烷([MEPy][Br])、溴化N-甲基-N-丙基吡咯烷([MPPy][Br])、溴化N-甲基-N-丁基吡咯烷([MBPy][Br])、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([EMIm][BF4])、1-丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([PMIm][BF4])、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIm][BF4])、1-戊基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([AMIm][BF4])，純度均不低于99%，購于上海復(fù)捷化學(xué)有限公司；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)；甲醇、乙腈(色譜純，Dikma Technologies公司)；鄰苯二甲酸氫鉀、磺基水楊酸、煙酰胺、乙酸(分析純，北京百靈威科技有限公司)。

1.2 溶液制備

標(biāo)準(zhǔn)溶液：以超純水(電阻率18.2 MΩ·cm)溶解稀釋吡咯烷離子液體，配制1 g/L的吡咯烷離子液體陽離子標(biāo)準(zhǔn)儲備液。移取一定量的上述標(biāo)準(zhǔn)儲備液，稀釋定容得到分析物的標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為30 mg/L)，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾待用。

流動相：用超純水(電阻率18.2 MΩ·cm)配制流動相[PMIm][BF4]/庚烷磺酸鈉水溶液，用乙酸調(diào)至所需pH值。流動相水溶液和甲醇經(jīng)0.22 μm濾膜過濾，真空脫氣10 min后使用。

1.3 色譜分析條件

美國Agilent公司ZORBAX ODS色譜柱(150 mm × 4.6 mm i.d.,5 μm)，流動相為0.5 mmol/L [PMIm][BF4]/0.15 mmol/L庚烷磺酸鈉水溶液(pH 4.5)-甲醇(體積比80∶20)，紫外檢測波長為220 nm，流速為1.0 mL/min，柱溫為30 ℃，進(jìn)樣體積為20 μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 背景紫外吸收試劑及檢測波長的選擇

由于吡咯烷陽離子([MEPy]+、[MPPy]+和[MBPy]+)無紫外-可見光吸收結(jié)構(gòu)，不能進(jìn)行直接檢測，本實驗將背景紫外吸收試劑添加到流動相中，通過間接檢測的方法進(jìn)行分離檢測。考察了鄰苯二甲酸氫鉀、磺基水楊酸和煙酰胺3種常用背景紫外吸收試劑對3種吡咯烷陽離子的檢測效果，但3種吡咯烷陽離子均未出峰，因此改用離子液體為背景紫外吸收試劑。在常見的離子液體中，咪唑離子液體陽離子含有共軛結(jié)構(gòu)，因此具有較強(qiáng)的紫外吸收。以0.5 mmol/L [EMIm][BF4]水溶液-甲醇(體積比70∶30)為流動相，在咪唑離子液體([EMIm][BF4])的最大吸收波長下(約為210 nm)進(jìn)行吡咯烷陽離子的檢測，色譜圖中呈現(xiàn)出吡咯烷陽離子的色譜峰。故采用[EMIm][BF4]作為背景紫外吸收試劑。

紫外檢測器一般設(shè)定在待測物質(zhì)的最大吸收波長下進(jìn)行檢測，但本實驗加入的其他試劑可能對目標(biāo)物的檢測造成干擾，因此以0.5 mmol/L[EMIm][BF4]水溶液-甲醇(70∶30)為流動相，考察了檢測波長(200、210、220、230 nm)對吡咯烷陽離子檢測的影響。結(jié)果表明，檢測波長為220 nm時的基線穩(wěn)定，吡咯烷陽離子的色譜峰形較好，故選擇檢測波長為220 nm。

圖1 以4種咪唑離子液體為流動相得到的色譜圖Fig.1 Chromatograms presented with four imidazolium ionic liquids as the mobile phasesa.[EMIm][BF4]，b.[PMIm][BF4]，c.[BMIm][BF4]，d.[AMIm][BF4];peaks：1.[MEPy]+(29.4 mg/L)，2.[MPPy]+(30.8 mg/L),3.[MBPy]+(32.0 mg/L)

2.2 流動相組成的確定

2.2.1咪唑離子液體的影響分別以0.5 mmol/L的不同烷基咪唑離子液體-甲醇(70∶30)為流動相，考察了不同烷基鏈長的咪唑離子液體[EMIm][BF4]、[PMIm][BF4]、[BMIm][BF4]、[AMIm][BF4]對待測物質(zhì)分離效果的影響。由圖1可知，3種吡咯烷陽離子的保留時間隨著咪唑陽離子烷基鏈的增長而縮短，以[EMIm][BF4]為流動相時保留時間最長，且[MBPy]+未出峰(曲線a)；以[BMIm][BF4]為流動相時的分離度較好，保留時間較短，但[MEPy]+峰與系統(tǒng)峰重疊(曲線c)；以[AMIm][BF4]為流動相時的保留時間過短，且系統(tǒng)峰、[MEPy]+和[MPPy]+峰未分開(曲線d)。綜合考慮選取[PMIm][BF4]作為流動相組分，系統(tǒng)峰對[MEPy]+不產(chǎn)生干擾，且3種分析物均出峰(曲線b)。

2.2.2有機(jī)溶劑的影響反相液相色譜常采用甲醇和乙腈作為有機(jī)溶劑?？疾炝梭w積比均為70∶30的0.5 mmol/L[PMIm][BF4](pH 4.0)-甲醇和0.5 mmol/L[PMIm][BF4](pH 4.0)-乙腈分別作為流動相對3種吡咯烷陽離子的分離效果。結(jié)果表明，以甲醇為有機(jī)溶劑時，3種吡咯烷陽離子的色譜峰較好，因此選擇甲醇為流動相的有機(jī)溶劑。

2.3 添加離子對試劑作為流動相分離測定吡咯烷陽離子

2.3.1離子對試劑的影響通過以上研究可知，以0.5 mmol/L[PMIm][BF4](pH 4.0)-甲醇(70∶30)為流動相可以分離檢測吡咯烷陽離子，但色譜峰拖尾、峰形展寬，因此實驗考察了在流動相中分別加入0.1 mmol/L的離子對試劑庚烷磺酸鈉和戊烷磺酸鈉時的分離檢測效果。結(jié)果表明，以戊烷磺酸鈉為離子對試劑時，[MEPy]+峰與系統(tǒng)峰未完全分離，且色譜圖基線不穩(wěn)定。而以庚烷磺酸鈉為離子對試劑時，分析物的色譜峰完全分離，且色譜峰形及拖尾情況得到改善，基線平穩(wěn)。因此選擇庚烷磺酸鈉為離子對試劑。

實驗還考察了流動相中庚烷磺酸鈉濃度(0.05、0.10、0.15、0.20 mmol/L)對3種分析物保留時間的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)庚烷磺酸鈉濃度逐漸增大時，3種分析物的保留時間增長，庚烷磺酸鈉的最佳濃度為0.15 mmol/L。綜上，選擇0.5 mmol/L[PMIm][BF4]/0.15 mmol/L庚烷磺酸鈉(pH 4.0)-甲醇(70∶30)作為流動相。

2.3.2加入離子對試劑后4種咪唑離子液體對分析物的影響考察了在流動相中分別加入[EMIm][BF4]、[PMIm][BF4]、[BMIm][BF4]和[AMIm][BF4]4種咪唑離子液體對3種分析物分離效果的影響，分別以0.5 mmol/L的上述4種咪唑離子液體/0.15 mmol/L庚烷磺酸鈉(pH 4.0)-甲醇(70∶30)為流動相進(jìn)行分離測定。結(jié)果表明，4種咪唑離子液體對3種分析物的分離效果與“2.2.1”一致。并且3種吡咯烷陽離子的保留時間隨著咪唑陽離子烷基鏈的碳原子數(shù)增加而逐漸縮短，主要原因是烷基咪唑類離子液體陽離子的極性隨著碳原子數(shù)的增加而減小，導(dǎo)致分析物在反相色譜柱的保留時間縮短。表明咪唑離子液體作為流動相成分，既是背景紫外吸收試劑，又是改善分析物分離效果的有效組分。

以[PMIm][BF4]/0.15 mmol/L庚烷磺酸鈉(pH 4.0)-甲醇(70∶30)為流動相，考察了[PMIm][BF4]濃度(0.3、0.5、1.0 mmol/L)對3種分析物分離效果的影響。結(jié)果表明，3種分析物的保留時間隨著[PMIm][BF4]濃度的增大而縮短，[PMIm][BF4]濃度為0.5 mmol/L時，3種分析物的峰形均較好，因此選擇[PMIm][BF4]的濃度為0.5 mmol/L。

2.3.3甲醇含量的影響以0.5 mmol/L[PMIm][BF4]/0.15 mmol/L庚烷磺酸鈉(pH 4.0)-甲醇為流動相，考察了流動相中甲醇含量(10%、15%、20%、25%、30%)對分析物分離效果的影響。結(jié)果顯示，3種分析物的保留時間隨著甲醇含量的增加而縮短，且靈敏度得到提高，峰拖尾顯著改善。當(dāng)甲醇含量為25%時,保留時間雖較短，但3種分析物間的分離度較??；當(dāng)甲醇含量為30%時，[MEPy]+、[MPPy]+和系統(tǒng)峰的分離度較差。綜合考慮，選擇甲醇體積分?jǐn)?shù)為20%。

2.3.4流動相pH值的影響以0.5 mmol/L[PMIm][BF4]/0.15 mmol/L庚烷磺酸鈉-甲醇(80∶20)為流動相，考察了其pH值分別為3.0、3.5、4.0、4.5和4.8時3種分析物的分離效果。結(jié)果表明，當(dāng)流動相的pH值逐漸增大時，3種分析物的保留時間略微延長，基線噪音先下降而后升高。在pH 3.0、3.5時，保留時間較短，但[MEPy]+與系統(tǒng)峰相連，產(chǎn)生干擾；在pH 4.0、4.5時，基線噪音略低，系統(tǒng)峰不干擾分析物峰，且pH 4.5時的[MBPy]+峰形較優(yōu)。綜合考慮，選擇流動相pH值為4.5。

2.4 吡咯烷陽離子的保留因子與烷基碳數(shù)的關(guān)系

同系物的保留因子與碳原子數(shù)之間遵循碳數(shù)規(guī)律，可用下式表示：lgk=αnC+β[9]，其中k為保留因子，nC為碳數(shù)。在“1.3”色譜條件下，以[MEPy]+、[MPPy]+和[MBPy]+的保留因子與其碳原子數(shù)進(jìn)行線性分析，得到方程lgk=0.238 5nC -0.222 8，相關(guān)系數(shù)(r)為0.997 3。表明[MEPy]+、[MPPy]+和[MBPy]+的保留因子與其碳原子數(shù)之間呈較好的線性關(guān)系，符合碳數(shù)規(guī)律。

圖2 吡咯烷離子液體陽離子的標(biāo)樣色譜圖Fig.2 Chromatogram of standard mixture solution for three pyrrolidinium ionic liquid cations1.[MEPy]+(29.4 mg/L);2.[MPPy]+(30.8 mg/L);3.[MBPy]+(32.0 mg/L)

2.5 定量分析參數(shù)

在最佳色譜條件下，對3種吡咯烷離子液體陽離子的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定(圖2)，3種吡咯烷離子液體陽離子在13 min內(nèi)被分離檢測。以峰面積(y)對離子液體的質(zhì)量濃度(x，mg/L)求得線性回歸方程，以3倍信噪比(S/N=3)計算檢出限(LOD)；連續(xù)5次重復(fù)測定[MEPy]+(41.2 mg/L)、 [MPPy]+(43.1 mg/L)和[MBPy]+(44.8 mg/L)混合標(biāo)樣，計算峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。由表1可知,[MEPy]+、[MPPy]+、[MBPy]+的線性范圍分別為0.6～100 mg/L、1.3～230 mg/L和3.6～250 mg/L,相關(guān)系數(shù)大于0.999，檢出限不大于1.1 mg/L，RSD不大于1.5%。本方法的重現(xiàn)性、線性等均能滿足定量分析要求。

表1 吡咯烷陽離子的線性方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍、檢出限及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 1 Regression equations,correlation coefficients,linear ranges,LODs and RSDs of pyrrolidinium cations

2.6 樣品分析

采用本方法檢測實驗室合成的[MEPy][Br]、[MPPy][Br]、[MBPy][Br]離子液體樣品中的陽離子。分別稱取上述離子液體0.100 8、0.101 1、0.102 4 g，用超純水定容至100 mL后，分別取2.5 mL再定容至50 mL。該溶液過0.22 μm濾膜后進(jìn)行色譜分析。以標(biāo)準(zhǔn)加入法測定回收率，實驗結(jié)果見表2。吡咯烷陽離子的回收率為92.2%～96.7%，RSD不大于1.5%，方法的準(zhǔn)確度和精密度良好。

表2 吡咯烷陽離子樣品的分析結(jié)果及回收率(n=5)Table 2 Analysis results and recoveries of the pyrrolidinium cations samples(n=5)

3 結(jié) 論

本文建立了以咪唑離子液體/離子對試劑-有機(jī)溶劑為流動相，高效液相色譜-間接紫外檢測法分析測定同系物吡咯烷類離子液體陽離子的方法，并將此方法應(yīng)用于吡咯烷離子液體樣品的實際檢測。咪唑離子液體作為流動相的添加劑，既是背景紫外吸收試劑，又是改善分析物分離效果的有效組分。在最佳色譜條件下，3種吡咯烷離子液體陽離子在13 min內(nèi)被有效地分離檢測；方法檢出限為0.2～1.1 mg/L，加標(biāo)回收率為92.2%～96.7%。本方法準(zhǔn)確、實用，符合樣品的定量分析要求。