離子液體作為流動相添加劑的親水作用色譜-間接紫外檢測法分析四丁基磷與四丁基銨

萬長長,郭 苑，關福晶，于 泓

(哈爾濱師范大學 化學化工學院 黑龍江省光化學生物材料與儲能材料重點實驗室,黑龍江 哈爾濱 150025)

四丁基磷和四丁基銨類物質在化學化工等領域中應用廣泛，四丁基銨類物質更是廣泛應用于相轉移催化劑、有機合成、藥物合成以及材料化學中[1-2]。此類物質的殘留物常存在于工業以及實驗室廢水中，若處理不當，易對人體造成不可逆轉的傷害。因此，發展四丁基磷和四丁基銨的分析方法對于化學化工、醫藥、生命科學等領域均具有重要意義。目前，文獻報道分離、檢測四丁基磷和四丁基銨的方法主要是離子色譜和高效液相色譜等[3-4]。這些方法較為復雜且對實驗器材要求高。因此，有必要發展簡單易操作的這兩種物質的分離、檢測方法。

在室溫或室溫附近溫度下呈液態的由離子構成的物質通常稱為離子液體[5]。目前已知有多種類型的離子液體，許多離子液體被廣泛應用于萃取[6]、分析化學[7]、電化學[8]、催化和有機合成等領域[9]。近些年，離子液體被應用于色譜分析之中，其在氣相色譜固定相[10-11]、液相色譜固定相[12-13]和流動相添加劑[14-18]等領域的應用日益受到關注。因為咪唑和吡啶離子液體在紫外區具有較強吸收，故可用作背景吸收試劑間接紫外檢測無紫外光吸收的物質[19-21]。而用離子液體作為流動相的親水作用色譜-間接紫外檢測法分析四丁基磷和四丁基銨的研究尚未見文獻報道。

本研究建立了以咪唑離子液體為流動相添加劑的親水作用色譜-間接紫外檢測法分離測定四丁基磷和四丁基銨的方法。考察了離子液體、有機溶劑、檢測波長等因素的影響，討論了保留和檢測機理。本方法用普通的高效液相色譜儀、紫外檢測器和親水作用色譜柱，直接分離、檢測四丁基磷和四丁基銨，方法簡便，易于推廣使用。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

美國Agilent公司1200型高效液相色譜儀，配有Degasser-G1322A型在線脫氣機、Quatpump-G1311A型四元泵、ALS-G1329型自動進樣器、TCC-G1316A型色譜柱溫箱、DAD-G1315D型二極管陣列檢測器和Revision B.04.01色譜工作站。TSK-GEL Amide-80HR親水作用色譜柱(250 mm×4.6 mm i.d.，5 μm,硅膠鍵合氨基甲酰基，日本Tosoh公司)為分離柱。

四丁基溴化磷和四丁基氯化銨，純度均大于98%，購自上海阿拉丁試劑有限公司。1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([EMIm][BF4])、N-乙基吡啶四氟硼酸鹽([EPy][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]),純度均大于 98%，購自上海成捷化學有限公司。乙腈為色譜純，購自天津市科密歐化學試劑有限公司。電阻率18.2 MΩ·cm的超純水由Simplicity 純水系統制備(美國 Millipore公司)。

1.2 溶液配制

標準儲備液的配制:稱取四丁基溴化磷和四丁基氯化銨各0.100 0 g，用超純水溶解，分別在100 mL容量瓶中定容，搖勻，配成四丁基磷和四丁基銨離子質量濃度分別為0.76 g/L和0.87 g/L的儲備液，置冰箱中保存備用。

標準溶液的配制:量取超純水配制的標準儲備液1.50 mL，移入50 mL容量瓶中并用超純水稀釋至刻度線，配制成四丁基磷和四丁基銨離子質量濃度分別為22.8 mg/L和26.1 mg/L的標準溶液，經0.22 μm濾膜過濾后備用。

流動相的配制:用超純水配制一定濃度的咪唑離子液體水溶液。用于流動相的咪唑離子液體水溶液、乙腈和超純水分別經0.22 μm濾膜過濾并真空脫氣15 min。

1.3 色譜分離條件

流動相為乙腈-0.5 mmol/L[EMIm][BF4](60∶40,體積比)，紫外檢測波長為210 nm，流速1.0 mL/min,色譜柱溫度30 ℃,進樣體積20 μL。

圖1 不同流動相測定四丁基磷和四丁基銨的色譜圖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)

圖2 不同[EMIm][BF4]濃度下四丁基磷和四丁基銨的色譜圖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 結果與討論

2.1 離子液體的影響與選擇

在波長為210 nm，柱溫為30 ℃的條件下，以乙腈-0.5 mmol/L離子液體(60∶40，體積比)為流動相，分別考察了咪唑離子液體([EMIm][BF4]、[PMIm][BF4]、[BMIm][BF4])、吡啶離子液體([EPy][BF4])對四丁基磷和四丁基銨測定的影響，結果見圖1。由圖可知，四丁基磷和四丁基銨離子自身無紫外吸收，僅用有機溶劑乙腈作流動相無法檢出色譜峰，而用吡啶離子液體和咪唑離子液體作為流動相添加劑可對兩者進行測定,離子液體在實驗中起背景紫外吸收劑的作用。對于具有乙基烷基鏈的吡啶離子液體([EPy][BF4])和咪唑離子液體([EMIm][BF4])，當使用后者時，分離度較好，信噪比較高，噪音值偏小。對于具有不同長度烷基鏈的咪唑離子液體([EMIm][BF4],[PMIm][BF4],[BMIm][BF4])，隨著咪唑離子液體烷基鏈的增長，四丁基磷和四丁基銨的保留時間略有增長，噪音值明顯增大，信噪比降低。綜合考慮信噪比和分離度，選擇[EMIm][BF4]作為流動相添加劑。

以乙腈-[EMIm][BF4]水溶液(60∶40,體積比)為流動相，考察了離子液體濃度對四丁基磷和四丁基銨測定的影響，結果見圖2。由圖2可知，隨著[EMIm][BF4]濃度的增大，分析物的保留時間逐漸縮短，噪音值增加。綜合考慮保留時間和信噪比，選擇[EMIm][BF4]的濃度為1.0 mmol/L。

離子液體分離和檢測四丁基磷和四丁基銨的作用機理如下:由陽離子和陰離子組成的離子液體(如[EMIm][BF4])可看作離子對試劑。分析物四丁基磷和四丁基銨離子本身沒有紫外吸收，而咪唑離子液體的陽離子有紫外吸收，其陰離子(如[BF4]-)沒有紫外吸收。流動相中加入離子液體后，離子液體中的陰離子([BF4]-)與分析物陽離子形成了沒有紫外吸收的中性離子對，并在固定相上保留。當此中性離子對被洗脫進入紫外檢測器中，可使紫外吸收減弱，分析物得以被檢測，形成負峰。此時流動相中的離子液體對四丁基磷和四丁基銨的分離和檢測起離子對試劑和背景紫外吸收試劑的作用。另外，[EMIm]+陽離子既能與固定相功能基團氨基甲酰基作用又能與固定相表面殘余的硅醇基團作用，屏蔽硅醇基，二者均可減弱四丁基磷和四丁基銨離子在固定相上的保留。隨著[EMIm][BF4]離子液體濃度增大，[EMIm]+陽離子與氨基甲酰基的作用及屏蔽殘余硅醇基團的作用逐漸增強，從而減弱了四丁基磷和四丁基銨的保留，縮短了四丁基磷和四丁基銨的保留時間[15,20]。

2.2 乙腈體積分數的選擇

在波長為210 nm，柱溫為30 ℃的條件下，以乙腈-1.0 mmol/L[EMIm][BF4]水溶液為流動相，考察了流動相中乙腈體積分數變化對四丁基磷和四丁基銨測定的影響。結果表明，隨著乙腈體積分數的增大，四丁基磷和四丁基銨的保留時間逐漸延長。這是由于乙腈體積分數的增加，會減小流動相中[EMIm][BF4]的濃度，減弱洗脫能力。同時，隨著乙腈體積分數的增大，噪音值逐漸減小，信噪比減小。綜合考慮保留時間和信噪比，選擇適宜的乙腈體積分數為60%。此時流動相中乙腈與[EMIm][BF4](1.0 mmol/L)水溶液的體積比為60∶40。

圖3 四丁基磷和四丁基銨的標樣色譜圖Fig.3 Chromatogram of tetrabutylphosphorus and tetrabutylammonium standard sample1.tetrabutylphosphorus(22.8 mg/L);2.tetrabuty- lammonium(26.1 mg/L)

2.3 檢測波長的影響及選擇

在“1.3”的優化色譜條件下，考察了檢測波長在200～250 nm范圍內對四丁基磷和四丁基銨檢測的影響。結果表明，在210 nm檢測波長下，信噪比較高，因此檢測波長選用210 nm。

2.4 定量分析參數

在“1.3”部分的優化色譜條件下測定了四丁基磷和四丁基銨7個混合標樣(質量濃度分別為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)，色譜圖見圖3。結果顯示，兩者在15 min內得到分離。以峰面積(積分值y) 對離子質量濃度(x,mg/L) 進行回歸，以3倍信噪比(S/N=3) 計算檢出限(LOD)，連續7 次重復測定22.8 mg/L四丁基磷和26.1 mg/L四丁基銨的混合標樣，計算峰面積的相對標準偏差(RSDs)和保留時間的相對標準偏差(RSDt)。方法的線性、檢出限和重現性數據見表1。由表1可知，本方法的檢出限較低，重現性、線性等均能滿足定量分析要求。

表1 四丁基磷和四丁基銨的線性關系、檢出限(LODs)和相對標準偏差(RSDs)Table 1 Linear relationships,limits of detection(LODs) and relative standard deviations(RSDs) of tetrabutylphosphorus and tetrabutylammonium

2.5 樣品分析

量取500 mL松花江江水和克音河河水樣品，經定量濾紙過濾3次后再經0.22 μm濾膜過濾，分別置于4個100 mL容量瓶中備用。向其中3個樣品備用瓶中分別添加3個不同質量濃度(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銨標準溶液制備加標樣品溶液。樣品溶液和加標樣品按照“1.3”部分優化條件進行測定。每個樣品均平行測定5次。樣品分析結果及加標回收率結果見表2。結果顯示，其加標回收率為95.9%～107%，RSD不大于1.5%，表明本方法具有較好的準確度和精密度。

表2 樣品分析及樣品加標回收率Table 2 Sample analysis and recovery of standardized samples

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3 結 論

本文建立了以咪唑離子液體作為流動相添加劑的親水作用色譜-間接紫外檢測四丁基磷和四丁基銨的分析方法。咪唑離子液體作為背景紫外吸收試劑和淋洗劑，對四丁基磷和四丁基銨的分離、檢測起重要作用。本方法可以在15 min內對兩者進行分離，其檢出限為1.0～1.2 mg/L，重現性、線性等均符合定量分析要求。將本方法用于克音河河水和松花江江水樣品中四丁基磷和四丁基銨離子含量的分析，結果滿意。