反相離子對(duì)高效液相色譜法分離和

反相離子對(duì)高效液相色譜法分離和

測(cè)定烷基聚氧乙烯醚羧酸郭霖童天中陳孔常田禾摘要脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸和烷基酚聚氧乙烯醚羧酸混合物可根據(jù)烷基鏈的碳鏈長(zhǎng)度用反相離子對(duì)高效液相色譜法分離。色譜柱采用SupelcosilTMLC-18，流動(dòng)相為乙睛∶甲醇∶水=70∶10∶20(體積比)，含離子對(duì)試劑硫酸氫四丁基銨6mmol/L，用氫氧化鈉調(diào)pH值至6。在選定的色譜條件下，樣品各組分之間具有良好的分離效果，該方法有較好的重現(xiàn)性。

關(guān)鍵詞烷基聚氧乙烯醚羧酸，反相離子對(duì)高效液相色譜法SeparationandDeterminationofAlcohol-orAlkylphenolEthoxy

CarboxylateAcidsbyReversed-PhaseIonPair

HighPerformanceLiquidChromatographyGuoLin，TongTianzhong，ChenKongchang，TianHe*

(InstituteofFineChemicals,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237)AbstractTheblendsofalcoholoralkylphenolethoxycarboxylateacidswereseparatedaccordingtothelengthofalkylchainusingreversed-phaseionpairhighperformanceliquidchromatography.ThecolumnusedwasSupelcosilTMLC-18withacetonitrile∶methanol∶water=70∶10∶20(volumeratio)asmobilephase,whichcontainstetrabutylammoniumhydrosulfate(TBAHS)6mmol/Lasionpairreagent.ThepHofthemobilephasewasadjustedto6usingsodiumhydroxide.Undertheselectedconditionsofthechromatographicoperation,betterseparationefficiencywasachievedamongeachcomponentsinsample.

KeywordsAlkylethoxycarboxylateacid,reversed-phaseionpairhighperformanceliquidchromatography1引言

烷基聚氧乙烯醚羧酸鹽（RO(CH2CH2O)nCH2COOM，其中R為烷基時(shí)稱(chēng)為脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽，R為烷基苯時(shí)稱(chēng)為烷基酚聚氧乙烯醚羧酸鹽）是一類(lèi)陰-非離子混合型表面活性劑。它具有低刺激、易生物降解和多功能性，被譽(yù)為“90年代的綠色表面活性劑品種”，是近期表面活性劑行業(yè)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)〔1〕。

人們?cè)脙上嗟味ǚy(cè)定烷基聚氧乙烯醚羧酸鹽的含量〔2，3〕，但滴定終點(diǎn)很不明顯，用滴定法不能得到準(zhǔn)確的定量。而用高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定時(shí)〔4，5〕，由于烷基碳數(shù)和環(huán)氧乙烷EO數(shù)的分布較寬，再加上樣品中存在的原料烷基聚氧乙烯醚的干擾，亦不能得到滿意的結(jié)果。

以往，人們采用羧甲基化法合成烷基聚氧乙烯醚羧酸鹽，合成產(chǎn)物是羧酸的鈉鹽或鉀鹽。現(xiàn)在，我們開(kāi)發(fā)出催化氧化烷基聚氧乙烯醚一步合成烷基聚氧乙烯醚羧酸的新工藝，產(chǎn)物是以羧酸的形式出現(xiàn)，不能直接用兩相滴定法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析。本文研究用反相離子對(duì)高效液相色譜法分離測(cè)定烷基聚氧乙烯醚羧酸，詳細(xì)討論了反相離子對(duì)色譜中流動(dòng)相各變化因素對(duì)分離效果的影響。在選定的色譜操作條件下，不同碳數(shù)的烷基聚氧乙烯醚羧酸之間及羧酸與原料醇醚之間獲得了較好的分離效果。該方法快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單，可滿足生產(chǎn)時(shí)在線監(jiān)控的要求，也可用于產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1主要儀器、試劑和樣品

Waters510型高效液相色譜儀；2487型雙波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器；R-401型示差折光檢測(cè)器；740型色譜數(shù)據(jù)處理儀。

流動(dòng)相溶劑：乙睛和甲醇，HPLC級(jí)；水為二次蒸餾水；離子對(duì)試劑：溴化四丁基銨，氫氧化四甲基銨，硫酸氫四丁基銨（TBAHS），均為HPLC級(jí)，ACROS公司。

樣品：烷基聚氧乙烯醚，純度99%，上海高橋石油化工公司；烷基聚氧乙烯醚羧酸純樣品，由本研究室提純；烷基聚氧乙烯醚羧酸和烷基聚氧乙烯醚混合樣品，由本研究室合成。

2.2反相離子對(duì)色譜分離條件

色譜柱：SupelcosilTMLC-18（250×4.6mmI.D.）；流動(dòng)相：乙睛∶甲醇∶水=70∶10∶20（體積比），含離子對(duì)試劑TBAHS6mmol/L，用氫氧化鈉調(diào)pH至6；流速：1.2mL/min；進(jìn)樣量：5μL；檢測(cè)器：示差折光檢測(cè)器或紫外檢測(cè)器（UV276nm）。

2.3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱(chēng)取烷基聚氧乙烯醚標(biāo)樣約100mg（精確到±0.1mg），置于10mL容量瓶中，用流動(dòng)相溶液溶解并稀釋至刻度，然后逐步稀釋得到不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

3結(jié)果與討論

烷基聚氧乙烯醚羧酸在極性溶劑中為易離解的陰離子化合物（X-），在通常的反相液相色譜中，于固定相上的分配極小，很難在固定相上滯留。此時(shí)若溶液中共存有適當(dāng)?shù)姆聪嚯x子，就會(huì)與組分離子（X-）形成離子對(duì)（Q+X-）。離子對(duì)Q+X-具有疏水特性，從而在非極性的固定相中增強(qiáng)分配的保留時(shí)間，使容量因子k′變大，因而有可能與其他組分進(jìn)行分離。在進(jìn)行反相離子對(duì)色譜時(shí)，組分在流動(dòng)相和固定相中的分配平衡如下：(1)于是容量因子k′=［QX］orgVs/［X-］aqVm=VsE［Q+aq］(2)其中，E=［QX］org/［X-］aq［Q+aq］為萃取系數(shù)，Vs和Vm分別為固定相和流動(dòng)相的體積。E對(duì)于一定的離子對(duì)色譜系統(tǒng)是個(gè)常數(shù)，但是，E值隨著流動(dòng)相溶劑的組成，流動(dòng)相的pH值以及離子對(duì)試劑的種類(lèi)和濃度的改變而變化，因而也影響到k′。

3.1流動(dòng)相溶劑組成的影響

由表1可見(jiàn)，流動(dòng)相組成對(duì)C8H17-C6H4O-(CH2CH2O)9CH2COOH的保留值有很大的影響，烷基酚聚氧乙烯醚羧酸的k′隨流動(dòng)相中有機(jī)溶劑含量的增加而減少，乙睛對(duì)其k′的影響大于甲醇。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，改變甲醇的量，保留值變化不大。選擇乙睛為流動(dòng)相的主要成分，可使待分離組分在流動(dòng)相中得到充分溶解，便于調(diào)整k′。表1溶劑組成對(duì)C8H17-C6H4O-(CH2CH2O)9CH2COOH的k′的影響

Table1Theeffectofsolventcompositiononthecapacityfactork′ofoctoxynol-9carboxylicacid流動(dòng)相溶劑組成

Mobilephasesolventcomposition

(CH3CN∶CH3OH∶H2O)0∶20∶8020∶0∶8070∶10∶2010∶70∶20容量因子k′

Capacityfactor2.42.31.61.9流動(dòng)相含離子對(duì)試劑(concentrationofionpairreagent)：tetrabutylammoniumhydrosulfate(TBAHS)6mmol/L，pH=6；流速(flowrate)：1.2mL/min；檢測(cè)器(detector)：UV276nm。3.2離子對(duì)試劑的影響

離子對(duì)試劑的結(jié)構(gòu)和濃度會(huì)影響試樣的保留值，反離子疏水性增加，它與表面活性劑陰離子所形成的離子對(duì)與固定相的親和力增大，延長(zhǎng)樣品的保留時(shí)間。由式2可見(jiàn)，在反向離子對(duì)色譜中，如果其它條件不變，E是一個(gè)常數(shù)，增加流動(dòng)相中反離子的濃度，可以提高k′值。

離子對(duì)試劑TBAHS的濃度對(duì)烷基聚氧乙烯醚羧酸保留值的影響見(jiàn)圖1。在TBAHS濃度為0～5mmol/L范圍內(nèi)，烷基聚氧乙烯醚羧酸的保留值隨離子對(duì)試劑濃度的增加而迅速增加；TBAHS濃度在6～15mmol/L時(shí)，樣品有足夠大的保留值，可以得到最佳的分離效果，同時(shí)如果離子對(duì)試劑濃度有微小的變化也不會(huì)對(duì)樣品的保留值有明顯的影響；然而，離子對(duì)試劑濃度不能太大，否則流動(dòng)相中有可能產(chǎn)生試劑的凝聚作用，使連接管堵塞，因此選擇TBAHS濃度為6mmol/L。

圖1TBAHS濃度對(duì)脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸保留值的影響

Fig.1TheeffectofTBAHSconcentrationontheretentionofalkylethoxycarboxylateacids

C12=C12H25O(CH2CH2O)2CH2COOH；C14=C14H29O(CH2CH2O)2CH2COOH；C16=C16H33O(CH2CH2O)2CH2COOH。

在樣品陰離子與反離子形成離子對(duì)的過(guò)程中，存在第二離子的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。具有與樣品陰離子相同電荷的第二離子，對(duì)樣品k′有影響，其影響順序?yàn)锽r-＜Cl-＜SO2-4。由于鹵素離子對(duì)不銹鋼柱有潛在的腐蝕作用，因此選擇第二離子為SO2-4。

3.3流動(dòng)相pH的影響

在離子對(duì)色譜中，樣品組分的容量因子k′受pH影響很大，通過(guò)調(diào)節(jié)pH值，可以控制樣品和離子對(duì)試劑的電離程度。在容易生成離子對(duì)的pH值情況下，E愈大，k′就愈大。pH值對(duì)3種不同烷基鏈長(zhǎng)的烷基聚氧乙烯醚羧酸容量因子的影響見(jiàn)圖2。在pH2～3范圍內(nèi)，隨pH的增加，k′增加緩慢；pH為3～5時(shí)，k′迅速增加；pH＞5后，k′增加逐漸平緩；在pH=7左右時(shí)k′達(dá)到最大值。由于離子對(duì)試劑TBAHS是強(qiáng)酸性物質(zhì)，其pKa＜2（式3）。烷基聚氧乙烯醚羧酸（HX）的酸性相對(duì)較弱，pKa值在4左右（式4）。當(dāng)pH＜3時(shí)，由于HX不能充分電離，同時(shí)也由于已電離的SO2-4吸附于固定相表面，通過(guò)靜電排斥作用，阻礙離子對(duì)組分TBA+X-的吸附，使k′增加緩慢。當(dāng)pH＞3時(shí)，HX的電離度增加，k′隨pH增加而迅速增加。pH=6左右時(shí)，XH已完全電離，k′受pH影響不大，pH值的波動(dòng)不會(huì)使k′發(fā)生較大偏差，因此選擇流動(dòng)相的pH為6。

圖2流動(dòng)相pH對(duì)烷基聚氧乙烯醚羧酸保留值的影響

Fig.2TheeffectofpHontheretentionofalkylethoxycarboxylateacidsTBAHSTBA++HSO-4TBA++H++SO2-4pKa=1.92(3)HXH++X-pKa=3.9～4.1(4)3.4烷基聚氧乙烯醚羧酸混合物的分離

烷基聚氧乙烯醚羧酸及其原料醇醚或酚醚混合物的色譜分離見(jiàn)圖3。

圖3烷基聚氧乙烯醚羧酸及其原料醇醚或酚醚混合物的分離色譜圖

Fig.3Separationofalkyl-,alkylphenolethercarboxylateacidsandtheirreactionrawmaterials

色譜柱（chromatographiccolumn）:SupelcosilTMLC-18（250×4.6mmI.D.）；流動(dòng)相(mobilephase):乙睛(acetonitrile)∶甲醇(methanol)∶水(water)=70∶10∶20，TBHAS6mmol/L，pH=6；流速(flowrate):1.2mL/min；檢測(cè)器(detector):示差折光檢測(cè)器(RI)。1.C8H17-C6H4O-(CH2CH2O)9CH2COOH；2.C8H17-C6H4O-(CH2CH2O)10H；3.C9H19-C6H4O-(CH2CH2O)9CH2COOH；4.C9H19-C6H4O-(CH2CH2O)10H；5.C12H25O(CH2CH2O)2CH2COOH；6.C12H25O(CH2CH2O)3H；7.C14H29O(CH2CH2O)2CH2COOH；8.C14H29O(CH2CH2O)3H；9.C16H33O(CH2CH2O)2CH2COOH；10.C16H33O(CH2CH2O)3H。在色譜條件下，混合物中各組分用其純樣品保留時(shí)間對(duì)照法和純樣品追加法定性。羧酸組分依據(jù)烷基鏈碳數(shù)的大小得到了很好的分離，反應(yīng)原料烷基聚氧乙烯醚不會(huì)形成離子對(duì)，其分離機(jī)理不同于樣品中的羧酸組分。由于烷基聚氧乙烯醚的親油性強(qiáng)，它與固定相的親和力大，因此它的保留時(shí)間比相應(yīng)的羧酸組分的要長(zhǎng)。對(duì)于單烷基酚類(lèi)化合物，使用紫外檢測(cè)器（276nm）有較好的檢測(cè)精度，而對(duì)于直鏈烷基醚化合物，由于其紫外吸收較弱，應(yīng)使用示差折光檢測(cè)器。

3.5方法的線性范圍、精密度和檢測(cè)限

3.5.1線性范圍將不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液在上述選定的色譜條件下分別進(jìn)行分析，進(jìn)樣量為5μL。以濃度（C）為橫坐標(biāo)，峰面積（A）為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明，在0.5～10g/L的范圍內(nèi)，C12H25O(CH2CH2O)2CH2COOH的濃度與其峰面積呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，回歸方程為A=0.6098C－0.0224，相關(guān)系數(shù)r=0.9982。

3.5.2精密度為了考察方法的重現(xiàn)性，對(duì)同一樣品進(jìn)行