反相离子对高效液相色谱法分离和测定烷基聚氧乙烯醚羧酸

2008-11-26点击：392

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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据烷基链的碳链长度用反相离子对高效液相色谱法分离。色谱柱采用SupelcosilTMLC-18，流动相为乙睛∶甲醇∶水=70∶10∶20(体积比)，含离子对试剂硫酸氢四丁基铵6　mmol/L，用氢氧化钠调pH值至6。在选定的色谱条件下，样品各组分之间具有良好的分离效果，该方法有较好的重现性。

Abstract：　The blends of alcohol or alkylphenol ethoxy carboxylate acids were separated according to the length of alkyl chain using reversed-phase ion pair high performance liquid chromatography. The column used was SupelcosilTMLC-18 with acetonitrile∶methanol∶water=70∶10∶20 (volume ratio) as mobile phase, which contains tetrabutylammonium hydrosulfate(TBAHS) 6　mmol/L as ion pair reagent. The pH of the mobile phase was adjusted to 6 using sodium hydroxide. Under the selected conditions of the chromatographic operation, better separation efficiency was achieved among each components in sample.

1　引　　言　　烷基聚氧乙烯醚羧酸盐（RO(CH2CH2O)nCH2COOM，其中R为烷基时称为脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐，R为烷基苯时称为烷基酚聚氧乙烯醚羧酸盐）是一类阴-非离子混合型表面活性剂。它具有低刺激、易生物降解和多功能性，被誉为“90年代的绿色表面活性剂品种”，是近期表面活性剂行业开发的热点〔1〕人们曾用两相滴定法测定烷基聚氧乙烯醚羧酸盐的含量〔2，3〕，但滴定终点很不明显，用滴定法不能得到准确的定量。而用高效液相色谱法（HPLC）测定时〔4，5〕，由于烷基碳数和环氧乙烷EO数的分布较宽，再加上样品中存在的原料烷基聚氧乙烯醚的干扰，亦不能得到满意的结果。　　

以往，人们采用羧甲基化法合成烷基聚氧乙烯醚羧酸盐，合成产物是羧酸的钠盐或钾盐。现在，我们开发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艺，产物是以羧酸的形式出现，不能直接用两相滴定法对产品进行分析。本文研究用反相离子对高效液相色谱法分离测定烷基聚氧乙烯醚羧酸，详细讨论了反相离子对色谱中流动相各变化因素对分离效果的影响。在选定的色谱操作条件下，不同碳数的烷基聚氧乙烯醚羧酸之间及羧酸与原料醇醚之间获得了较好的分离效果。该方法快速、准确、简单，可满足生产时在线监控的要求，也可用于产品的质量检验。

2　实验部分

2.1 主要仪器、试剂和样品　　

Waters 510型高效液相色谱仪；2487型双波长紫外检测器；R-401型示差折光检测器；740型色谱数据处理仪。　

流动相溶剂：乙睛和甲醇，HPLC级；水为二次蒸馏水；

离子对试剂：溴化四丁基铵，氢氧化四甲基铵，硫酸氢四丁基铵（TBAHS），均为HPLC级，ACROS公司。　　

样品：烷基聚氧乙烯醚，纯度99%，上海高桥石油化工公司；

烷基聚氧乙烯醚羧酸纯样品，由本研究室提纯；

烷基聚氧乙烯醚羧酸和烷基聚氧乙烯醚混合样品，由本研究室合成。

2.2 反相离子对色谱分离条件　　

色谱柱：SupelcosilTMLC-18（250×4.6　mm I.D.）；

流动相：乙睛∶甲醇∶水=70∶10∶20（体积比），含离子对试剂TBAHS 6 mmol/L，用氢氧化钠调pH至6；

流速：1.2　mL/min；

进样量：5μL；

检测器：示差折光检测器或紫外检测器（UV 276nm）。

2.3 标准溶液的配制　　

准确称取烷基聚氧乙烯醚标样约100 mg（精确到±0.1 mg），置于10 mL容量瓶中，用流动相溶液溶解并稀释至刻度，然后逐步稀释得到不同浓度的标准溶液。

3 结果与讨论　　

烷基聚氧乙烯醚羧酸在极性溶剂中为易离解的阴离子化合物（X-），在通常的反相液相色谱中，于固定相上的分配极小，很难在固定相上滞留。此时若溶液中共存有适当的反相离子，就会与组分离子（X-）形成离子对（Q X-）。离子对Q X-具有疏水特性，从而在非极性的固定相中增强分配的保留时间，使容量因子k′变大，因而有可能与其他组分进行分离。在进行反相离子对色谱时，组分在流动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］为萃取系数，Vs和Vm分别为固定相和流动相的体积。E对于一定的离子对色谱系统是个常数，但是，E值随着流动相溶剂的组成，流动相的pH值以及离子对试剂的种类和浓度的改变而变化，因而也影响到k′。 3.1　流动相溶剂组成的影响　

流动相组成对C8H17-C6H4O-(CH2CH2O)9CH2COOH的保留值有很大的影响，烷基酚聚氧乙烯醚羧酸的k′随流动相中有机溶剂含量的增加而减少，乙睛对其k′的影响大于甲醇。同时我们发现，改变甲醇的量，保留值变化不大。选择乙睛为流动相的主要成分，可使待分离组分在流动相中得到充分溶解，便于调整k′。

检测器(detector)：UV 276nm。

3.2 离子对试剂的影响　　

离子对试剂的结构和浓度会影响试样的保留值，反离子疏水性增加，它与表面活性剂阴离子所形成的离子对与固定相的亲和力增大，延长样品的保留时间。由式2可见，在反向离子对色谱中，如果其它条件不变，E是一个常数，增加流动相中反离子的浓度，可以提高k′值。　　离子对试剂TBAHS的浓度对烷基聚氧乙烯醚羧酸保留值的影响。在TBAHS浓度为0～5 mmol/L范围内，烷基聚氧乙烯醚羧酸的保留值随离子对试剂浓度的增加而迅速增加；TBAHS浓度在6～15 mmol/L时，样品有足够大的保留值，可以得到最佳的分离效果，同时如果离子对试剂浓度有微小的变化也不会对样品的保留值有明显的影响；然而，离子对试剂浓度不能太大，否则流动相中有可能产生试剂的凝聚作用，使连接管堵塞，因此选择TBAHS浓度为6 mmol/L。　TBAHS浓度对脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸保留值的影响　

Fig.1　The effect of TBAHS concentration on the retention of alkyl ethoxy carboxylate acids 　C12=C12H25O(CH2CH2O)2CH2COOH；C14=C14H29O(CH2CH2O)2CH2COOH；C16=C16H33O(CH2CH2O)2CH2COOH。

在样品阴离子与反离子形成离子对的过程中，存在第二离子的竞争问题。具有与样品阴离子相同电荷的第二离子，对样品k′有影响，其影响顺序为Br-＜Cl-＜SO2-4。由于卤素离子对不锈钢柱有潜在的腐蚀作用，因此选择第二离子为SO2-4。

3.3　流动相pH的影响　　

在离子对色谱中，样品组分的容量因子k′受pH影响很大，通过调节pH值，可以控制样品和离子对试剂的电离程度。在容易生成离子对的pH值情况下，E愈大，k′就愈大。pH值对3种不同烷基链长的烷基聚氧乙烯醚羧酸容量因子的影响。在pH　2～3范围内，随pH的增加，k′增加缓慢；pH为3～5时，k′迅速增加；pH＞5后，k′增加逐渐平缓；在pH=7左右时k′达到最大值。由于离子对试剂TBAHS是强酸性物质，其pKa＜2（式3）。烷基聚氧乙烯醚羧酸（HX）的酸性相对较弱，pKa值在4左右（式4）。当pH ＜3时，由于HX不能充分电离，同时也由于已电离的SO2-4吸附于固定相表面，通过静电排斥作用，阻碍离子对组分TBA X-的吸附，使k′增加缓慢。当pH＞3时，HX的电离度增加，k′随pH增加而迅速增加。pH=6左右时，XH已完全电离，k′受pH影响不大，pH值的波动不会使k′发生较大偏差，因此选择流动相的pH为6。

Fig.2 The effect of pH on the retention of alkyl ethoxy carboxylate acids TBAHSTBA HSO-4TBA H SO2-4　pKa=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离　　烷基聚氧乙烯醚羧酸及其原料醇醚或酚醚混合物的色谱分离。

Fig.3 Separation of alkyl-,alkylphenol ether carboxylate acids and their reaction raw materials 色谱柱（chromatographic column）:SupelcosilTMLC-18（250×4.6　mm I.D.）；

流动相(mobile phase):乙睛(acetonitrile)∶甲醇(methanol)∶水(water)=70∶10∶20， TBHAS 6 mmol/L， pH=6；

流速(flow rate):1.2　mL/min；检测器(detector):示差折光检测器(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。　　

在色谱条件下，混合物中各组分用其纯样品保留时间对照法和纯样品追加法定性。羧酸组分依据烷基链碳数的大小得到了很好的分离，反应原料烷基聚氧乙烯醚不会形成离子对，其分离机理不同于样品中的羧酸组分。由于烷基聚氧乙烯醚的亲油性强，它与固定相的亲和力大，因此它的保留时间比相应的羧酸组分的要长。对于单烷基酚类化合物，使用紫外检测器（276 nm）有较好的检测精度，而对于直链烷基醚化合物，由于其紫外吸收较弱，应使用示差折光检测器。

3.5　方法的线性范围、精密度和检测限

3.5.1　线性范围　将不同浓度的标准溶液在上述选定的色谱条件下分别进行分析，进样量为5 μL。以浓度（C）为横坐标，峰面积（A）为纵坐标绘制标准曲线。结果表明，在0.5～10　g/L的范围内，C12H25O(CH2CH2O)2CH2COOH的浓度与其峰面积呈现良好的线性关系，回归方程为A=0.6098C－0.0224，相关系数r=0.9982。