反相高效液相色谱与紫外光谱对硝基苯类化合物的联合定性-

1、反相高效液相色谱与紫外光谱对硝基苯类化合物的联合定性徐 青 梁鑫淼 张 青 薛兴亚 周永正(中国科学院大连化学物理研究所 国家色谱研究分析中心 大连 116012摘 要 结合高效液相色谱和紫外光谱各自的优点和信息,建立了有机化合物的高效液相色谱和紫外光谱联合定性方法。在高效液相色谱中,二极管阵列检测器实时在线地提供样品组分的紫外光谱,由此建立紫外光谱谱图库,并发展了谱图库检索算法,同时测定了硝基苯类化合物的反相色谱用热力学参数a 、c 值。结果表明,该法是可行的,满足定性所需的精度。关键词 反相液相色谱,紫外光谱,硝基苯类化合物高效液相色谱(HPL C、紫外光谱(U V定性一直是分析化学界的难

2、题。高效液相色谱作为分离和定量的分析工具已被广泛采用,但采用已知保留值定性仍是一个尚需解决的课题,它很难找到类似于气相色谱中K ovats 指数这样一个统一指标;紫外光谱的信息不如红外、质谱特征,缺乏反映本身特征的精细结构,另外易受溶剂的影响。80年代初期光电二极管阵列检测器(PAD问世并应用于HPLC 以来,不少作者建立了基于结合LC 保留值与二极管陈列信息的各种算法14,以探求对有机化合物的定性。本文结合HPLC 、U V 定性各自的优点,以硝基苯类化合物为对象,提出高效液相色谱用热力学参数a 、c 值,紫外光谱用矢量角的联合定性方法。1 理论部分111 液相色谱的a 、c 值定性卢佩章等

3、5在统计热力学的基础上,推导出方程式(1来描述液相色谱全含量范围内的保留值变化规律,式中C B 为二冲洗剂中强冲洗剂的体积分数,a 、b 、c 都是和分子结构有明确关系的物理意义的常数。ln k c =a +b #ln C B +c #C B(1ln k c =a +c #C B(2在反相液相色谱中通过考察不同C 18担体上的保留规律发现,反映顶替作用的b 项趋于一很小的常数,所以在反相色谱中式(1可以简化成式(2。这个简化的线性关系在实际的反相色谱保留值范围内能满足定性所要求的精度。陈农等6进一步考察式(2中的系数发现,反映溶质与冲洗剂相互作用的c 参数对给定溶质为常数,且不随C 18担体变

4、化,由此发展了a 、c 双指数定性方法,并建立了460个化合物的定性库及相应的定性软件。112 紫外光谱的矢量角定性以前,有作者用吸收比法7定性紫外光谱。所谓吸收比(R 就是物质在两个不同波长所获得的吸光度比值,根据Lambert_beer 定律:R =A 1A 2=E 1#b #c E 2#b #c =E1E 2=常数(3R 是与光程和溶质浓度无关的参数,各个溶质在一定波长下的摩尔吸光参数不同,可通过R 来识别溶质。但是它局限于两个波长下的吸收值比较,那些光谱差别较大的物质有可能在这两个波长下的R 相等,造成识别错误。而且,用R 定性没有充分利用紫外光谱所赋于的丰富信息。因此,在吸收比概念基

5、础上发展用空间矢量代表光谱,利用紫外光谱的全部信息,紫外光谱的对比定性将会更明确、可靠。先看在两个波长下的比较情况,图1显示了不同含量的化合物A 和A /3及化合物B 分别在220nm 和36036 分析测试学报 第17卷第5期 1998年9月F ENXI CESHI XU EBAO (Journal of Instrumental A nalysis 图1 化合物A 和B 的紫外光谱Fig 11 U V spectra of compou nd A an d B图2 紫外光谱所对应的二维矢量Fig 12 Two _dimension vectorsnm 处的吸收值,并把它们用图2的二维矢量反

6、映出来,矢量方向的不同代表了两个化合物在两个波长下的比值不同,即斜率不同,矢量模的不同仅表示同一个化合物的含量(A 和A /3不同。因此,两个矢量间的夹角大小反映了两个谱图间的差别大小。由此推广到N 维空间,即一个化合物的光谱用一个N 维空间矢量来代表,各坐标轴代表在某波长下的吸收值,空间矢量的夹角即反映各光谱的差别大小,0b 表示光谱无差别,角度越大表示光谱差别越大。矢量角H 计算公式为H =cos -1(x ,y =cos -1E x i y i E x 2i E y 2i(4这里,x i 、y i 分别为矢量x 、y 在各波长的吸收值。2 实验部分211 仪器与试剂Waters 600E

7、 泵,W aters 996光电二极管阵列检测器,R heody ne 7725i 进样阀。甲醇为沈阳试剂厂分析纯试剂。15个硝基苯类化合物为(包括5组同分异构体:(12_N itro -toluene;(23_Nitrotoluene;(34_Nitr otoluene;(42,3_Dinitrotoluene ;(52,4_Dinitrotoluene ;(62,6_Dinitro -toluene ;(73,4_Dinitrotoluene ;(81,2_Dinitrobenzene ;(91,4_Dinitrobenzene ;(102,6c _Dinitr obibenzene ;(

8、114,4c _Dinitrobibenzene ;(121,5_Dinitronaphthalene ;(131,3_Dinitronapht halene ;(142,7_Dinitrofluo rene ;(152,4_Dinitro_1_Chlorobenzene 。212 色谱条件色谱柱:Spherisor b C 18(5L m,250nm 416mm ID (Shandon 公司;流动相:甲醇-水(甲醇体积分数为100%、90%、80%,流量110mL /min 。213 实验过程和数据处理分别用不同含量甲醇-水作冲洗剂,获取各硝基苯类化合物的保留时间和紫外光谱。把保留时间换算为

9、a 、c 值,紫外光谱数据通过Ex cel 510以A SCI I 码文件输出,在自编软件Database V2114中建立标准紫外库,并实现紫外光谱的定性。3 结果与讨论311 a 、c 值定性表1列出了15个硝基苯类化合物在各甲醇-水含量点下测定的保留时间并根据保留值规律方程回归所得的a 、c 值。多数化合物的a 、c 值有较大差别,用a 、c 值预测定性,可满足定性的精度。但对于同分异构体,如1、2、3一组,4、5、6、7一组之间的a 、c 值很接近,导致预测的k c 值也接近,定性误差较大。甚至结构相差甚远的化合物(如1#与15#的a 、c 值也比较接近,因而结合紫外光谱进一步准确定性

10、是必要的。312 相同溶剂含量、相同进样量的匹配在80%甲醇含量下,各化合物以20L L 进样,建立该条件下的紫外光谱库,在库内各化合物间的矢量角37 第17卷第5期(1998 分析测试学报大小见表2。表115个硝基苯类化合物的a、c和相关数值Table1a and c valu es of15n itro_ben zen e com poun ds and correlation coefficientNo a c r No a c r 151645-7116401999941081-6103401999251947-71373019991061505-8183001999 351783-7

11、1224019991171847-91521>01999 451646-71793019991261795-8140201999 551395-71099019991371202-81576>01999 651375-71229019991481221-9156901999 751396-71614019991551305-7116701999 841714-7127301999表2不考虑样品含量、溶剂含量时各物质间的矢量角大小Table2Vector angles at th e same solven t volu me fraction and sampling am oun

12、 tNo 123456789101112131415H/(b109162819111028182610211721122713141148143211141121105216 291602116181230173215241927102318181248133815191823105513 3281921160351138164419331640152913311940174811301833165614 411101812351102716171815141019341061951122315141220125312 5281830173816271602016201325132216261

13、15918361424108146410 6261032154419171820160141110193813181257151917191418115718 7211724193316151420131411010153312101650172113161515115417 821122710401510192513101910150381491755111813181719175519 9271323182913341022163813331238140331356145013291921116316 10141118123119619261118121016917331305010231

14、1151318175317 11481448134017511259185715501755115614501004810441456143214 12321138154811231536141917211318135013231148100241832174414 13141119183018141224101914161518172919151344142418018124716 1421102310331620128141814151119172111181756143217181206018 15521655135614531264105718541755196316531732144

15、414471660180结果表明,包括5组同分异构体在内的硝基苯类化合物能够用矢量角区别开来,结构差别大,紫外谱图差别大的物质间所体现出来的矢量角较大,而同分异构体结构相似,紫外光谱也很相似,肉眼识别有困难,但它们之间的矢量角均在6b以外,明显地突出了差异性,说明了用矢量角定性是可靠的。313相同溶剂含量、不同进样量的匹配各化合物分别以10、5L L进样,与进样量为20L L的标准库匹配,得到同物质在不同含量时矢量角的偏差(见表3。表3不同样品含量下的矢量角大小Table3Vector angles at th e same solven t volu me fraction and th e

16、 diffiren t sampling amou nts123456789101112131415H/(b10L L412911951116012601412197214801733113114921142143112401470163 5L L219411702142218311363129211111624165114541453112119201381169结果表明,同一样品在不同含量之间的矢量角很小,从而验证了矢量角的定义,即样品含量仅影响矢量的模而不影响矢量的方向,矢量角与样品含量无关。314不同溶剂含量时的匹配定性建立以100%、90%、80%甲醇含量下硝基苯类化合物的紫外库,以

17、80%甲醇含量下的化合物分别去搜索,结果列第一位的是库中的80%甲醇含量下的本身化合物,为0b,表4所列为10b以内的其余的匹配结果。38分析测试学报第17卷第5期(1998表4 考虑溶剂含量因素的矢量角匹配定性结果*Table 4 V ector angles at the diffiren t solvent volum e fraction s No Vector angles13107(1,90%,7178(1,100%,9196(2,80%23172(2,90%,9162(1,80%33172(3,90%,8144(3,100%43191(4,90%,7167(4,100%,6193

18、(10,80%51112(5,90%,4112(5,100%,8149(14,80%,8176(14,90%,9181(14,100%65166(6,90%,7130(6,100%72142(7,90%,4193(7,100%,7169(10,90%,8190(10,100%,9131(8,90%81153(8,90%,3112(8,100%,8193(4,100%,9146(4,90%,9166(10,100%93164(9,90%,6135(9,100%105148(10,90%,6183(4,90%,6193(4,80%,7126(10,100%,8121(4,100%114198(11

19、,90%,7188(11,100%122111(12,90%,4107(12,100%136195(13,90%142107(14,90%,3155(14,100%,7184(5,100%,8149(5,80%,8154(5,90%153103(15,90%,7175(15,100%*匹配结果表示形式为:矢量角(物质序号,溶剂体积分数*The data represent vector angle (compound No ,the s ol ve nt volume frac ti on 结果表明,除了与本身匹配时矢量角为0b 完全匹配外,排在第二位的全是相同物质90%甲醇下的谱图,且矢量角

20、在11126195b 之间,平均为3b 左右。这说明溶剂含量会影响紫外光谱的吸收,以相同含量下匹配最为可靠,但不同溶剂含量下也可以得到近似结果,即80%和90%下同物质的矢量角比较接近。4 结 论由于HPLC -PAD 提供了二维数据,在有机化合物的定性上可以互相补充。如果紫外光谱很相近,但a 、c 值差别较大,可以用a 、c 值定性;同样地,a 、c 值很相近,用a 、c 值定性误差较大,可以结合矢量角定性。液相a 、c 值与紫外光谱矢量角联合定性,结合了两者各自的定性信息,对化合物定性更为精确、快速、方便,特别对同分异构体这类较难定性的物质,也起到了切实可行的效果。参 考 文 献1 Bro

21、w n C W ,Donahue S M.Appl S pectr,1988,42(2:3472 Ebel S,M ueck W.Fres Z Anal Ch em,1988.331(3-4:3593 Bogusz M ,Erkens M.J Ch romatogr,1994,674(1-2:974 Brow n C W ,Okafor A E.Appl Spectr,1995,49(7:10225 卢佩章,张玉奎,梁鑫淼.高效液相色谱及其专家系统.沈阳:辽宁科学技术出版社,1992.4336 陈 农,张玉奎,卢佩章.中国科学(B 辑,1992,22(2:1357 W arren F V J,Bidlingmeyer B A.Anal Chem,1987,59(5:1890(收稿日期:1997_08_05Identification of Nitro_benzene Compounds with High Performance LiquidChromatography Coupled with U ltraviolet SpectroscopyXu Qing,Liang Xinmiao,Zhang Qing,Xue X