反相高效液相色譜與紫外光譜對硝基苯類化合物的聯(lián)合定性-

1、反相高效液相色譜與紫外光譜對硝基苯類化合物的聯(lián)合定性徐 青 梁鑫淼 張 青 薛興亞 周永正(中國科學院大連化學物理研究所 國家色譜研究分析中心 大連 116012摘 要 結(jié)合高效液相色譜和紫外光譜各自的優(yōu)點和信息,建立了有機化合物的高效液相色譜和紫外光譜聯(lián)合定性方法。在高效液相色譜中,二極管陣列檢測器實時在線地提供樣品組分的紫外光譜,由此建立紫外光譜譜圖庫,并發(fā)展了譜圖庫檢索算法,同時測定了硝基苯類化合物的反相色譜用熱力學參數(shù)a 、c 值。結(jié)果表明,該法是可行的,滿足定性所需的精度。關(guān)鍵詞 反相液相色譜,紫外光譜,硝基苯類化合物高效液相色譜(HPL C、紫外光譜(U V定性一直是分析化學界的難

2、題。高效液相色譜作為分離和定量的分析工具已被廣泛采用,但采用已知保留值定性仍是一個尚需解決的課題,它很難找到類似于氣相色譜中K ovats 指數(shù)這樣一個統(tǒng)一指標;紫外光譜的信息不如紅外、質(zhì)譜特征,缺乏反映本身特征的精細結(jié)構(gòu),另外易受溶劑的影響。80年代初期光電二極管陣列檢測器(PAD問世并應(yīng)用于HPLC 以來,不少作者建立了基于結(jié)合LC 保留值與二極管陳列信息的各種算法14,以探求對有機化合物的定性。本文結(jié)合HPLC 、U V 定性各自的優(yōu)點,以硝基苯類化合物為對象,提出高效液相色譜用熱力學參數(shù)a 、c 值,紫外光譜用矢量角的聯(lián)合定性方法。1 理論部分111 液相色譜的a 、c 值定性盧佩章等

3、5在統(tǒng)計熱力學的基礎(chǔ)上,推導出方程式(1來描述液相色譜全含量范圍內(nèi)的保留值變化規(guī)律,式中C B 為二沖洗劑中強沖洗劑的體積分數(shù),a 、b 、c 都是和分子結(jié)構(gòu)有明確關(guān)系的物理意義的常數(shù)。ln k c =a +b #ln C B +c #C B(1ln k c =a +c #C B(2在反相液相色譜中通過考察不同C 18擔體上的保留規(guī)律發(fā)現(xiàn),反映頂替作用的b 項趨于一很小的常數(shù),所以在反相色譜中式(1可以簡化成式(2。這個簡化的線性關(guān)系在實際的反相色譜保留值范圍內(nèi)能滿足定性所要求的精度。陳農(nóng)等6進一步考察式(2中的系數(shù)發(fā)現(xiàn),反映溶質(zhì)與沖洗劑相互作用的c 參數(shù)對給定溶質(zhì)為常數(shù),且不隨C 18擔體變

4、化,由此發(fā)展了a 、c 雙指數(shù)定性方法,并建立了460個化合物的定性庫及相應(yīng)的定性軟件。112 紫外光譜的矢量角定性以前,有作者用吸收比法7定性紫外光譜。所謂吸收比(R 就是物質(zhì)在兩個不同波長所獲得的吸光度比值,根據(jù)Lambert_beer 定律:R =A 1A 2=E 1#b #c E 2#b #c =E1E 2=常數(shù)(3R 是與光程和溶質(zhì)濃度無關(guān)的參數(shù),各個溶質(zhì)在一定波長下的摩爾吸光參數(shù)不同,可通過R 來識別溶質(zhì)。但是它局限于兩個波長下的吸收值比較,那些光譜差別較大的物質(zhì)有可能在這兩個波長下的R 相等,造成識別錯誤。而且,用R 定性沒有充分利用紫外光譜所賦于的豐富信息。因此,在吸收比概念基

5、礎(chǔ)上發(fā)展用空間矢量代表光譜,利用紫外光譜的全部信息,紫外光譜的對比定性將會更明確、可靠。先看在兩個波長下的比較情況,圖1顯示了不同含量的化合物A 和A /3及化合物B 分別在220nm 和36036 分析測試學報 第17卷第5期 1998年9月F ENXI CESHI XU EBAO (Journal of Instrumental A nalysis 圖1 化合物A 和B 的紫外光譜Fig 11 U V spectra of compou nd A an d B圖2 紫外光譜所對應(yīng)的二維矢量Fig 12 Two _dimension vectorsnm 處的吸收值,并把它們用圖2的二維矢量反

6、映出來,矢量方向的不同代表了兩個化合物在兩個波長下的比值不同,即斜率不同,矢量模的不同僅表示同一個化合物的含量(A 和A /3不同。因此,兩個矢量間的夾角大小反映了兩個譜圖間的差別大小。由此推廣到N 維空間,即一個化合物的光譜用一個N 維空間矢量來代表,各坐標軸代表在某波長下的吸收值,空間矢量的夾角即反映各光譜的差別大小,0b 表示光譜無差別,角度越大表示光譜差別越大。矢量角H 計算公式為H =cos -1(x ,y =cos -1E x i y i E x 2i E y 2i(4這里,x i 、y i 分別為矢量x 、y 在各波長的吸收值。2 實驗部分211 儀器與試劑Waters 600E

7、 泵,W aters 996光電二極管陣列檢測器,R heody ne 7725i 進樣閥。甲醇為沈陽試劑廠分析純試劑。15個硝基苯類化合物為(包括5組同分異構(gòu)體:(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 色譜條件色譜柱:Spherisor b C 18(5L m,250nm 416mm ID (Shandon 公司;流動相:甲醇-水(甲醇體積分數(shù)為100%、90%、80%,流量110mL /min 。213 實驗過程和數(shù)據(jù)處理分別用不同含量甲醇-水作沖洗劑,獲取各硝基苯類化合物的保留時間和紫外光譜。把保留時間換算為

9、a 、c 值,紫外光譜數(shù)據(jù)通過Ex cel 510以A SCI I 碼文件輸出,在自編軟件Database V2114中建立標準紫外庫,并實現(xiàn)紫外光譜的定性。3 結(jié)果與討論311 a 、c 值定性表1列出了15個硝基苯類化合物在各甲醇-水含量點下測定的保留時間并根據(jù)保留值規(guī)律方程回歸所得的a 、c 值。多數(shù)化合物的a 、c 值有較大差別,用a 、c 值預(yù)測定性,可滿足定性的精度。但對于同分異構(gòu)體,如1、2、3一組,4、5、6、7一組之間的a 、c 值很接近,導致預(yù)測的k c 值也接近,定性誤差較大。甚至結(jié)構(gòu)相差甚遠的化合物(如1#與15#的a 、c 值也比較接近,因而結(jié)合紫外光譜進一步準確定性

10、是必要的。312 相同溶劑含量、相同進樣量的匹配在80%甲醇含量下,各化合物以20L L 進樣,建立該條件下的紫外光譜庫,在庫內(nèi)各化合物間的矢量角37 第17卷第5期(1998 分析測試學報大小見表2。表115個硝基苯類化合物的a、c和相關(guān)數(shù)值Table1a and c valu es of15n itro_ben zen e com poun ds and correlation coefficient表2不考慮樣品含量、溶劑含量時各物質(zhì)間的矢量角大小Table2Vector angles at th e same solven t volu me fraction and sampling

11、 am oun tH/(b但它們之間的矢量角均在6b以外,明顯地突出了差異性,說明了用矢量角定性是可靠的。313相同溶劑含量、不同進樣量的匹配各化合物分別以10、5L L進樣,與進樣量為20L L的標準庫匹配,得到同物質(zhì)在不同含量時矢量角的偏差(見表3。表3不同樣品含量下的矢量角大小Table3Vector angles at th e same solven t volu me fraction and th e diffiren t sampling amou ntsH/(b結(jié)果表明,同一樣品在不同含量之間的矢量角很小,從而驗證了矢量角的定義,即樣品含量僅影響矢量的模而不影響矢量的方向,矢

12、量角與樣品含量無關(guān)。314不同溶劑含量時的匹配定性建立以100%、90%、80%甲醇含量下硝基苯類化合物的紫外庫,以80%甲醇含量下的化合物分別去搜索,結(jié)果列第一位的是庫中的80%甲醇含量下的本身化合物,為0b,表4所列為10b以內(nèi)的其余的匹配結(jié)果。38分析測試學報第17卷第5期(1998表4 考慮溶劑含量因素的矢量角匹配定性結(jié)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%,916

13、2(1,80%33172(3,90%,8144(3,100%43191(4,90%,7167(4,100%,6193(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(10,9

14、0%,6183(4,90%,6193(4,80%,7126(10,100%,8121(4,100%114198(11,90%,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%*匹配結(jié)果表示形式為:矢量角(物質(zhì)序號,溶劑體積分數(shù)*The data represent vector angle (compound No ,the s ol ve nt volume frac

15、ti on 結(jié)果表明,除了與本身匹配時矢量角為0b 完全匹配外,排在第二位的全是相同物質(zhì)90%甲醇下的譜圖,且矢量角在11126195b 之間,平均為3b 左右。這說明溶劑含量會影響紫外光譜的吸收,以相同含量下匹配最為可靠,但不同溶劑含量下也可以得到近似結(jié)果,即80%和90%下同物質(zhì)的矢量角比較接近。4 結(jié) 論由于HPLC -PAD 提供了二維數(shù)據(jù),在有機化合物的定性上可以互相補充。如果紫外光譜很相近,但a 、c 值差別較大,可以用a 、c 值定性;同樣地,a 、c 值很相近,用a 、c 值定性誤差較大,可以結(jié)合矢量角定性。液相a 、c 值與紫外光譜矢量角聯(lián)合定性,結(jié)合了兩者各自的定性信息,對

16、化合物定性更為精確、快速、方便,特別對同分異構(gòu)體這類較難定性的物質(zhì),也起到了切實可行的效果。參 考 文 獻1 Brow 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(7:10226 陳 農(nóng),張玉奎,盧佩章.中國科學(B 輯,1992,22(2:1357 W ar

17、ren 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 Xing ya,Zhou Yong zheng(Dalian Institute of Chemical P hysics,Chinese Aca

18、demy of Sciences,National Chromatographic Research andAnalysis Centr e,Dalian 116012Abstract A qualitative method based on high performance liquid chromatography (HPLCcoupled with ultraviolet (UVspec troscopy w a s proposed.A library searc h algorithm w a s developed for the rapid ident-i fication of spectra ac quired by a rapid_scanning photodiode array detector