一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相及其应用

摘要

本发明涉及一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式如下：

说明书

技术领域

本发明涉及气相色谱分析领域，尤其涉及一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相及其应用。

背景技术

血醇（Blood Alcohol）分析在法医毒化检测中具有重要作用，是酒驾及涉酒刑事案件侦破中重要的环节之一。血醇样品中乙醛、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇和丁醇的同时分离是分析中的主要技术难题，其原因在于目前国内色谱柱制作和研究单位不能提供一种可用于以上组分同时分析的石英毛细管色谱柱。国外商品化的血醇分析色谱柱品牌有Restek公司的Rtx-BAC plus1、Rtx-BAC plus2色谱柱和Aglient公司的 DB-ALC1、 DB-ALC2色谱柱。这两种色谱柱均为美国企业的专利产品，其固定相的组成结构并未公开，且销售价格昂贵。

离子液体气相色谱固定相是近年来发展起来的一类新颖的色谱固定相。与传统固定相比较，其极性可向更强极性区间扩展，且具有更高的使用温度，对极性和非极性化合物均可分离的特性，因此表现出了异于传统色谱固定相的色谱保留性能。另外，离子液体固定相保留性能具有一定“可调性”，通过不同种类阴、阳离子的组合，或者在阳离子中引入特定的官能团进行功能化修饰，就能明显改变离子液体固定相的色谱保留性能。从离子液体结构来看，离子液体完全由阴、阳离子组成，离子间存在静电力、范德华力及氢键等各类作用力，另外离子液体还具有传统固定相所不具备的显著的氢键酸性，因此离子液体固定相特有的保留行为不能简单归结为固定相极性增强作用，而是离子液体内部作用力共同作用的结果。

为了实现血醇分析中多组分的同时快速分析，通过选择阳离子取代基中所含的官能团的种类、位置以及阴离子的性质，以调控离子液体对血醇样品中组分的保留性能，从而优选出具有高选择性的离子液体固定相。目前虽然国内外对离子液体石英毛细管色谱柱固定相及色谱柱的研究成果较多，但用于血醇分析的离子液体色谱固定相组成结构及离子液体石英毛细管色谱柱至今未见相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同时快速分离血醇样本中乙醛、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇和丁醇的用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该离子液体气相色谱固定相的应用。

为解决上述问题，本发明所述的一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，其特征在于：该离子液体气相色谱固定相的组成结构式如下：

；

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为C₂-C₃直链端烯基，R₂、R₄和R₅为甲基或氢原子，R₃为C₃-C₉直链或带有支链的烷基或芳基；阴离子[X]^–为三氟甲基磺酸根>–、双-（三氟甲烷磺酰）酰亚胺根>2]^–或六氟磷酸根>6]^–中的一种。

如上所述的一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相在制备毛细管色谱柱中的应用，其特征在于：该毛细管色谱柱的制备方法包括以下步骤：

⑴将长度为15m、内径为0.25mm的石英毛细管用体积浓度为0.5~3%的酸溶液浸泡其内壁，10~25min后将酸溶液排出并用去离子水分多次冲洗，冲洗结束于250~300℃通氮气脱水，1~3h后得到处理后的石英毛细管；

⑵配制涂覆溶液：

将离子液体气相色谱固定相溶于溶剂中，并加入交联剂偶氮二异丁腈（AIBN），混合均匀后得到涂覆溶液；所述离子液体气相色谱固定相与所述溶剂的比例为1~6g ：1000mL；所述偶氮二异丁腈的质量为所述离子液体气相色谱固定相质量的1.5~5%；

⑶用氮气将所述涂覆溶液缓慢压入所述处理后的石英毛细管中，待所述涂覆溶液完全充满后将石英毛细管一端用封口胶密封；

⑷将所述步骤⑶所得的石英毛细管连接至真空系统，保持温度和真空度恒定至柱管中溶液完全挥发；

⑸将所述步骤⑷所得的石英毛细管置于老化箱中，于室温通入氮气吹扫5~30min后，将石英毛细管两头密封，经聚合交联反应后通氮气进行分段老化，即得毛细管色谱柱。

所述步骤⑴中的酸溶液是指HF或HCl。

所述步骤⑵中的溶剂是指二氯甲烷。

所述步骤⑵中的溶剂是指二氯甲烷和丙酮按4~4.5：1的体积比混合而成的混合溶液。

所述步骤⑵中的溶剂是指二氯甲烷和乙酸乙酯按5~6：1的体积比混合而成的混合溶液。

所述步骤⑸中的聚合反应条件是指炉温60~80℃，反应时间为1~5h。

所述步骤⑸中的分段老化反应的条件是指第一段老化温度为60~80℃，保持时间为1~3h。第二段老化温度为200~260℃，时间为2~5 h，老化升温速率为2~5℃/min。

所述步骤⑸中色谱柱的液膜厚度为0.06~0.4μm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明所得的离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其保留性能随取代基团R的种类、位置以及阴离子的性质变化明显，其McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）120~500，丁醇（Y'）400~920，2-戊酮（Z'）150~830，1-硝基丙烷（U'）300~970，吡啶（S'）240~1250，能够适用于血醇分析中的乙醛、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇和丁醇的同时快速分离（参见图1）。

2、本发明通过酸前处理技术，提高了石英毛细管内壁表面吸附能，更利于离子液体固定相均匀涂覆于石英毛细管内壁，形成均匀的液膜，得到较高的柱效和色谱惰性。

3、本发明通过聚合交联反应，提高了离子液体固定相的热稳定性。

4、本发明使用的静态涂制工艺为本领域公知方法，该制备方法工艺稳定，重现性好，所制备色谱柱的液膜厚度可控。

5、本发明所得的离子液体石英毛细管色谱柱的柱效稳定，惰性高，热稳定性好，能够用于血醇多组分的定性和定量分析。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明血醇样品的气相色谱分离图。图中：1. 乙醛；2. 丙酮；3. 甲醇；4.乙醇；5. 异丙醇；6. 正丙醇；7. 丁醇。

具体实施方式

实施例1 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式如下：

；

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄、R₅均为氢原子，R₃为丙基，[X]^–为双-（三氟甲烷磺酰）酰亚胺根>2]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）346，丁醇（Y'）733，2-戊酮（Z'）760，1-硝基丙烷（U'）927，吡啶（S'）1210。

实施例2 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄、R₅均为氢原子，R₃为丙基，[X]^–为三氟甲基磺酸根[TFO]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）136，丁醇（Y'）523，2-戊酮（Z'）366，1-硝基丙烷（U'）324，吡啶（S'）608。

实施例3 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄、R₅均为氢原子，R₃为丙基，[X]^–为六氟磷酸根>6]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）196，丁醇（Y'）613，2-戊酮（Z'）370，1-硝基丙烷（U'）484，吡啶（S'）508。

实施例4 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为丙烯基，R₂为甲基，R₄、R₅氢原子，R₃为正丁基，[X]^–为双-（三氟甲烷磺酰）酰亚胺根>2]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）426，丁醇（Y'）913，2-戊酮（Z'）770，1-硝基丙烷（U'）944，吡啶（S'）1248。

实施例5 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为丙烯基，R₂为甲基，R₄、R₅氢原子，R₃为正丁基，[X]^–为六氟磷酸根>6]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）126，丁醇（Y'）413，2-戊酮（Z'）330，1-硝基丙烷（U'）441，吡啶（S'）584。

实施例6 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为丙烯基，R₂、R₄和R₅均为氢原子，R₃为戊基；[X]^–为双-（三氟甲烷磺酰）酰亚胺根>2]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）432，丁醇（Y'）909，2-戊酮（Z'）710，1-硝基丙烷（U'）875，吡啶（S'）1020。

实施例7 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄和R₅为氢原子，R₃为3-苯基丙基；[X]^–为双-（三氟甲烷磺酰）酰亚胺>2]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）451，丁醇（Y'）855，2-戊酮（Z'）693，1-硝基丙烷（U'）877，吡啶（S'）1130。

实施例8 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄、R₅均为氢原子，R₃为己基；[X]^–为三氟甲基磺酸根>–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）247，丁醇（Y'）631，2-戊酮（Z'）433，1-硝基丙烷（U'）659，吡啶（S'）885。

实施例9 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄、R₅为氢原子，R₃为庚基；[X]^–为六氟磷酸根>6]。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）226，丁醇（Y'）617，2-戊酮（Z'）343，1-硝基丙烷（U'）505，吡啶（S'）381。

实施例10 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄、R₅为氢原子，R₃为辛基；[X]^–为双-（三氟甲烷磺酰）酰亚胺根>2]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）131，丁醇（Y'）465，2-戊酮（Z'）343，1-硝基丙烷（U'）461，吡啶（S'）620。

实施例11 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂为氢原子，R₃为壬基，R₄、R₅均为甲基；[X]^–为三氟甲基磺酸根>–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）205，丁醇（Y'）431，2-戊酮（Z'）271，1-硝基丙烷（U'）399，吡啶（S'）465。

实施例12 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄均为氢原子，R₃为壬基，R₅为甲基；>–为六氟磷酸根>6]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）128，丁醇（Y'）518，2-戊酮（Z'）204，1-硝基丙烷（U'）321，吡啶（S'）266。

实施例13 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄、R₅为氢原子，R₃为壬基；[X]^––为六氟磷酸根>6]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）125，丁醇（Y'）518，2-戊酮（Z'）204，1-硝基丙烷（U'）319，吡啶（S'）271。

实施例14 一种用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相，该离子液体气相色谱固定相的组成结构式同实施例1。

式中阳离子为含有R基团的咪唑阳离子，R₁为乙烯基，R₂、R₄>5均为氢原子，R₃为正壬基，；>–为双-（三氟甲烷磺酰）酰亚胺根>2]^–。

离子液体气相色谱固定相为极性固定相，其120℃时McReynolds常数（ΔI）为：苯（X'）121，丁醇（Y'）451，2-戊酮（Z'）334，1-硝基丙烷（U'）445，吡啶（S'）596。

上述实施例1~14用于血醇分析的离子液体气相色谱固定相在制备毛细管色谱柱中的应用。

实施例15 该毛细管色谱柱的制备方法包括以下步骤：

⑴将长度为15m、内径为0.25mm的石英毛细管用体积浓度为0.5%的HF酸溶液浸泡其内壁，10min后将酸溶液排出并用去离子水分多次冲洗，冲洗结束于250℃通氮气脱水，3h后得到处理后的石英毛细管。

⑵配制涂覆溶液：

将离子液体气相色谱固定相溶于溶剂二氯甲烷中，并加入交联剂偶氮二异丁腈（AIBN），混合均匀后得到涂覆溶液；离子液体气相色谱固定相与溶剂的比例为1g ：1000mL；偶氮二异丁腈的质量为离子液体气相色谱固定相质量的1.5%。

⑶用氮气将涂覆溶液缓慢压入处理后的石英毛细管中，待涂覆溶液完全充满后将石英毛细管一端用封口胶密封。

⑷将步骤⑶所得的石英毛细管连接至真空系统，保持温度和真空度恒定至柱管中溶液完全挥发。

⑸将步骤⑷所得的石英毛细管置于老化箱中，于室温通入氮气吹扫5min后，将石英毛细管两头密封，经聚合交联反应后通氮气进行分段老化，即得毛细管色谱柱，其液膜厚度为0.06μm。

其中：聚合反应条件是指炉温60℃，反应时间为5h。

分段老化反应的条件是指第一段老化温度为60℃，保持时间为3h。第二段老化温度为200℃，时间为5 h，老化升温速率为2℃/min。

实施例16 该毛细管色谱柱的制备方法包括以下步骤：

⑴将长度为15m、内径为0.25mm的石英毛细管用体积浓度为3%的HCl酸溶液浸泡其内壁，25min后将酸溶液排出并用去离子水分多次冲洗，冲洗结束于300℃通氮气脱水，1h后得到处理后的石英毛细管。

⑵配制涂覆溶液：

将离子液体气相色谱固定相溶于溶剂二氯甲烷中，并加入交联剂偶氮二异丁腈（AIBN），混合均匀后得到涂覆溶液；离子液体气相色谱固定相与溶剂的比例为6g ：1000mL；偶氮二异丁腈的质量为离子液体气相色谱固定相质量的5%。

⑶用氮气将涂覆溶液缓慢压入处理后的石英毛细管中，待涂覆溶液完全充满后将石英毛细管一端用封口胶密封。

⑷将步骤⑶所得的石英毛细管连接至真空系统，保持温度和真空度恒定至柱管中溶液完全挥发。

⑸将步骤⑷所得的石英毛细管置于老化箱中，于室温通入氮气吹扫30min后，将石英毛细管两头密封，经聚合交联反应后通氮气进行分段老化，即得毛细管色谱柱，其液膜厚度为0.4μm。

其中：聚合反应条件是指炉温80℃，反应时间为1h。

分段老化反应的条件是指第一段老化温度为80℃，保持时间为1h。第二段老化温度为260℃，时间为2 h，老化升温速率为5℃/min。

实施例17 该毛细管色谱柱的制备方法包括以下步骤：

⑴将长度为15m、内径为0.25mm的石英毛细管用体积浓度为1.5%的HF酸溶液浸泡其内壁，15min后将酸溶液排出并用去离子水分多次冲洗，冲洗结束于260℃通氮气脱水，2.5h后得到处理后的石英毛细管。

⑵配制涂覆溶液：

将离子液体气相色谱固定相溶于溶剂中，并加入交联剂偶氮二异丁腈（AIBN），混合均匀后得到涂覆溶液；离子液体气相色谱固定相与溶剂的比例为2.5g ：1000mL；偶氮二异丁腈的质量为离子液体气相色谱固定相质量的2.5%。

其中：溶剂是指二氯甲烷和丙酮按4~4.5：1的体积比（mL/mL）混合而成的混合溶液。

⑶用氮气将涂覆溶液缓慢压入所述处理后的石英毛细管中，待涂覆溶液完全充满后将石英毛细管一端用封口胶密封。

⑷将步骤⑶所得的石英毛细管连接至真空系统，保持温度和真空度恒定至柱管中溶液完全挥发。

⑸将步骤⑷所得的石英毛细管置于老化箱中，于室温通入氮气吹扫10min后，将石英毛细管两头密封，经聚合交联反应后通氮气进行分段老化，即得毛细管色谱柱，其液膜厚度为0.15μm。

其中：聚合反应条件是指炉温65℃，反应时间为4h。

分段老化反应的条件是指第一段老化温度为65℃，保持时间为2.5h。第二段老化温度为220℃，时间为4 h，老化升温速率为3℃/min。

实施例18 该毛细管色谱柱的制备方法包括以下步骤：

⑴将长度为15m、内径为0.25mm的石英毛细管用体积浓度为2.5%的HCl酸溶液浸泡其内壁，20min后将酸溶液排出并用去离子水分多次冲洗，冲洗结束于280℃通氮气脱水，1.5h后得到处理后的石英毛细管。

⑵配制涂覆溶液：

将离子液体气相色谱固定相溶于溶剂中，并加入交联剂偶氮二异丁腈（AIBN），混合均匀后得到涂覆溶液；离子液体气相色谱固定相与溶剂的比例为4.5g ：1000mL；偶氮二异丁腈的质量为离子液体气相色谱固定相质量的4.5%。

其中：溶剂是指二氯甲烷和乙酸乙酯按5~6：1的体积比（mL/mL）混合而成的混合溶液。

⑶用氮气将涂覆溶液缓慢压入所述处理后的石英毛细管中，待涂覆溶液完全充满后将石英毛细管一端用封口胶密封。

⑷将步骤⑶所得的石英毛细管连接至真空系统，保持温度和真空度恒定至柱管中溶液完全挥发。

⑸将步骤⑷所得的石英毛细管置于老化箱中，于室温通入氮气吹扫20min后，将石英毛细管两头密封，经聚合交联反应后通氮气进行分段老化，即得毛细管色谱柱，其液膜厚度为0.3μm。

其中：聚合反应条件是指炉温75℃，反应时间为3.5h。

分段老化反应的条件是指第一段老化温度为75℃，保持时间为1.5h。第二段老化温度为240℃，时间为3 h，老化升温速率为4℃/min。

采用上述实施例15~18所得的毛细管色谱柱在恒温条件下、以流速为0.2~0.4ml/min的氮气为载气对血醇样品中的乙醛、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇和丁醇进行同时快速分析，分析温度为50~65℃，分析时间小于4min。