美研 | CMC係列(六)：含氮類化合物-可揮發堿性有機胺的氣相分析

摘要：有機胺類是一種非常重要的有機化工原料和中間體，廣泛的被應用於工業化學品、表麵活性劑、殺蟲劑、生命科學和醫藥研發等眾多領域。可揮發堿性有機胺作為有機胺類重要的組成部分，常需對其開發合適的純度、痕量或微量的定量分析手段，本文筆者結合可揮發性有機胺的性質、氣相儀器結構特點和氣相色譜柱的類型構造特點，闡述對於可揮發堿性有機胺的氣相色譜法分析方法開發過程中常見的峰型問題、產生原因和解決辦法。

關鍵詞：可揮發堿性有機胺 氣相色譜法 定量分析

含氮類化合物通常包括碳氮鍵、氮氮鍵、氮氧鍵和氮氫鍵類，其可組成硝基類化合物、胺類化合物、烯胺類化合物、重氮、疊氮、脂肪胺類等；結構包括吡啶環類、酰胺鍵類、呱嗪類等。本文將結合氣相色譜類儀器特點，分析並闡述可揮發堿性有機胺類化合物在氣相色譜法分析中的難點、常見問題及總結性的解決方式。

有機胺類化合物可分為三類：堿性化合物、酸性化合物和中性化合物，對於其顯堿性這是大家對有機胺的第一印象。

有機胺作為堿性化合物：主要是因為氮最外圍有5個電子，包括1對孤對電子和3個單電子，其中3個單電子分別與氫或碳原子形成三個σ鍵，未共用的1對孤對電子占據另一個sp3雜化軌道，呈棱錐形結構，導致氮上電子雲密度增加，給電子能力增強，接受質子的能力增強，堿性增強，其可劃分為路易斯堿，其堿性強弱排序為脂肪胺（叔胺＞仲胺＞伯胺）＞氨氣＞芳香胺。

圖1 胺類結構

有機胺作為酸性化合物：當氮上鏈接過多的吸電子基團，比如硝基、羰基、磺酸基、酰基等，化合物對氮上孤對電子的約束性大大加強，堿性減弱，吸電子基團的增加或吸電子能力增強有機胺將由路易斯堿搖身一變為路易斯酸。有機胺的孤獨電子同時會與其結構內的不飽和鍵形成p-π共軛，也表現出吸電子基團的現象，這就是芳香胺的堿性弱於氨水的一個主要原因。

有機胺作為中性化合物：這種條件下可理解為氮上連著吸電子基團，吸電子能力的大小剛剛好與其給電子能力大小相同，既沒有給電子也沒有吸電子的傾向，或者說其電離傾向性及其微弱，我們便可以認為該有機胺為中性化合物，比如吡啶聯苯類化合物等。

其中堿性有機胺在分析方法開發的難度上要遠大於其他兩種性質的胺類化合物，主要是堿性的有機胺類化合物經常會出現峰展寬、峰型不對稱、拖尾因子過大（＞2.0）、與相鄰峰分離小、靈敏度差等問題，這都與它的給電子能力有關，給電子能力越強影響越顯著。對於胺類純度和痕量殘留的檢測分析，常用的分析手段為氣相色譜法或液相色譜法，筆者這裏主要闡述堿性有機胺在氣相色譜法中常見的分析問題、以及產生原因的分析和常用的解決方法。氣相色譜法在化合物開發和的檢測中，筆者認為目標化合物的分子量小於300，常溫或加熱（300℃）條件下呈穩定氣態分子的化合物均可用氣相的方式進行檢測分析（銨鹽類除外），而堿性的可揮發性有機胺在氣相檢測的過程中常常出現吸附殘留的情況，表現為空白幹擾、峰型前沿、拖尾、靈敏度低等一係列問題，造成使用方法開發、檢測和驗證的困擾。

對於吸附的問題，筆者結合多年的氣相分析方法開發和檢測經驗，認為這與進樣方式的選擇、儀器類型和配樣方式有很大的關係，從進樣方式的選擇上來看，氣相分為直接進樣和頂空進樣兩種形式，直接進樣時樣品經由進樣針吸取、玻璃棉、襯管、分流平板、色譜柱到檢測器；頂空進樣時樣品在頂空瓶中加熱、經由取樣針進樣、定量環、六通閥、傳輸線、襯管、分流平板、色譜柱到檢測器，堿性有機胺的給電子特性會使其與遇到的任何吸電子基團進行結合，從而導致吸附問題的產生。在直接進樣中易產生吸附的位置主要是未惰性處理的玻璃棉、未惰性處理的襯管、表麵未鍍金惰性處理的分流平板和活性位點未屏蔽色譜柱^[1]；頂空進樣對比直接進樣，增加了頂空瓶、定量環和傳輸線的吸附位置。上述提到的吸附位置主要是存在吸電子基團，這些吸電子基團可以是玻璃棉和襯管中的其他化合物，也可能是一些金屬離子的吸附，金屬管路、玻璃器材、色譜柱等。

圖2 分流不分流進樣

以色譜柱吸附為例，氣相色譜中常用的色譜柱為不鏽鋼柱和毛細管色譜柱，色譜柱可分為多孔層開口柱（Porous Layer Open Tubular）和管壁塗漬開口柱（Wall Coated Open Tubular），這裏主要對毛細管色譜柱進行闡述， WCOT型色譜柱的構造是由高純度的合成石英管路作為主框架，外層塗覆聚酰亞胺作為耐高溫處理，內壁塗漬化學塗層作為固定相。這裏堿性有機胺的吸附主要是由於固定相塗覆石英內壁不完全或柱效過低的色譜柱，石英材質中的金屬離子裸露仍存在活性位點，從而引起色譜柱吸附，同時色譜柱老化不完全殘留的化合物也會引起堿性有機胺的吸附，氣相其他位置的吸附與其相同。

圖3 管壁塗漬開口柱內表麵未完全屏蔽的活性位點

再一類是進樣玻璃瓶的吸附情況，在排除了樣品不穩定和一切可變量的因素前提下，僅以堿性有機胺與玻璃的接觸時間作為唯一變量，考察了頂空玻璃瓶對N,N-二異丙基乙胺（DIPEA）的吸附影響，筆者驗證了每毫升含DIPEA為100μg的樣品溶液，統計數據如下表1：

表1 堿性有機胺與玻璃接觸的吸附性考察（靜態頂空法）

同時取出的4個樣品，在30h內DIPEA峰麵積隨時間逐漸減小（DIPEA自身未發生降解），通過儲備液重新配置DIPEA或重新取用之前的對照品進行檢測，檢測結果與0h結果相同，進一步的闡述了堿性有機胺和玻璃的吸附情況會隨著接觸時間的增加而增加。

那麽，該如何避免堿性有機胺的氣相吸附問題，從而避免產生峰型問題和靈敏度不夠的問題？筆者通過積累總結了以下幾種方法，僅作為筆者對於可揮發性堿性有機胺，在氣相分析方法開發解決峰型和靈敏度問題的個人見解。

第一點，提高進樣口的溫度，溫度提高有助於加快分子間運動的速度和樣品在進樣口的氣化成都，減小堿性有機胺與活性位點接觸的時間，從而減少吸附；

第二點，適當的提高堿性有機胺的濃度，提前使活性位點達到吸附飽和，使剩餘的堿性有機胺不再被吸附；

第三點，在稀釋劑中適量添加給電子能力更強的胺或其他化合物，主要作用是使活性位點與其相結合，以保護被測堿性有機胺不被吸附，比如在測定二乙胺時加入適量的三乙胺，這點與第二點類似；

第四點，使用經表麵活性劑處理過的色譜柱，用表麵活性劑可降低固定液、溶劑的比表麵自由能，使固定液與溶劑表麵張力減小。表麵活性劑是由憎水劑和親水基組成的化合物，能黏附於玻璃襯管的矽醇基團及路易斯酸中心，形成定向的單分子層，既起脫活又有固定分散作用[2~4]；胺類化合物專用色譜柱，胺類化合物專用的色譜柱其內表麵經過特殊處理的固定相塗覆，屏蔽活性位點的能力遠高於其他的色譜柱，從而減小吸附，但值得注意的是，胺類專用的氣相色譜柱它的最高耐受溫度普遍偏低，柱流失普遍偏高，使用時需注意操作規範；

第五點，使用惰性處理的襯管和分流平板，頂空傳輸線使用石英材質；第六點，直接進樣可采用塑料進樣小瓶或加入內襯管；第七點，色譜柱與進樣係統在使用前進行充分的老化操作，去除內壁可能殘留的其他化合物。

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（撰稿：徐健； 編審：陳曉燕）

參考文獻:

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[4] Sandra P，Verzele M.Chromatographia，1979,8:419

美研|CMC係列回顧

❖ CMC係列(一)：淺談藥物研發中原料藥工藝研究的重要性

❖ CMC係列(二)：藥學研究之世界銀屑病日

❖ CMC係列(三)：高端吸入藥物的市場格局和研究現狀

❖ CMC係列(四)：淺談手性藥物的研究策略

❖ CMC係列(五)|藥物晶型控製策略