使用ICP OES和qNMR技术对有机磺酸盐中的无机反离子和有机组分进行互补定量分析

《ACS Omega》：Complementary Quantitation of Inorganic Counterions and Organic Components Using ICP OES and qNMR for Organo-Sulfonic Salts

　　高分辨率图像
下载MS PowerPoint幻灯片

有机盐被广泛用作化学试剂、药品和食品相关材料。然而，有机离子与其无机反离子之间的定量关系通常是基于制造过程中使用的试剂来假设的，而不是通过实验确定的，这导致了对盐性质解释的模糊性，并使质量控制变得复杂。在这项研究中，我们建立了一种互补的有机-无机定量策略，该策略能够对整个样品进行定量分析；该策略结合了有机磺酸的定量1H NMR（qNMR）分析与电感耦合等离子体光学发射光谱法（ICP OES），使用标准添加法直接测定无机反离子——Li+、Na+和K+，并且样品制备步骤最少。通过苯磺酸盐验证了这种方法的有效性，实现了准确的反离子回收率（98.4–101.5%），偏差较低（<2.9%）。同样，仅基于qNMR测得的苯磺酸钾（1-K）的含量为99.0%，而通过互补定量策略（MolNMR × MW有机离子 + MolICP × MW反离子）测得的含量为93.3%，表明这种方法有助于避免对盐纯度的误估。该方法还应用于一种合成的二磺酸——3-[N-ethyl-N-(2-sulfophenyl)amino]methylbenzenesulfonic acid（m,o-ESBSA），这是一种潜在的焦油染料杂质，在硅胶纯化后其1H NMR信号出现宽化，阻碍了定性和定量分析。互补的有机-无机定量分析显示，m,o-ESBSA的1H NMR谱线宽化取决于硅胶纯化或离子交换处理引入的等摩尔反离子（Li+、Na+和K+）的存在，提供了对分析试剂反离子设计有用的关联数据。这种策略提供了一个稳健且广泛适用的框架，能够确定整个有机盐样品的实际摩尔比，从而澄清了之前模糊的组成比例。

1. 引言
将酸性或碱性化合物转化为有机盐是生产试剂和药品的基础方法。有机盐的形成是改善其处理性、溶解度和其他物理化学性质的关键设计。（1?6）容易形成有机盐的化合物通常具有极性官能团，如磺酸（R-SO3H）、羧酸（R-CO2H）、磷酸（R-O-PO(OH)2）和胺（R-NH2）。这些官能团不仅存在于小分子中，也存在于大分子中，包括肽和核苷酸。因此，许多分子可以以盐的形式存在，其中带有相反电荷的反离子伴随主要结构。值得注意的是，反离子不仅影响物理化学性质，还影响化学反应性、抗菌活性、味道和其他特性。（7?13）因此，准确评估有机盐的性质需要全面了解样品的组成。然而，许多研究基于用于制备或后续纯化步骤中的离子来假设一个固定的反离子。研究反离子通常依赖于晶体结构分析；然而，这种方法仅评估了固体样品内的微小区域。因此，虽然定性评估最为常见，但准确确定有机与无机组分定量比例的方法仍然探索不足。

有机盐可以由有机-无机或有机-有机离子对组成。对于由有机-无机离子对形成的盐，组成评估需要结合有机和无机组分的独立定量技术。对于有机组分的定量，紫外/可见（UV）吸收光谱、荧光（FL）光谱和电喷雾电离质谱（ESI–MS）是代表性技术：然而，它们需要与有机组分相对应的认证参考物质（CRMs），因为摩尔灵敏度取决于每种分析物的化学结构。与上述技术相比，定量NMR（qNMR；质子定量NMR，1H qNMR）是一种强大的方法，它基于质子数量进行定量，无论化学结构如何都具有相同的摩尔灵敏度，并使用与目标分析物不同的易得标准物质。（14?16）由于其高可靠性，qNMR目前被公认为ISO标准（ISO24583:2022），并应用于试剂和合成样品。（17?20）

对于无机分析，电感耦合等离子体光学发射光谱法（ICP OES）和电感耦合等离子体质谱法（ICP–MS）是强大的分析技术。这些方法可以同时高选择性地分析多种元素，（21,22）并且与传统无机定量方法相比具有显著更高的灵敏度，代表性技术包括离子色谱、原子吸收光谱和X射线荧光光谱。（23?28）因此，可以用最少的样品输入实现高效分析；此外，通过最小化样品和试剂消耗，可能减少环境负担。最近，ICP OES和ICP–MS被广泛用于药品、食品成分和环境重金属污染物的无机分析，（21,22,29）并被采纳为国际标准（如ISO 11885:2007和ISO 17294）中的官方测试方法。（30,31）为了准确量化有机盐样品中常见的无机反离子，如碱金属和碱土金属，我们采用了ICP OES，这是一种非常适合测定这些元素的技术，同时使用标准添加法来校正基质效应，包括来自有机组分和共存无机物种的物理化学或电离干扰。

在这项研究中，我们通过结合qNMR和ICP OES开发了一种互补的有机-无机定量方法，用于含有Li+、Na+或K+作为反离子的磺酸盐化合物（R-SO3–）。作为概念验证，我们使用了苯磺酸（BSA, 1）——一种常见的试剂——来验证这种组合方法是否可以定量评估离子交换处理前后的组成变化（图1）。然后，我们将这种方法应用于评估2-{ethyl[(3-sulfophenyl)methyl]amino}benzene-1-sulfonic acid（m,o-ESBSA, 2）及其相关盐（2-salts）的反离子组成和样品特性，这些盐是我们之前合成的 Brilliant Blue FCF 和 Fast Green FCF 中的潜在杂质，以实现这些焦油染料的高水平质量控制。（32,33）值得注意的是，未经离子交换处理的化合物2的1H NMR谱线宽化，这使得其通过1H NMR进行定性和定量分析变得复杂。因此，研究反离子与2-salts的1H NMR谱线之间的关系对于将其作为分析试剂使用是必要的。

图1
图1. 建立互补组分分析的研究概念。

高分辨率图像
下载MS PowerPoint幻灯片

在这里，我们报告了一种新的集成方法——使用ICP OES和qNMR的互补组成分析——该方法能够准确且定量地评估整个样品，以确定离子交换磺酸盐的组成。这种方法不同于传统的定性分析，后者依赖于观察样品的微小区域或基于充分的信息假设。

2. 结果与讨论
2.1. 通过ICP OES验证无机定量
对于试剂中无机组分的定量，传统程序通常需要在测量前进行繁琐的预处理步骤（例如灰化或溶剂萃取）。（34?36）然而，常用作反离子的Na+和其他碱金属特别容易受到各种来源的污染，包括溶剂、实验室器具和样品制备过程中引入的试剂。因此，准确确定阳离子含量需要最小化或严格控制这些潜在的污染途径。因此，能够以最少的样品制备步骤实现可靠定量的分析方法更为理想。在这项研究中，我们采用了基于样品溶液简单稀释的样品制备程序，并结合标准添加法（图2），以校正来自共存组分的基质效应。（37,38）

图2
图2. 磺酸盐中有机和无机组分的分析程序。

高分辨率图像
下载MS PowerPoint幻灯片

为了验证该方法能否准确量化有机盐基质中的单价阳离子，我们使用了试剂级的1作为代表性基质。对于添加了与1相当摩尔浓度（10 mmol/L）的Li+、Na+或K+的样品，获得了可接受的回收率（Li+：99.8%，Na+：101.5%，K+：98.4%），并且所有校准曲线的线性都非常好（R2 > 0.999；表1）。每种阳离子的检测限（LOD）和定量限（LOQ）是通过十次重复测量元素空白溶液确定的（表2）。（39,40）值得注意的是，未添加阳离子的1溶液的分析产生的发射强度与超纯水相当（数据未显示）。

表1. 标准添加法线性（r2）和回收率的验证结果
a (%)
RSD
a (%)
Li
1.000
99.8
2.9
Na
1.000
101.5
1.4
K
1.000
98.4
0.9
a
回收率和相对标准偏差（RSD）的平均值来自三次实验。

表2. 测量溶液中碱金属的检测限（LOD）和定量限（LOQ）
LOD
a (μmol/L)
LOQ
a (μmol/L)
在BSA中
在BSA中
在BSA中
Li
0.2
0.19
0.25
0.66
0.6
3
0.84
Na
0.33
0.29
0.31
1.09
0.96
1.02
K
0.40
0.73
0.71
1.34
2.4
2.35
a
LOD和LOQ是基于十次重复测量空白样品的可重复性确定的：超纯水、含有1 ppm Y的100 μM苯磺酸（BSA, 1）溶液或含有1 ppm Y的2 mM 1溶液。

一般来说，共存组分或元素（如有机化合物和盐）的存在可能会影响ICP OES测量的灵敏度。（41）为了补偿这些效应，ICP分析中通常采用内标化和基质匹配。（42）当基质组成未知时，标准添加法是一种有效的灵敏度校正方法。（37）在含有化合物1的样品溶液中，LOD、LOQ和空白强度与使用超纯水获得的结果只有轻微差异（表2）。这一结果表明，由于盐样品溶液的充分稀释（约100 μM）、通过内标Y进行的强度归一化以及标准添加法对任何残余效应的有效校正，反离子的灵敏度受到光谱干扰和基质效应的影响很小。此外，如表1所示，这种分析方法能够实现准确和精确的定量；特别是，回收率研究符合国际指南（例如ICH、AOAC）对测定水平分析物浓度通常预期的98–102%的接受值。（43?46）总之，这些发现支持了所提出的用于量化有机盐基质中无机反离子的分析策略的稳健性。

此外，根据研究结果，分析程序设计确保目标阳离子的发射强度超过10σ水平（即LOQ），通过适当稀释样品溶液实现。在以下测量条件下，测量溶液中的有机化合物浓度不超过2 mM，并且在有机化合物浓度约为100 μM时实现了可靠的反离子定量。

2.2. 使用有机-无机定量评估反离子替换
使用所提出的方法，我们定量评估了离子交换处理后反离子的替换情况，使用的是试剂级的苯磺酸钠。将苯磺酸钠的水溶液通过H+-型离子交换树脂。处理后，通过ICP OES和qNMR测得的Na+和BSA含量分别为0.21 mmol/g和5.26 mmol/g（表3，1-H）。鉴于该试剂的纯度为HPLC测得的C6H5NaO3S（Tokyo Chemical Industry，批号AMUYD-RT）的100.0%，这些结果表明离子交换过程选择性地去除了反离子，而没有影响有机磺酸组分。

表3. 通过离子交换处理后的苯磺酸（BSA）中的有机和无机含量
BSA
a (mmol/g)
阳离子
a (mmol/g)
摩尔比（阳离子/BSA）
1-H
5.26 ± 0.04
Na+
0.21 ± 0.01
0.04
1-Li
5.75 ± 0.01
Li+
5.80 ± 0.15
1.01
1-Na
5.15 ± 0.02
Na+
3.93 ± 0.06
0.76
1-K
5.04 ± 0.00
K+
3.59 ± 0.24
0.71
a
平均含量和标准偏差来自三次实验。

随后，使用通过分别在饱和氯化锂、氯化钠或氯化钾溶液中膨胀树脂制备的Li+-、Na+-或K+-型离子交换树脂来替换反离子。对所得化合物——锂磺酸盐（1-Li）、钠磺酸盐（1-Na）和钾磺酸盐（1-K）的ICP OES分析显示，1-Li中的阳离子含量为5.80 mmol/g Li+，1-Na中的阳离子含量为3.93 mmol/g Na+，1-K中的阳离子含量为3.59 mmol/g K+（表3）。同时，qNMR分析确定1-Li中的BSA含量为5.75 mmol/g，1-Na中的BSA含量为5.15 mmol/g，1-K中的BSA含量为5.04 mmol/g（表3）。总体而言，这些结果表明离子交换处理产生了BSA和Li+的等摩尔比（1.01），而1-Na和1-K中含有亚化学计量的Na+（0.76）或K+（0.71）。这里，根据理想反离子比率（基于方程2）计算的内容与使用实验确定的有机和无机组分的摩尔含量（基于方程3，图3）计算的内容进行了比较。通过单独的qNMR和结合qNMR和ICP OES分析确定的BSA盐的含量分别为1-Li的94.4%对比94.5%，1-Na的92.8%对比90.0%，1-K的99.0%对比93.3%。

图3
图3.基于qNMR结果计算出的BSA盐含量（白色柱）与基于qNMR和ICP OES测量结果计算出的BSA阴离子和反离子总含量（橙色和蓝色柱）的比较。高分辨率图像下载MS PowerPoint幻灯片。为了方便起见，有机盐的含量（w/w%）是假设反离子与有机离子的化学计量比为1:1来计算的。然而，目前的定量结果表明，实际的阳离子与阴离子比例并不一定是化学计量比的（表3），因此基于这种假设得出的含量可能与实验测定的值有所偏差（图3）。一般来说，由于反离子的质量对计算出的基于重量的含量的贡献较大，含有较重反离子的盐类中，由于有机和无机组分之间的不匹配而产生的差异更为明显。因此，直接定量反离子并结合对有机和无机组分的综合评估对于避免错误估计盐的含量至关重要。

2.3. 有机-无机定量在m,o-ESBSA中的应用
2.3.1. 反离子对m,o-ESBSA盐1H NMR光谱的影响
化合物2是按照先前报道的方法合成的，仅使用Na+形式作为盐试剂（方案S1）。通过硅胶柱色谱（SCC）纯化后，分离出2-SCC，其1H NMR光谱显示出宽化的信号（表4，2-SCC和图S3）。通过离子交换处理将2-SCC转化为2-H（表4）后，获得了与先前报道相似的清晰1H NMR光谱；然而，在此处理前后反离子的含量并未进行定量评估。为了填补这一空白，开发了分析方法来定量2-SCC中的反离子。

表4. 合成3-[N-ethyl-N-(2-sulfophenyl)amino]methylbenzene磺酸（m,o-ESBSA）样品在离子交换处理前后的1H NMR光谱以及有机阴离子和无机反离子含量
a. 完整的1H NMR光谱分别显示在图S3（2-SCC）和图S4（2-H）中。
b. 平均值是通过三次测量得到的。

表4显示了2-SCC在离子交换处理前后1H NMR光谱和有机-无机定量的结果。ICP OES分析确定2-SCC中的Na+含量为2.23 mmol/g，而2-H中的Na+含量为0.03 mmol/g。通常认为有机化合物不易以盐的形式在SCC中洗脱，但2-SCC是一种Na+盐，可能是由于甲醇的洗脱作用。在2-SCC中，对应于N-ethyl取代基上的CH3基团的1H NMR信号（δH 1.12；表4）既没有变宽也没有与相邻信号重叠，因此适合进行qNMR分析；2-SCC中的2-阴离子含量为1.22 mmol/g。离子交换处理后，2-阴离子含量为1.80 mmol/g（表4，2-H）。这些结果表明，离子交换处理有效地去除了2-SCC中的Na+，这与使用BSA的模型实验结果一致（表4，2-H），并且2-SCC中的反离子从Na+主要被H+取代。这一发现强调了在试剂和合成样品中对无机组分进行定性和定量评估的重要性。此外，即使对于含有多种未知无机物种的样品，标准添加法也适用于最小化基质效应并实现准确的ICP OES定量。

2.3.2. 使用相应的阳离子型离子交换树脂将合成2-H中的反离子替换为Li+、Na+和K+
随后使用相应的阳离子型离子交换树脂将合成2-H中的反离子替换为Li+、Na+和K+。所得到的m,o-ESBSA的Li+、Na+和K+盐（2-Li、2-Na和2-K）的1H NMR光谱显示出与2-SCC相似的宽化信号（表4，2-H vs 表5）。定量NMR测量显示2-Li中的2-阴离子含量为0.91 mmol/g，2-Na中的2-阴离子含量为1.94 mmol/g，2-K中的2-阴离子含量为1.12 mmol/g。相比之下，ICP OES测量显示2-Li中的Li+含量为6.97 mmol/g，2-Na中的Na+含量为3.01 mmol/g，2-K中的K+含量为7.60 mmol/g（表5）。对于2-Li和2-K，Li+和K+的量超过了与2-阴离子达到电荷平衡所需的量；因此，仅使用qNMR计算的纯度值与使用qNMR和ICP OES联合计算的纯度值没有显著差异（图S8）。

表5. 反离子替换后合成m,o-ESBSA的1H NMR光谱以及有机和无机含量
a. 完整的1H NMR光谱分别显示在图S5（2-Li）、图S6（2-Na）和图S7（2-K）中。
b. 平均值和标准偏差是通过三次实验得到的。

为了了解离子交换对2的NMR光谱的影响，首先测量了反离子的含量。通过SCC纯化后，2与钠形成了比例为1.83的盐。随后定量确认离子交换处理将这种盐中的钠比例降低到了0.02，同时改善了1H NMR光谱（表4）。此外，第二次离子交换后钠比例达到1.56（表5），并伴随着NMR信号的再次宽化，这清楚地表明Na+的存在引起了2的NMR光谱变化。同样，Li+（2-Li）和K+（2-K）也影响了1H NMR光谱的宽化。在ICP OES测量期间，还监测了其他阳离子（如镁和钙）的发射强度；然而，这些信号可以忽略不计，且与超纯水获得的信号相当。这一结果表明，这些阳离子对本研究中的1H NMR光谱影响很小。此外，我们之前观察到2-SCC的o-磺酸型ESBSA的1H NMR信号出现宽化，而其他m/p-磺酸型ESBSAs在SCC纯化后获得了清晰的1H NMR光谱，即使在某些阳离子存在的情况下也是如此。基于这些发现，推测碱金属阳离子通过与o-磺酸基团的静电相互作用导致光谱宽化。这种相互作用可能限制了分子内的旋转，从而增强了横向松弛（T2缩短），从而导致NMR信号变宽。

最终m,o-ESBSA盐（2-Li、2-Na和2-K）之间阳离子含量的差异（图S8）可能是由于树脂洗涤效率的差异以及阳离子与2-阴离子在水相洗脱液中的静电相互作用强度的不同所致。

2.3.2. 分析用m,o-ESBSA试剂的反离子设计
对于化合物2（它是焦油染料中的潜在杂质），必须优化其盐形式以便用于定量分析。本研究中开发的有机和无机组分分析提供了有助于优化有机盐中反离子的相关数据。根据反离子的定量值、NMR光谱特征和样品性质，表6总结了每种反离子的适用性。对于将2作为分析试剂生产中的反离子优化，质子形式（2-H）可能是更优选的。这种偏好是因为2-H提供了更多的可用1H NMR信号，从而可以进行更准确的纯度测定。然而，由于其油性特性，实际应用存在限制，包括需要将其作为溶液商业化。相反，Li盐（2-Li）、Na盐（2-Na）和K盐（2-K）可能无法提供高度可靠的纯度值，因为可用于qNMR分析的信号较少。尽管如此，这些样品是固体，具有更好的储存稳定性和运输性，因此可能更适合用于定性HPLC分析，而不是定量应用。

表6. m,o-ESBSA试剂设计中的反离子比较
a. m,o-ESBSA的反离子及其1H NMR光谱、结构分配和qNMR处理情况（样品在25°C下的状态）
H+○○△（油）
Li+×△○（固体）
Na+×△○（固体）
K+×△○（固体）
a. ○：优选，△：可接受，×：不可行。

为了设计用于2定量的试剂，使用了表4和表5中的反离子和NMR光谱特征以及样品形式，总结了表6中显示的优点和缺点。这是应用有机-无机定量策略的一个例子。这里展示了结构分析、定量NMR和样品性质之间的关系及其适用于定量分析的能力。结合关于试剂的稳定性、溶解度和吸湿性的数据，将有助于我们识别设计更理想盐类的有用相关性。这些是未来研究中这种分析方法潜在应用的例子。

3. 结论
我们开发了一种互补的定量方法，通过量化整个样品来确定有机盐的组成——其组成之前仅基于理论离子组成或样品微区域的观察来估计。我们的互补有机-无机定量策略结合了qNMR和ICP OES，以确定SCC和离子交换前后磺酸盐的组成。这种方法能够直接评估有机磺酸（1和2）与其反离子（Li+、Na+和K+）之间的实际摩尔比。值得注意的是，对于化合物2，宽化的1H NMR光谱与大约等摩尔的反离子存在相关。由于NMR光谱宽化对通过qNMR进行结构和纯度测定造成问题，因此证明这种与反离子的相关性为2的分析试剂设计提供了有价值的见解。互补的有机-无机分析对于有机盐的表征和设计、污染金属的测量以及离子交换效率的监测特别有价值。此外，不需要特殊的样品制备（如重结晶或干燥），并且该技术足够通用，可以通过简单稀释来测量固体和液体样品。

本研究专注于有机磺酸盐中单价碱金属的定量分析。在未来的研究中，该方法预计可以应用于其他有机化合物或二价无机阳离子，如Mg2+、Ca2+和Ba2+。

4. 方法
4.1. 试剂
在NMR分析过程中使用了氘氧化物（D2O；Thermo Scientific，目录号16600100，99.8%）和甲醇-d4（Kanto Chemicals；纯度99.8%）作为溶剂。作为1H qNMR的内标，使用了钠3-(trimethylsilyl)-1-propane-1,1,2,2,3,3-d6-sulfonic acid（DSS-d6；FUJIFILM Wako，92.4%）的CRM。对于ICP OES实验，使用PURIC-ω系统（Organo，东京，日本）制备了超纯水（电阻率18.2 MΩ cm）。H+-形式的阳离子交换树脂Amberlyst（Organo，东京，日本）用于反离子替换。

4.2. NMR实验
NMR（1H和13C NMR）光谱是在JEOL JNM-ECZ 600R光谱仪上使用Delta NMR软件版本6.3（JEOL）获得的。化学位移（ppm）参考了残留溶剂信号（D2O：1H NMR的δ 4.79）或标准化合物信号（DSS-d6的TMS基团：1H和13C NMR的δ 0.0）。对于化合物2-H，为了避免样品与标准物质混合，化学位移使用外部标准进行参考。具体来说，将从标准物质独立测量得到的校正因子应用于分析物的化学位移。信号的分裂模式包括单峰（s）、双峰（d）、三峰（t）、四峰（q）、双峰的双峰（ddd）、三峰的双峰（dt）、四峰的双峰（dq）、多重峰（m）和宽峰（br）。

1H qNMR实验是在JEOL JNM-ECZ600R（1H频率600.1 MHz）上进行的，配备了自含Super COOL探针，温度控制在25°C，并使用Delta v6.1软件操作。实验是通过在氘代溶剂中混合CRM和样品并在相应的采集范围内进行NMR测量来进行的。对于每种最终化合物的定量，溶液制备和NMR测量都是重复三次进行的。在典型的程序中，精确称量的样品（1–5 mg）和CRM（DSS-d6；1–2 mg）溶解在2.0 mL的氘代溶剂中，然后通过NMR进行分析。样品重量（mg）的测量精度为：1–5 mg的1-Li、1-Na和1-K部分精确到小数点后四位，15–60 mg的1-H和2样品精确到小数点后两位。所有显示的数字都被记录下来，并用于后续的计算。1H qNMR光谱是在ISO24583:2022中规定的qNMR测量条件下获得的：光谱宽度为δ ?5至15；数据点数为59,968；脉冲角度为90°；松弛延迟为60秒；扫描次数为8次；预扫描次数为2次；采集时间为4秒；13C解耦设置为(MPF8)；旋转设置为关闭；温度为25°C。(17) 根据图2所示的公式1，通过目标化合物中每个独立观测到的质子信号相对于DSS-d6的三甲基基团的积分面积来确定摩尔含量[qNMR]（mol/g）：[qNMR]=??analyte??CRM×??CRM??analyte×??wCRM×0.01×??CRM/??wCRM??sample [qNMR]=IanalyteICRM×HCRMHanalyte×PwCRM×0.01×WCRM/MwCRMWsample (1)其中W是重量（g），Mw是分子量（g/mol），Pw是重量纯度（g/g%），I是每个质子信号的积分面积，H是样品和CRM中共振质子的数量。在公式2和3中（见图3和S8），通过将qNMR测得的有机化合物的摩尔含量[qNMR]与ICP OES测得的无机反离子的[ICP]相乘，并乘以相应的Mw来计算样品含量（w/w%）：Content=[qNMR]1000×??wESBSA盐×100 Content=[qNMR]1000×MwESBSA盐×100 (2) Content={[qNMR]1000×??wESBSA阴离子+[ICP]1000×??w反离子}×100 Content={[qNMR]1000×MwESBSA阴离子+[ICP]1000×Mw反离子}×100 (3)4.3. ICP OES测量和定量使用ICP OES（iCAP Pro, DUO XPS；ThermoFisher Scientific，Waltham）在表7中列出的条件下对合成样品中的无机阳离子进行了定量。参数设置遵循制造商关于分析水溶液的建议。选择用于每种元素定量的测量波长是基于高发射强度和没有与主要元素的光谱重叠：670.784 nm（Li），589.592 nm（Na）和766.490 nm（K）。表7. ICP OES仪器设置：设备iCAP Pro, DUO XPS；射频功率1150 W；雾化气体流量0.45 L/min；载气流量0.5 L/min；等离子体气体流量1.25 L/min；蠕动泵速度45 rpm；采集时间5秒；测量方向为径向；重复次数为3次。样品首先溶解在D2O中用于NMR测量，然后用超纯水稀释至大约1 mmol/L的有机组分浓度。阳离子的定量使用标准加入法进行。每种稀释后的样品溶液加入固定体积的钇(Y)标准溶液。所得混合物进一步加入Li、Na或K的元素标准溶液，浓度超过五个水平，同时保持最终溶液体积恒定。加入的浓度选择为使发射强度是非添加样品的一半到五倍。例如，在验证无机定量实验中（见图2和表1），最终制备了5 mL的测量溶液，其中含有大约100 μmol/L的有机化合物和1 ppm的Y。元素标准溶液的加入浓度分别为0、50、100和500 μmol/L，并为每种阳离子构建了校准曲线。为了校正制备误差，校准曲线的y值使用在371.030 nm处Y的相对强度，x值使用加入的元素标准浓度。[ICP]描述了样品中反离子的摩尔含量（mol/g），是根据测得的溶液浓度、稀释比和样品重量计算得出的。在制备ICP OES样品溶液时使用了塑料管和容量瓶，并且全程使用PURIC-ω提供的超纯水。使用从超纯水中获得的信号作为样品空白值以校正灵敏度。4.4. 分析验证和统计分析评估了ICP OES测量的线性、LOD、LOQ、准确性和精度。使用标准加入法构建了至少五个浓度水平的校准曲线。LOD和LOQ分别定义为空白信号的3σ和10σ。准确性通过加标回收实验进行评估，精度通过重复定量（n = 3）来评估，并表示为RSD。使用标准加入法校正了基质效应。定量数据的标准偏差是从ICP OES和qNMR测量的三次重复测量中计算得出的。4.5. 化学合成和离子交换用于合成的所有化学品均从Sigma-Aldrich（St. Louis, MO）、Kanto Chemicals（东京，日本）、Tokyo Chemical Industry（东京，日本）、FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries（大阪，日本）和Ambeed（Arlington Heights, IL）购买。所有化学品均未经进一步纯化。柱层析使用Isolera Purification System（Biotage）进行。中压柱层析使用了硅胶填充柱（Sf?r Silica HC D High Capacity Duo 20 μm 10或25 g，Biotage）。用于反离子置换的是H+-型阳离子交换树脂Amberlyst（Organo，东京，日本）。合成化合物的化学结构通过1H NMR、13C NMR和高分辨率质谱仪（HRMS）得到确认；这些光谱与之前的报告中的光谱一致。(32,33) 合成程序和离子交换的详细信息在支持信息中提供。