离子液体在分析化学中的应用与发展

摘要:离子液体是由一种特定的阳离子和阴离子构成的,而且在常温下呈液态的熔盐体系,离子液体是实现绿色化学的必经之路。离子液体的主要特点是熔点低。稳定性能好,几乎没有蒸汽压,可用于多个化学研究领域。

关键词:离子液体 萃取 色谱 1 离子液体的性质

(1)熔点:盐类的一个重要物理特征就是熔点,同时熔点也是对盐类是否构成离子液体的一个重要判断标志。目前,对于部分盐类的熔点很低的原因还尚未可知,一般来讲,主要有以下几种可能:第一,分子间的弱相互作用;第二,组成盐类的阳离子的对称性不高;第三,电荷在阳离子上的平均分布以晶体的低效堆积等。因为阳离子的不同,熔点的变化范围也会很大。由Na、K组成的无极氯化物有很高的熔点,而由电荷分散的1,3-二烷基咪唑阳离子构成的有机季铵盐的熔点却相对较低。

(2)密度:当前学者普遍认为,组成离子液体的阴、阳离子对离子液体的密度有很大影响。选择合适的阳离子能够对离子液体的密度进行精细的调节,而选择合适的阴离子能够得到一定密度范围的离子液体。

(3)蒸汽压及溶解性:离子液体与其他分子溶剂相比,其内部存在相当大的库仑作用力,一价的异号离子间的相互作用里可以高达100kJ／mol,而水只是其十分之一。所以哪怕在较高的温度和真空中,离子液体也可以保持相当低的蒸汽压力。因为具有很强的极性,而且对多种有机/无机/聚合材料有着特有的溶解能力,是唯一能够将氢化物、氮化物等溶解的溶剂。

2 离子液体在萃取分离中的应用 2.1 萃取分离

由于离子液体不但对无机和有机材料具有一定的选择溶解能力,而且还可以不溶于部分有机溶剂,这使得其可以产生极性可调的体系。因此,离子液体能够在液液萃取、固相微萃取等条件下广泛应用。Huddleston在做关于液液萃取分离研究时,首次使用离子液体代替有机溶液。之后,越来越多的研究者使用离子液体萃取金属离子和部分有机物,而且研究者对离子液体的应用进行了总结分析。

可用做对不同的目标物进行分离。Visser等报道了在水中萃取碱金属和碱土金属离子时,在离子液体中加入冠醚作为萃取剂的技术。分别使用了烷基甲基咪唑六氟磷酸盐[CnMM]PF6(n=4,6,8)三种离子液体和三种冠醚,在冠醚DTB-1 8-C-6加到溶水性最大的离子液体进行萃取时,分配系数高于100;为了使烷基甲基咪唑六氟磷酸盐成为具

有特殊功能的离子液体,对烷基甲基咪唑六氟磷酸盐进行一定的化学修饰,这种离子液体可以将水溶液中的重金属离子萃取出来。这主要是因为离子液体能够与水形成两相,同时在结构上的特殊基团对金属离子具有不一样的选择溶解性,因此离子流体可以用于重金属离子的分离。

2 固相微萃取

Paw liszyn等在1990年提出了固相微萃取这一概念,其简称SPME,固相微萃取集萃取、溶解、进样等过程于一身,其主要是通过吸附目标物进行萃取浓缩,一般来说,涂覆在纤维上的吸附剂用来做固定相,固相微萃取技术可以作为样品的前处理技术。Liu等用离子液体覆盖在固定相上,对甲苯、和邻二甲苯的固相顶空进行微萃取。这主要是因为离子液体黏度大、稳定性能好,并且不易挥发,使其附着在纤维上。

3 离子液体在色谱体系中的应用

因为离子液体的黏度高、热稳定性好,而且对色谱具有良好的润湿性,因此离子液体是气相色谱的良好的固定相。Armstrong等最早将[BMI M]PF6和离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯化物([BMM]C1)作为气

相色谱固定相,使之与传统的固定相做对比,同时对正烷烃、酰胺、羧酸等物质保留因子进行测定。由实验结果得知,离子液体能够表现出双重性质,且性能较好。能够长时间保留对于醇类给出质子的物质,与极性固定相比较相似,既能用来对正烷烃进行分析,又能够对醇类进行分析;同时,对非极性物质,虽然离子流体的保留因子小,但其选择性却极好,因此,其行为与非极性固定相相似。

另外,在液相色谱的应用中,由于离子液体的性质,其不但可以当做流动相,而且还可以当作固定相,试验效果较好。Zhang 等研究者采用含离子液体的水溶液作流动相,使用色谱法分离儿茶酚胺、去甲基肾上腺素等混合物,得到好的对称峰形。Kaliszan等用离子液体作为添加剂,有效地改善了药物的分离效果。在不使用挥发性溶剂的条件下,仅用离子液体就能够对生物碱以及核苷酸等物质进行分离,而且速度快、效率高,在很大程度上使分离中的谱峰拖尾现象得到了改进提高。Berthd等研究者论述了作为逆流色谱的固定相和流动相时,离子液体的应用方法,将其运用到逆流色谱的检测中,即将有机溶剂/离子液/水的混合液体作为流动相能够将流动相的粘度有效降低。

4 离子液体的发展趋势

由于离子液体有着良好的热稳定性、不易挥发以及可设计等物理化学特性,为化学研究开辟了一个崭新的领域;随着靠科学技术的不断

发展,离子液体会受到越来越多的研究者的关注。离子液体在解决工业中的负面问题上发挥了不可替代的作用,使工业发展实现了突破性的进展。但是,在目前,对于离子液体的认识还是有着很大的局限性的。这主要是由于我国对于热力学和动力学等方面的实验数据掌握的还不够,对工程的预测能力还亟需加强。这些不利因素都给离子液体的研究造成了阻碍。因此离子液体在分析化学中的应用还需要大量的工作,但是有一点是毋庸置疑的,那就是离子液体必定会成为未来化学分析中最重要的化学溶剂之一,离子流体将为我们的实验研究提供一个新的平台。

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