分離分析中離子液體的應(yīng)用進(jìn)展

鄭璐

摘 要 離子液體從性質(zhì)上說(shuō)來(lái)屬于低熔點(diǎn)的熔融鹽，其具有熔點(diǎn)低、可調(diào)節(jié)酸性等特點(diǎn)，將離子液體運(yùn)用到分離分析的工作中，近些年成為業(yè)界研究的熱點(diǎn)。本文針對(duì)離子液體進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，然后就其在分離分析中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望可以對(duì)行業(yè)從業(yè)者提供一些參考。

關(guān)鍵詞 分離分析；離子液體；萃取分離；氣相色譜

中圖分類(lèi)號(hào) O6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）163-0154-01

分離分析在化工行業(yè)中具有極其重要的作用，其對(duì)環(huán)境非常友好，符合綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念。目前，離子液體的研究主要集中在4類(lèi)離子上，分別是烷基季磷離子、烷基季銨離子、N1-二烷基取代咪唑離子以及1，3-二烷基取代咪唑離子。和當(dāng)前最為常用的有機(jī)溶劑相比，離子液體表現(xiàn)出了溫度范圍廣、溶解性?xún)?yōu)良、獨(dú)立性好等特點(diǎn)，在催化、合成、電化學(xué)等方面都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

1 合成離子液體及其性質(zhì)

1.1 合成離子液體

在種類(lèi)上離子液體具有多樣性，通過(guò)對(duì)陰、陽(yáng)離子的組合進(jìn)行更改變化，就可以設(shè)計(jì)出不一樣的離子液體。最具有代表性的離子液體就是通過(guò)鹵代烷烴和甲基咪唑進(jìn)行中間產(chǎn)品合成，再利用中間產(chǎn)品和目標(biāo)負(fù)離子相互反應(yīng)生成離子液體。可以說(shuō)，離子液體的合成并不復(fù)雜，而且方式較為多樣，通過(guò)改變離子組合就可以達(dá)到不同的效果。因此，在實(shí)際的工作中，需要結(jié)合實(shí)際需求針對(duì)性的合成離子液體，使其達(dá)到預(yù)期效果。

1.2 離子液體性質(zhì)

根據(jù)離子液體表現(xiàn)出的特點(diǎn)來(lái)看，在熔點(diǎn)、粘度、密度以及電導(dǎo)率等方面，其都表現(xiàn)出了較為顯著的優(yōu)勢(shì)，這也是離子液體的性質(zhì)所在。

首先，在熔點(diǎn)方面，其代表了鹽類(lèi)物質(zhì)的物理特性，也是判斷是否可以形成離子液體的關(guān)鍵標(biāo)志。對(duì)于某些鹽類(lèi)熔點(diǎn)低的原因雖然還不十分清晰，但是目前已經(jīng)得出的結(jié)論有以下幾點(diǎn)：一是分子間作用力較弱，導(dǎo)致熔點(diǎn)較低；二是晶體堆積以及陽(yáng)離子分布使得熔點(diǎn)較低。例如，對(duì)于氯化物，在陽(yáng)離子不同的情況下，熔點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)大范圍變化，像1，3-二烷基咪唑陽(yáng)離子構(gòu)成的鹽類(lèi)熔點(diǎn)很低，而鉀、鈉離子構(gòu)成的無(wú)機(jī)氯化物卻具有較高熔點(diǎn)。

其次，在粘度方面，其粘度大小取決于范德華力和氫鍵形成能力。通過(guò)實(shí)際研究，在二烷基咪唑鹽中，H3，H4以及H5能夠和陽(yáng)離子形成強(qiáng)力的氫鍵作用。而像氯鋁酸離子液體中，在氯化鋁的摩爾分?jǐn)?shù)小于0.5時(shí)，其比大于0.5時(shí)的粘度要高出10倍，則就是范德華力的不同導(dǎo)致粘度出現(xiàn)較大差異。

第三，在密度方面，這和陰陽(yáng)離子的組成具有較大關(guān)系，要對(duì)離子液體的密度進(jìn)行控制，最為主要的手段就是在陰離子上合理控制，確保液體密度在一定范圍內(nèi)。同時(shí)在陽(yáng)離子上進(jìn)行控制，就可以實(shí)現(xiàn)離子液體密度的精細(xì)化調(diào)節(jié)。例如，在氯鋁酸離子液體中，烷基鏈長(zhǎng)增加，就會(huì)減少離子的數(shù)量，從而使得液體密度下降，這表現(xiàn)出了一種線性關(guān)系。不僅如此，離子液體的密度還會(huì)隨著摩爾分?jǐn)?shù)的增加而不斷升高。

第四，在電導(dǎo)率方面，在純度較高的情況下，其導(dǎo)電性非常優(yōu)良，具有較高的離子遷移率，表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的而且寬泛的電化學(xué)窗口。氯化鋁和季銨鹽的摩爾比，能夠?qū)﹄x子液體的電化學(xué)窗口以及電導(dǎo)率形成影響。在摩爾分?jǐn)?shù)增加的情況下，電導(dǎo)率會(huì)明顯上升，而在其超出0.5以后，電導(dǎo)率反而會(huì)出現(xiàn)下降。

第五，在溶解性和蒸汽壓方面，在離子液體內(nèi)部由于存在較大的庫(kù)倫力作用，其能夠產(chǎn)生的離子間相互作用力比較大，在真空和較高溫度下能夠保持良好的蒸汽壓力。

2 離子液體在分離分析中的應(yīng)用分析

2.1 在萃取分離中的應(yīng)用

萃取分離是提純回收產(chǎn)物的一項(xiàng)重要工作，而常規(guī)的水萃取方法適用范圍較窄，往往只能在親水性產(chǎn)物中能夠發(fā)揮出較好的效果，而蒸餾技術(shù)在揮發(fā)性差的產(chǎn)物中也不是非常適用，這就容易導(dǎo)致有機(jī)溶劑出現(xiàn)污染交叉。由此，將離子液體運(yùn)用到萃取分離中，可以提升該項(xiàng)工作的整體水平和質(zhì)量。

首先，可以再有機(jī)物的萃取分離中適用離子液體。因?yàn)殡x子液體具有蒸汽壓低、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，在萃取完成之后，對(duì)萃取相進(jìn)行加熱，則可以將萃取物感觸，使離子液體實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。Huddlestou等人就針對(duì)不溶于水的離子液體從水中實(shí)現(xiàn)了苯的萃取，包括了甲苯、苯甲酸、氯苯以及苯胺等多類(lèi)物質(zhì)，其使用的離子液體是1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽（[BMIn][PF6]）。根據(jù)實(shí)際的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的ph值條件下，堿和有機(jī)酸的分配系數(shù)表現(xiàn)出了相反的情況，深入分析其中原因可以發(fā)現(xiàn)其和溶質(zhì)的質(zhì)子化狀態(tài)是緊密關(guān)聯(lián)的。

其次，從離子液體中利用二氧化碳萃取有機(jī)物。在一些離子液體中，不論是進(jìn)行離子液體萃取有機(jī)相，還是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其最終都需要進(jìn)行離子液體中有機(jī)物的去除。從中分離產(chǎn)品的方法得到了相關(guān)人士的研究，例如Blanchard等人就對(duì)離子液體和二氧化碳在超臨界的相行為基礎(chǔ)上，對(duì)其分配情況展開(kāi)了考察。明確了二氧化碳在離子液體[BM？In][PF6]中的時(shí)間分配情況，并最終得出了二氧化碳相不會(huì)造成污染問(wèn)題這一結(jié)論。

最后，從水中萃取金屬離子對(duì)離子液體的使用。一般，從水中進(jìn)行金屬離子的萃取，若是措施不完善，則可能出現(xiàn)金屬離子的分配系數(shù)小于1的情況，這樣在萃取上就會(huì)存在一些不足之處。所以，為了提高金屬離子的萃取效率，需要加大其分配系數(shù)，常用的方法有2種。一是在離子液體陽(yáng)離子的取代基上引入配位結(jié)構(gòu)或是配位原子，二是加入萃取劑提升萃取效率。Visser等人就通過(guò)離子液體合成得出了萃取金屬的離子液體，實(shí)現(xiàn)了Cd2+、Hg2+等離子的萃取。

2.2 氣相色譜上離子液體的使用

在氣相色譜中使用離子液體，Armstrong等人對(duì)2種不同的室溫離子液體當(dāng)作氣相定相，在此基礎(chǔ)上對(duì)樣品分子進(jìn)行了相互作用的研究，其得出結(jié)論，認(rèn)為在氣相固定相中，離子液體表現(xiàn)出了不一樣的性能特點(diǎn)。在出現(xiàn)非極性或是中性樣品的時(shí)候，其在色譜柱上和非極性色譜柱上所保留的樣品是一樣的。從相關(guān)常數(shù)也可以看出，離子液體的不同性質(zhì)在常數(shù)上得到了反映，通過(guò)色譜逆推法能夠?qū)﹄x子液體性能形成更加深入的了解。

3 結(jié)論

除了上文所介紹的萃取分離和氣相色譜，離子液體在液相色譜以及毛細(xì)管電泳中都能夠?qū)崿F(xiàn)有效的應(yīng)用。所以，在運(yùn)用中，需要對(duì)離子液體的合成以及其基本性質(zhì)形成全面的了解，在此基礎(chǔ)上，研究離子液體在分離分析中的具體應(yīng)用，突出重點(diǎn)，使其發(fā)揮出更大的效用。

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