膽堿羧酸離子液體潤滑劑的毒性研究

張錦婷，陸飛，丁啟元，魏輝

(陜西北元集團錦源化工有限公司，陜西 神木 719000)

0 引言

離子液體潤滑劑[1]是一種特殊的潤滑劑，具有低蒸氣壓、低溫流動性、活性元素高極性等特點[2]，也被稱室溫熔融鹽，是指完全由陰陽離子構(gòu)成且在室溫或下呈液態(tài)的鹽。離子液體在發(fā)展的過程中，已經(jīng)被研究出許多的優(yōu)點，但其自身也存在一些弊端，尤其是在水生生態(tài)環(huán)境中，由于酸性物質(zhì)的存在，鹵素離子的毒性會造成水生物的死亡，表現(xiàn)出其水生態(tài)毒性[3-5]。離子液體的毒性主要體現(xiàn)在兩個方面：其一是由于離子液體在設(shè)計合成過程中使用了大量揮發(fā)性的有機溶劑，導(dǎo)致離子液體本身具有的毒性；其二是離子液體在對生態(tài)系統(tǒng)與人體方面具有的毒性[6-7]。離子液體會造成水生物的死亡，這是它在水生態(tài)體系中毒性的主要體現(xiàn)。從對環(huán)保和綠色的角度考慮，檢測離子液體在水生生態(tài)體系中的毒性大小是十分必要的。

本實驗是為了評價現(xiàn)有離子液體的毒性大小。以水生生物海蝦和綠藻為試驗對象，對實驗室所合成的5種膽堿羧酸離子液體的毒性大小進行研究，并和傳統(tǒng)的離子液體潤滑劑1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(L-B104)進行參考對比，以海蝦的半致死濃度LD50和綠藻的半抑制濃度EC50評價這些膽堿羧酸離子液體毒性大小。

1 實驗

1.1 海蝦實驗

將測試樣品用分析天平稱量，并配制成不同濃度的6種樣品水溶液。

配置一定濃度1 mL的溶液，搖晃至溶解，用移液槍量取100 μL的液體加入96孔板的1號孔，并平行3組實驗，并將此溶液按倍數(shù)稀釋，將每個樣品配置成不同的8個濃度梯度。最后，每個孔中都加入100 μL含海蝦的海鹽水，海蝦數(shù)目約為20只，使孔中液體共達200 μL，以單獨的海蝦海鹽水為空白對照，為對照，每組平行對照3組。在25 ℃下培養(yǎng)24 h，然后用顯微鏡觀察，記錄海蝦的死亡數(shù)。

1.2 綠藻實驗

(1)將乙酸膽堿用培養(yǎng)基配置成4 mL一定濃度的液體，搖勻后取2 mL溶液加入第一個試管中，記為1-1試管，再加入培養(yǎng)基至4 mL的刻度線，搖勻后再取2 mL溶液加入第二個試管中，記為1-2試管，以此類推稀釋8組。然后再向8個試管中各加入2 mL處在對數(shù)期的藻液。1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8試管依照上述順序依此類推標(biāo)記。

(2)按照步驟1的方法，將其他4個樣品配制成類似的溶液，并作出相應(yīng)的標(biāo)記。

(3)分別測出配制的所有溶液在0、24、48、72、96小時的OD650值，并進行比較，觀察其對綠藻生長情況的影響。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 海蝦實驗的結(jié)果與討論

以L-B104和膽堿乙酸的對比為例，如圖3和圖4所示，對海蝦的實驗結(jié)果進行分析說明。

由圖1、圖2可知膽堿乙酸和L-B104-LD50海蝦活性實驗的相關(guān)系數(shù)r分別為0.993 7和0.992 4，可以得到已到達兩個9的相關(guān)性，所以實驗結(jié)果比較準確。由置信區(qū)間可知L-B104離子液體的LD50的取值范圍在0.083 4 mg/mL≤LD50≤0.1 61 1 mg/mL，LD50值為0.115 9 mg/mL，大于100 mg/L，小于1 000 mg/L，所以L-B104的毒性等級是“++”，而膽堿乙酸的置信區(qū)間為8 211.904 3 mg/mL≤LD50≤15 787.529 0 mg/mL，LD50值為11 386.205 6 mg/mL是大于1 000 mg/mL，所以膽堿乙酸的毒性等級是“+”明顯比L-B104的毒性小很多。

圖1 L-B104+LD50海蝦活性實驗

圖2 膽堿乙酸-LD50海蝦活性實驗

根據(jù)在實驗過程中所得到的LD50海蝦活性試驗圖進行分析，從相關(guān)系數(shù)r的值可以得知，相關(guān)系數(shù)已經(jīng)到達兩個9的相關(guān)性，所以實驗的結(jié)果已經(jīng)是比較準確。實驗結(jié)果表明半致死濃度LD50的值越大，離子液體的毒性就越小。

L-B104是傳統(tǒng)離子液體，其LD50值為0.115 9 mg/mL，明顯比其他試驗樣的毒性大很多。將其與5種羧酸離子液體進行對比，可以看出，5種羧酸離子液體的LD50值均遠遠大于L-B104，因此5種羧酸離子液體的毒性很小，是理想的綠色產(chǎn)品。而這5種羧酸離子液體之間的毒性比較，可以看出隨著碳鏈的增加羧酸離子液體的毒性越大。最后一種比前四種的LD50值更小，說明有支鏈的碳鏈比沒有支鏈的碳鏈毒性更大。通過以上分析可以說明新型的合成離子液體具有良好的水溶性、無毒、無污染等優(yōu)異性能，可以作為環(huán)保型潤滑劑，并且具有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，值得對其進行更深入的研究和開發(fā)。對本次實驗的毒性測試結(jié)果進行匯總，如表1所示。

表1 海蝦實驗的測試結(jié)果匯總表

2.2 綠藻實驗的結(jié)果與討論

同樣以L-B104和膽堿乙酸為例，實驗結(jié)果進行分析說明，其余試驗樣品的試驗結(jié)果見附件。

圖3是L-B104和膽堿乙酸在不同濃度梯度對綠藻生長情況的影響，由圖4可知，隨著膽堿乙酸離子液體濃度的增大，OD650值會漸漸的降低。在所選擇的濃度范圍里，不同的濃度梯度對綠藻的生長情況有著明顯的濃度抑制作用，即濃度越大，綠藻的生長情況越受濃度的抑制，與0 mol/L的空白對照實驗相比，所有濃度梯度的羧酸離子液體對綠藻都有一定的抑制作用，但相較與傳統(tǒng)的離子液體潤滑劑L-B104對綠藻生長情況的影響都是很小的，由圖3可知L-B104的濃度比較小的時候就會對綠藻的生長情況產(chǎn)生很大的影響，而膽堿羧酸離子液體的濃度則要很大才會對綠藻的生長情況產(chǎn)生抑制作用，所以可以看出膽堿羧酸離子液體的毒性比L-B104的小很多。

圖3 L-B104對綠藻生長情況的影響

圖4 膽堿乙酸對綠藻生長情況的影響

對本次實驗的毒性測試結(jié)果進行匯總，如表2所示。

表2 綠藻實驗的測試結(jié)果匯總表

由表2可知，與傳統(tǒng)離子液體潤滑劑L-B104相比，膽堿羧酸離子液體的半抑制濃度EC50都很大。所以可以得出：這5種羧酸離子液體的毒性很小。且隨著碳鏈的增加膽堿羧酸離子液體的毒性越大；有支鏈的碳鏈比沒有支鏈的碳鏈毒性更大。

通過本實驗可以得到：所研究的5種羧酸離子液體屬于無毒離子液體，可以作為綠色環(huán)保的離子液體潤滑劑，在未來的潤滑劑市場具有很好發(fā)展的潛力。此外，實驗數(shù)據(jù)還表明所合成五種羧酸離子液體，隨濃度的增加其對綠藻生長的促進作用也在變大，這可能與該類離子液體中膽堿陽離子具有促進植物生長的作用有關(guān)，這也是下一步研究中需要深入探索的課題。

3 結(jié)語

實驗結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)的離子液體潤滑劑L-B104相比，這5種羧酸離子液體潤滑劑都是沒有毒性的。而在這5種羧酸離子液體潤滑劑之間相比，隨著碳鏈的增加羧酸離子液體的毒性越大；有支鏈的碳鏈比沒有支鏈的碳鏈毒性更大。所以我們可以得到以下實驗結(jié)果：這5種羧酸離子液體是無毒的離子液體潤滑劑，是可以作為綠色、環(huán)保的離子液體潤滑劑，在未來的潤滑劑市場上具有很好發(fā)展的潛力，相信會在各個領(lǐng)域運用得很廣泛。