林燕玲

烷基咪唑離子液體定量分析方法的探討

林燕玲

（廈門醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，福建，廈門 361000）

不同鏈長(zhǎng)烷基的咪唑離子液體與茜素紅反應(yīng)前后熒光強(qiáng)度的變化不同。茜素紅作為受體，咪唑類離子液體作給電子體，應(yīng)用熒光猝滅法測(cè)定反應(yīng)前后熒光強(qiáng)度的變化。分別做不同鏈長(zhǎng)烷基離子液體的熒光光譜，定量地分析樣品中離子液體的含量。

熒光猝滅；離子液體；咪唑；茜素紅

以季銨鹽離子、季鏻鹽離子、咪唑鹽離子和吡咯鹽離子等為代表的離子液體是新型的“綠色溶劑”，它們具有無(wú)味、無(wú)惡臭、不易燃、易與產(chǎn)物分離、易回收、可反復(fù)多次循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的理想替代品，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用并迅速發(fā)展成為熱點(diǎn)[1-3]。然而隨著研究的進(jìn)行，人們發(fā)現(xiàn)離子液體對(duì)生物體具有毒性。有些離子液體會(huì)減慢生物的運(yùn)動(dòng)速率、攝食速率，削弱細(xì)胞組織功能。有研究表明，離子液體的毒性主要取決于陽(yáng)離子，其毒性順序?yàn)榧句@鹽< 吡啶< 咪唑< 三唑< 四唑，且側(cè)鏈取代基鏈長(zhǎng)與毒性成正比。另外離子液體的潛在危害還表現(xiàn)在它的難降解性。研究表明，烷基取代咪唑類化合物生物降解性很差[4-5]。因此，建立烷基取代咪唑類離子液體的定量檢測(cè)方法有助于對(duì)其毒性的研究。烷基取代咪唑類化合物能與熒光物質(zhì)茜素紅生成荷移絡(luò)合物，即咪唑類化合物作為給電子體與電子受體試劑茜素紅形成荷移絡(luò)合物，從而改變茜素紅的熒光性質(zhì)，使茜素紅溶液的熒光發(fā)生猝滅現(xiàn)象。根據(jù)熒光變化情況，可建立起烷基取代咪唑類化合物定量分析的方法。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 儀器和試劑

賽多利斯 PB-10酸度計(jì)（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）；BS224S電子分析天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）；熒光分光光度計(jì)（日本島津儀器有限公司）；10 mL容量瓶20個(gè)氫氧化鈉（分析純，天津化學(xué)試劑一廠）；1-十八烷基-3-甲基咪唑氯（C18MIMCl）；1-十六烷基-3-甲基咪唑氯（C16MIMCl）；1-十二烷基-3-甲基咪唑氯（C12MIMCl）；1-辛基-3-甲基咪唑氯（C8MIMCl）；1-甲基-3-丁基咪唑溴；1-甲基-3-乙基咪唑溴（分析純，杭州科默化學(xué)有限公司）；咪唑；2-甲基咪唑；茜素紅（分析純，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司）；磷酸；硼酸；冰乙酸；乙醇；實(shí)驗(yàn)用水為高純水。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件的選擇

1.2.1 激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)

固定茜素紅溶液的pH為7.24，測(cè)定其熒光光譜。從波長(zhǎng)掃描結(jié)果可知，茜素紅的最大激發(fā)波長(zhǎng)為462 nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)為610 nm。當(dāng)在茜素紅緩沖溶液體系中加入不同濃度的離子液體，隨著其濃度的增加，茜素紅的熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)。但發(fā)射峰位和峰形都基本不變。

2.2.2 緩沖溶液和pH

緩沖溶液選用B-R緩沖液。B-R緩沖液的配制方法如下：在100 mL磷酸、冰乙酸、硼酸三酸混合液（磷酸、乙酸、硼酸濃度均是0.04 mol/L）中加入不同體積的0.2 mol/L的NaOH溶液，即可得到不同pH值的B-R緩沖溶液。

pH的選擇：固定茜素紅(ARS)的濃度(10-4mol/L)，分別溶于PH為4.1，4.78，6.37，7.24，8.36的緩沖溶液（3 mL）中，并測(cè)量其熒光強(qiáng)度，結(jié)果如圖1所示（圖中pH分別為4.1，4.78，6.37，7.24，8.36，C(ARS) = 10-4mol/L）。為保證反應(yīng)前的茜素紅溶液具有較大的熒光強(qiáng)度，提高猝滅反應(yīng)的靈敏度，本實(shí)驗(yàn)采用pH = 7.24的緩沖溶液。

圖1 pH對(duì)ARS熒光強(qiáng)度的影響，

1.2.3 反應(yīng)時(shí)間

將10-4mol/L的茜素紅與0.6×10-4mol/L的C18MIMCl以1:1混合，加3 mLpH = 7.24的緩沖溶液，測(cè)量熒光強(qiáng)度隨時(shí)間變化，結(jié)果如圖2所示。說(shuō)明溶液混合10 min以后，反應(yīng)時(shí)間對(duì)熒光強(qiáng)度的影響就已經(jīng)很微弱。

圖2 熒光強(qiáng)度隨反應(yīng)時(shí)間的變化

1.3 熒光測(cè)定

實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于烷基鏈長(zhǎng)度不同的咪唑鹽離子液體，其熒光猝滅的程度和方式有很大的不同。通過(guò)對(duì)不同猝滅現(xiàn)象的研究，確定咪唑鹽離子液體靈敏快捷的定量方法。反應(yīng)為：

1.3.1 十八烷基咪唑鹽

取15個(gè)10 mL容量瓶，固定茜素紅濃度為10-4mol/L，B-R緩沖液量為2 mL，依次加入C18MIMCl，使其濃度分別為0.00，0.08，0.16，0.24，0.32，0.40，0.48，0.56，0.64，0.72，0.80，0.88，0.96，1.04，1.12 (單位：10-4mol/L），用純化水定容。溶液的顏色隨C18MIMCl的濃度增加而變化，從橙黃到紫紅再到深紫色。10 min后，依次測(cè)試其熒光強(qiáng)度，如圖3。圖中離子液體的濃度從上到下依次為0.00，0.08，0.16，0.24，0.32，0.40，0.48，0.56，0.64，0.72，0.80，0.88，0.96，1.04，1.12 （單位：10-4mol/L）。

圖3 加入不同濃度的C18MIMCl后茜素紅的熒光發(fā)射光譜

以測(cè)定的最大熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，以加入的C18MIMCl的濃度為橫坐標(biāo)，作C18MIMCl的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖4所示。可以看出，當(dāng)茜素紅濃度為10-4mol/L時(shí)，C18MIMCl的濃度在0 × 10-4~1.2×10-4mol/L時(shí)，熒光強(qiáng)度與C18MIMCl濃度成反比，線性方程為：= -1584.9+2039.5，2= 0.997，檢出限為6.3×10-8mol/L。因此，可通過(guò)測(cè)量茜素紅熒光猝滅來(lái)測(cè)定溶液中的十八烷基咪唑鹽濃度。

圖4 十八烷基咪唑鹽的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

1.3.2 十六烷基咪唑鹽

取17個(gè)10 mL容量瓶，固定茜素紅濃度為10-4mol/L，B-R緩沖液量為2 mL，依次加入C16MIMCl，使其濃度分別為0.00，0.08，0.16，0.24，0.32，0.40，0.48，0.56，0.64，0.72，0.80，0.88，0.96，1.04，1.12 ，1.20，1.28（單位：10-4mol/L），用純化水定容。溶液的顏色隨C16MIMCl濃度增加而變化，從橙黃到紫紅再到深紫色。10 min后，依次測(cè)試其熒光強(qiáng)度，以測(cè)定的最大熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，以加入的C16MIMCl的濃度為橫坐標(biāo)，作C16MIMCl的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖5所示?？梢钥闯?，當(dāng)茜素紅濃度為10-4mol/L時(shí)，C18MIMCl的濃度在0~1.2 × 10-4mol/L時(shí)，熒光強(qiáng)度與C18MIMCl濃度成反比，線性方程為：= -1556.5+2140.6，2=0.9983，檢出限為3.5×10-8mol/L。因此，也通過(guò)測(cè)量茜素紅熒光猝滅來(lái)測(cè)定溶液中的十六烷基咪唑鹽濃度。

圖5 十六烷基咪唑鹽的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

1.3.3 十二烷基咪唑鹽

取13個(gè)10 mL容量瓶，固定茜素紅濃度為10-4mol/L，B-R緩沖液量為2 mL，依次加入C12MIMCl，使其濃度分別為0.00，0.40，0.80，1.20，1.60，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00，7.00，8.00，9.00，10.0（單位：10-4mol/L）。當(dāng)C12MIMCl濃度較小時(shí)，溶液顏色隨濃度的變化很小，在很大范圍內(nèi)都為棕黃色。當(dāng)C12MIMC濃度較大時(shí)才開(kāi)始變紅到淺紫色。10 min后，依次測(cè)試其熒光強(qiáng)度，如圖6。圖中離子液體的濃度從上到下依次為0.00，0.40，0.80，1.20，1.60，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00，7.00，8.00，9.00，10.0 （單位：10-4mol/L）。

圖6 加入不同濃度的C12MIMCl后茜素紅的熒光發(fā)射光譜

以測(cè)定的最大熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，以加入的C12MIMCl的濃度為橫坐標(biāo)，作C12MIMCl的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖7所示。可以看出，當(dāng)茜素紅濃度為10-4mol/L，C12MIMCl的濃度小于2 × 10-4時(shí)，熒光強(qiáng)度基本不變。然后隨著離子液濃度繼續(xù)增加，茜素紅的熒光強(qiáng)度下降，坡度先急后緩。

圖7 十二烷基咪唑鹽的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

1.3.4 辛基咪唑鹽

取16個(gè)10 mL容量瓶，固定茜素紅濃度為10-4mol/L，B-R緩沖液量為2 mL，依次加入C8MIMCl，使其濃度分別為0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00，7.00，8.00，9.00，10.0，11.0，12.0，13.0，14.0，15.0（單位：10-4mol/L）。溶液顏色均為棕黃色，無(wú)變化。10 min后，依次測(cè)試其熒光強(qiáng)度，如圖8。結(jié)果表明，辛基咪唑鹽對(duì)茜素紅的熒光強(qiáng)度基本無(wú)影響。

圖8 加入不同濃度的C8MIMCl后茜素紅的熒光發(fā)射光譜

用同樣的方法比較了丁基咪唑鹽、乙基咪唑鹽、2-甲基咪唑、咪唑等化合物對(duì)茜素紅熒光強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，它們對(duì)茜素紅的熒光強(qiáng)度基本無(wú)影響，即不具有猝滅作用。

2 結(jié)論

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出：茜素紅的熒光猝滅現(xiàn)象與咪唑鹽離子液體的烷基鏈長(zhǎng)有很明顯的關(guān)系：當(dāng)烷基鏈較長(zhǎng)時(shí)，熒光猝滅現(xiàn)象明顯，如十八和十六烷基咪唑鹽；隨著烷基鏈長(zhǎng)度的減少，熒光猝滅的效果逐漸變?nèi)?，如十二烷基咪唑鹽猝滅現(xiàn)象不規(guī)律且稍弱；當(dāng)烷基鏈較短時(shí)，基本沒(méi)有熒光猝滅的現(xiàn)象發(fā)生，如辛基咪唑鹽及以下烷基咪唑鹽基本無(wú)熒光猝滅現(xiàn)象。這是因?yàn)橥榛溤介L(zhǎng)，給電子能力越強(qiáng)，它的荷移作用越明顯。而咪唑與2-甲基咪唑則根本不會(huì)發(fā)生荷移反應(yīng)。對(duì)于C18MIMCl和C16MIMCl來(lái)說(shuō)，其對(duì)茜素紅熒光強(qiáng)度的影響與其加入的濃度有較好的線性關(guān)系。因此，可用茜素紅作為荷移試劑來(lái)標(biāo)定樣品中C18MIMCl和C16MIMCl這兩種物質(zhì)的含量，即可以采用熒光猝滅法作為長(zhǎng)鏈取代基的咪唑鹽離子液體的定量方法。

[1] 明慧,吳堅(jiān)平,楊立榮.離子液體及其在生物催化中的應(yīng)用[J].有機(jī)化學(xué),2005,25(4):364-374.

[2] Seddon K R J.Ionic lNllids for clean tedmology[J].Chem Biotechnol,1997,68:351-356．

[3] 李肖華,李衛(wèi)坤,宋旭東,等.離子液體的合成及在分離中的應(yīng)用[J].浙江化工,2008,39(2):6-8.

[4] 范杰平,曹婧,孔濤,等.離子液體的合成、純化及回收方法研究進(jìn)展[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào):工科版,2008,31(4):21-25.

[5] 陳彬. 荷移反應(yīng)的研究及應(yīng)用和熒光分光光度法在生化及藥物分析中的應(yīng)用研究[D]. 鄭州:鄭州大學(xué), 2001:1-4

[6] 李省云. 藥物分析—荷移光譜法[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

[7] 許金鉤. 熒光分析法[M]. 3版.北京:科學(xué)出版社, 2006.

DISCUSSION OF QUANTITY METHODS OF THE ALKYL IMIDAZOLE IONIC LIQUID

LIN Yan-ling

( Xiamen Medical College, Xia’men, Fujian 361000, China )

Fluorescence intensity varies when alizarin red interacts with alkyl imidazole ionic liquids with different alkyl chain length. Alizarin red as an electron acceptor, imidazole ionic liquid as an electron donor, the change of fluorescence intensity before and after reaction was measured by fluorescence quenching method. Based on the fluorescent spectrogram of different imidazole ionic liquid, the quality and quantity of ionic liquid could be studied.

fluorescence quenching method; ionic liquid; imidazole; alizarin red

O655.2

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2012.06.008

1674-8085(2012)06-0032-04

2012-07-12；

2012-09-28

林燕玲(1960-)，女，福建泉州人，高級(jí)講師，主要從事基礎(chǔ)化學(xué)研究(E-mail: 995308559@qq.com).