離子液體能否取代有機溶劑？（一）

本文介紹了離子液體（簡稱ILs）以及聚合離子液體（PILs）在固相微萃取（SPME）、分散基質液液萃取（DLLME）中的應用。由于其良好的選擇性、環保性，相信未來，離子液體的應用將越來越廣泛，甚至會取代有機溶劑。

在過去的十年中，離子液體與聚合離子液體在許多科學、工程領域得到廣泛的研究與應用。ILs是熔點在100℃附近或以下的有機鹽，PILs則是由離子液體的單體聚合而成。這些“熔融鹽類”的陽離子是有機基團，陰離子是有機或無機基團。若這些陰陽離子間能自由組合，估計會有1018種ILs組合形態。ILs 與PILs之前曾被應用于不同的提取方法中，比如單液滴微萃取（SDME），液相微萃取（LPME），固相微萃取（SPME），分散液液萃取（DLLME），中空膜液萃取（HFSLME），固相萃取（SPE）等。除了一些基于吸附劑的提取外，上述這些樣品處理方法中都需要使用有機溶劑。而對比傳統的有機溶劑，ILs幾乎沒有揮發性，低毒，這使得其在樣品處理過程中顯得很有吸引力。

在本文中，將會分別闡述ILs與PILs的熱穩定性、粘度、選擇性以及其在SPME、DLLME的應用。

ILs與PILs的獨特之處

熱穩定性

對于一些需要在高溫操作的樣品處理，ILs與PILs的熱穩定性尤為難得。SPME一般應用于氣相色譜，如熱解吸過程中，基于ILs與PILs的吸收液必須能承受來自氣相進樣口（250~280℃）的高溫。圖1列出了DLLME和SPME過程中常用的ILs與PILs產品以及其結構。大部分的上述ILs與PILs是咪唑鎓鹽、吡咯烷鎓鹽或季膦鹽。咪唑環中氮原子所連接的脂肪族長鏈越長，其IL產物的熱穩定性越高。陰離子對ILs與PILs的熱穩定性具有很大的影響。一般來說，分子量、極性較小的陰離子，比如鹵化物，由于會與ILs陽離子中的烷基取代基發生親核取代反應，從而會導致ILs本身熱穩定性下降。

粘度

ILs的粘度主要由分子間作用力決定，比如氫鍵、范德華力以及電荷間吸引。鹵化物類ILs有更高的粘度，這是由于它們具有更強的氫鍵以及與陽離子的電荷吸引力，而其他較大的、或者不對稱的陰離子反而粘度較低。當ILs的陽離子與直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴連接時，會因為范德華力作用提高ILs的粘度。

在SPME過程中，一般傾向于使用粘度較高的ILs與PILs，這是因為高溫會帶來粘度降低。比如熱解吸時，氣相進樣口中的高溫會使覆蓋在SPME纖維擔體中的ILs因為粘度變低而流出，從而出現諸如鬼峰，活化點，更高的背景噪聲等問題，需要定期去除進樣口中的ILs液體。而在DLLME過程中，ILs的粘度能通過加入分散劑進行調整。分散劑通常是指均能溶于兩相的有機改性劑，比如丙酮、甲醇等。如果沒有使用分散劑，就要選擇適合粘度的ILs，以便提取過程中能使樣品更均勻。

選擇性可調節

ILs與PILs在萃取過程中最大的優勢是其選擇性的可調節，從而可提高某類物質的萃取效率。比如，在利用DLLME進行DNA提取時，ILs的高提取率，除了來自于氫鍵作用外，還得益于電荷作用力。同樣，含有芳香環類的樣品，比如多環芳烴（PAHs），SPME提取過程中使用含有芳香環的PILs，會因為芳香族間的p-p共軛作用而提高提取效率。

離子液體在SPME中的應用

圖2描述了SPME的基本原理：首先，由纖維構成的擔體覆蓋了一層薄薄的吸附劑。然后，在樣品提取過程中，此層吸附劑隨擔體置于含有被測物的樣品中，樣品所在環境可能是頂空，也可能直接就是直接浸沒到溶液中。通過吸收，被測物部分或全部轉移到吸附劑中。最后擔體置于高溫狀態的氣相進樣口或高效液相色譜進樣環進行解吸。