胆碱羧酸离子液体润滑剂的毒性研究

张锦婷，陆飞，丁启元，魏辉

(陕西北元集团锦源化工有限公司，陕西 神木 719000)

0 引言

离子液体润滑剂[1]是一种特殊的润滑剂，具有低蒸气压、低温流动性、活性元素高极性等特点[2]，也被称室温熔融盐，是指完全由阴阳离子构成且在室温或下呈液态的盐。离子液体在发展的过程中，已经被研究出许多的优点，但其自身也存在一些弊端，尤其是在水生生态环境中，由于酸性物质的存在，卤素离子的毒性会造成水生物的死亡，表现出其水生态毒性[3-5]。离子液体的毒性主要体现在两个方面：其一是由于离子液体在设计合成过程中使用了大量挥发性的有机溶剂，导致离子液体本身具有的毒性；其二是离子液体在对生态系统与人体方面具有的毒性[6-7]。离子液体会造成水生物的死亡，这是它在水生态体系中毒性的主要体现。从对环保和绿色的角度考虑，检测离子液体在水生生态体系中的毒性大小是十分必要的。

本实验是为了评价现有离子液体的毒性大小。以水生生物海虾和绿藻为试验对象，对实验室所合成的5种胆碱羧酸离子液体的毒性大小进行研究，并和传统的离子液体润滑剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(L-B104)进行参考对比，以海虾的半致死浓度LD50和绿藻的半抑制浓度EC50评价这些胆碱羧酸离子液体毒性大小。

1 实验

1.1 海虾实验

将测试样品用分析天平称量，并配制成不同浓度的6种样品水溶液。

配置一定浓度1 mL的溶液，摇晃至溶解，用移液枪量取100 μL的液体加入96孔板的1号孔，并平行3组实验，并将此溶液按倍数稀释，将每个样品配置成不同的8个浓度梯度。最后，每个孔中都加入100 μL含海虾的海盐水，海虾数目约为20只，使孔中液体共达200 μL，以单独的海虾海盐水为空白对照，为对照，每组平行对照3组。在25 ℃下培养24 h，然后用显微镜观察，记录海虾的死亡数。

1.2 绿藻实验

(1)将乙酸胆碱用培养基配置成4 mL一定浓度的液体，摇匀后取2 mL溶液加入第一个试管中，记为1-1试管，再加入培养基至4 mL的刻度线，摇匀后再取2 mL溶液加入第二个试管中，记为1-2试管，以此类推稀释8组。然后再向8个试管中各加入2 mL处在对数期的藻液。1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8试管依照上述顺序依此类推标记。

(2)按照步骤1的方法，将其他4个样品配制成类似的溶液，并作出相应的标记。

(3)分别测出配制的所有溶液在0、24、48、72、96小时的OD650值，并进行比较，观察其对绿藻生长情况的影响。

2 实验结果与讨论

2.1 海虾实验的结果与讨论

以L-B104和胆碱乙酸的对比为例，如图3和图4所示，对海虾的实验结果进行分析说明。

由图1、图2可知胆碱乙酸和L-B104-LD50海虾活性实验的相关系数r分别为0.993 7和0.992 4，可以得到已到达两个9的相关性，所以实验结果比较准确。由置信区间可知L-B104离子液体的LD50的取值范围在0.083 4 mg/mL≤LD50≤0.1 61 1 mg/mL，LD50值为0.115 9 mg/mL，大于100 mg/L，小于1 000 mg/L，所以L-B104的毒性等级是“++”，而胆碱乙酸的置信区间为8 211.904 3 mg/mL≤LD50≤15 787.529 0 mg/mL，LD50值为11 386.205 6 mg/mL是大于1 000 mg/mL，所以胆碱乙酸的毒性等级是“+”明显比L-B104的毒性小很多。

图1 L-B104+LD50海虾活性实验

图2 胆碱乙酸-LD50海虾活性实验

根据在实验过程中所得到的LD50海虾活性试验图进行分析，从相关系数r的值可以得知，相关系数已经到达两个9的相关性，所以实验的结果已经是比较准确。实验结果表明半致死浓度LD50的值越大，离子液体的毒性就越小。

L-B104是传统离子液体，其LD50值为0.115 9 mg/mL，明显比其他试验样的毒性大很多。将其与5种羧酸离子液体进行对比，可以看出，5种羧酸离子液体的LD50值均远远大于L-B104，因此5种羧酸离子液体的毒性很小，是理想的绿色产品。而这5种羧酸离子液体之间的毒性比较，可以看出随着碳链的增加羧酸离子液体的毒性越大。最后一种比前四种的LD50值更小，说明有支链的碳链比没有支链的碳链毒性更大。通过以上分析可以说明新型的合成离子液体具有良好的水溶性、无毒、无污染等优异性能，可以作为环保型润滑剂，并且具有很大的发展空间和应用前景，值得对其进行更深入的研究和开发。对本次实验的毒性测试结果进行汇总，如表1所示。

表1 海虾实验的测试结果汇总表

2.2 绿藻实验的结果与讨论

同样以L-B104和胆碱乙酸为例，实验结果进行分析说明，其余试验样品的试验结果见附件。

图3是L-B104和胆碱乙酸在不同浓度梯度对绿藻生长情况的影响，由图4可知，随着胆碱乙酸离子液体浓度的增大，OD650值会渐渐的降低。在所选择的浓度范围里，不同的浓度梯度对绿藻的生长情况有着明显的浓度抑制作用，即浓度越大，绿藻的生长情况越受浓度的抑制，与0 mol/L的空白对照实验相比，所有浓度梯度的羧酸离子液体对绿藻都有一定的抑制作用，但相较与传统的离子液体润滑剂L-B104对绿藻生长情况的影响都是很小的，由图3可知L-B104的浓度比较小的时候就会对绿藻的生长情况产生很大的影响，而胆碱羧酸离子液体的浓度则要很大才会对绿藻的生长情况产生抑制作用，所以可以看出胆碱羧酸离子液体的毒性比L-B104的小很多。

图3 L-B104对绿藻生长情况的影响

图4 胆碱乙酸对绿藻生长情况的影响

对本次实验的毒性测试结果进行汇总，如表2所示。

表2 绿藻实验的测试结果汇总表

由表2可知，与传统离子液体润滑剂L-B104相比，胆碱羧酸离子液体的半抑制浓度EC50都很大。所以可以得出：这5种羧酸离子液体的毒性很小。且随着碳链的增加胆碱羧酸离子液体的毒性越大；有支链的碳链比没有支链的碳链毒性更大。

通过本实验可以得到：所研究的5种羧酸离子液体属于无毒离子液体，可以作为绿色环保的离子液体润滑剂，在未来的润滑剂市场具有很好发展的潜力。此外，实验数据还表明所合成五种羧酸离子液体，随浓度的增加其对绿藻生长的促进作用也在变大，这可能与该类离子液体中胆碱阳离子具有促进植物生长的作用有关，这也是下一步研究中需要深入探索的课题。

3 结语

实验结果显示，与传统的离子液体润滑剂L-B104相比，这5种羧酸离子液体润滑剂都是没有毒性的。而在这5种羧酸离子液体润滑剂之间相比，随着碳链的增加羧酸离子液体的毒性越大；有支链的碳链比没有支链的碳链毒性更大。所以我们可以得到以下实验结果：这5种羧酸离子液体是无毒的离子液体润滑剂，是可以作为绿色、环保的离子液体润滑剂，在未来的润滑剂市场上具有很好发展的潜力，相信会在各个领域运用得很广泛。