全 文 ：离子液体双水相萃取分离苋菜红的研究
邓凡政 , 郭东方
(淮北煤炭师范学院化学系 , 淮北 235000)
摘　要:建立了由亲水性离子液体四氟硼酸 1-丁基-3-甲基咪唑([ Bmim] BF4)和
NaH2PO4形成的双水相体系萃取分离苋菜红的新方法 。研究了盐的浓度 、离子
液体浓度 、 溶液酸度 、其它共存物质对苋菜红萃取率的影响.结果表明 ,
NaH2PO4加入量在 2 ～ 2.5 g , 离子液量在 1.0 ～ 2.0 mL , 苋菜红溶液量在 1.5
mL , 溶液酸度在 pH 4 ～ 6范围 , 离子液体双水相体系对苋菜红有较高的萃取率
(E%>90)。用加入无机离子 、不同类型表面活性剂和吸收光谱探讨了离子液
体与苋菜红之间的作用。
关键词:离子液体;双水相;苋菜红;萃取分离
中图分类号:O657.32　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-0720(2007)06-015-03
　　离子液体是在室温或室温附近呈液态 、由特
定的体积相对较大的结构不对称的有机阳离子和
体积相对较小的无机阴离子构成的物质。具有呈
液态的温度区间大 、溶解范围广 、没有显著的蒸
汽压 、良好的稳定性 、极性较强且酸性可调 、电化
学窗口大等许多优点。因此 , 它是继超临界 CO2
后的又一种极具吸引力的绿色溶剂 , 是传统挥发
性溶剂的理想替代品[ 1] , 被称为环境友好液体 、
“可设计性”溶剂 , 广泛地应用到有机合成 , 化学
反应和电化学中 。水溶性离子液体的水溶液加盐
后分成上下两相 , 一相富含离子液 , 另一相为盐
水相的双水相 , Gutowski E K[ 2] 等最先报道此现象
并用于分离过程 。顾彦龙等利用室温离子液体浸
取分离牛磺酸与硫酸钠固体混合物[ 3] ;刘庆芬等
利用离子液体双水相体系对青霉素进行萃取分离
研究[ 4] 。而利用该体系对于食用色素萃取分离的
研究还未见报道。为了扩大该领域应用范围 , 本
文用亲水性离子液体四氟硼酸 1-丁基-3-甲基咪唑
([Bmim] BF4)和 NaH2PO4 形成的双水相体系对苋
菜红进行萃取分离研究。结果表明 , 该体系对苋
菜红有较高的萃取率 , 为提纯分离食用色素苋菜
红 , 提供一种新的方法 。
1　实验部分
1.1　仪器与试剂
TU-1901双光束紫外可见分光光度计(北京普
析通用仪器有限公司), 721型可见分光光度计(上
海光谱仪器有限公司), PHS-3型精密酸度计(上海
雷磁仪器厂)等。
离子液四氟硼酸 1-丁基-3甲基-咪唑按文献方
法实验室合成[ 5 , 6] , 真空干燥过夜;苋菜红(AT)溶
液:2.10×10-4 mol L;Britton-Robinson (B-R)缓冲
溶液:pH 2.0 ～ 12.0;N-氯代十六烷基吡啶 、十二
烷基磺酸钠 、 Triton X-100 、Tween-80溶液:10 g L。
所用试剂均为分析纯 , 实验用水为去离子水。
1.2　实验方法
在 10 mL刻度比色管中加入 1 mL的四氟硼酸
1-丁基-3甲基-咪唑 , 1.5 mL 的苋菜红溶液 , 在考
察酸度影响时再加入 2 mL 不同 pH 的 B-R 缓冲
溶液 , 用水稀释到 5 mL , 加入 2.0 g 固体
NaH2PO4 , 剧烈震荡 , 静置 , 分相清晰后 , 取离子
液相稀释到 5.00 mL , 测定吸收光谱和吸光度 , 通
过标准工作曲线求算苋菜红萃取率(E%)。
—15—
第 26 卷第 6期
2007 年 6月 　　　　　　　　　　　　 分析试验室Chinese Journal of Analy sis Laboratory　　　　　　　　　　　　Vol.26.No.62007-6
收稿日期:2006-07-05;修订日期:2006-09-21
基金项目:安徽省教育厅自然科学研究(2004kj319)项目资助
作者简介:邓凡政(1954-), 男 , 教授
DOI :10.13595/j.cnki.issn1000-0720.2007.0158
2　结果与讨论
2.1　盐的加入量对苋菜红萃取率影响
按实验方法 , 固定离子液和苋菜红量 , 加入
不同量的NaH2PO4 , 结果如图1-1。在盐用量少于
0.5 g时 , 溶液不分相 , 在 0.5 ～ 2.0 g 范围 , 随着
盐用量的增加萃取率逐渐增大 , 但盐量增加到 1.5
g 后增加变缓慢;超过 2.5 g 后 , 盐溶解不完全 ,
萃取率又有所下降。这主要原因是盐浓度过大产
生盐效应 , 影响苋菜红与离子液作用 , 从而降低
苋菜红在离子液中的萃取率。所以实验中选取盐
的加入量为2.0 g 。
2.2　离子液加入量对苋菜红萃取率的影响
固定苋菜红加入量为 1.5 mL , 盐 2.0 g , 改变
离子液的加入量 , 结果如图1-2 。实验表明 , 苋菜
红萃取率随着离子液加入量的增加而增大 , 当离
子液加入量大于 1.0 mL时 , 萃取率增加缓慢 , 并
有未溶解的盐出现 , 当离子液加入量越大 , 未溶
解的盐量越多 。综合考虑以上因素 , 实验中离子
液加入量均为 1.0 mL。
2.3　苋菜红加入量对萃取率的影响
固定离子液加入量 1.0 mL , 盐用量 2.0 g , 改
变苋菜红的加入量 , 对其萃取率的影响如图 1(1 ～
3)。苋菜红加入量小于 1.5 mL时 , 萃取率随苋菜
红浓度增加而迅速增大 , 大于 1.5 mL 时 , 萃取率
变化平稳 , 说明在实验条件下 , 达到最大萃取容
量。实验中苋菜红的加入量为 1.5 mL。
图 1　盐(1)、离子液(2)及苋菜红(3)加入量对萃取率的影响
Fig.1　Effect of amounts of NaH2PO4 , ionic liquid and AT
on extraction efficiency
2.4　溶液酸度对苋菜红萃取率的影响
固定离子液 、苋菜红和盐的加入量 , 分别加
入不同酸度的 B-R缓冲溶液 , 其结果见图 2。由
图可知当缓冲溶液 pH 为 4 ～ 6范围时萃取率达最
大 , 如体系酸度过大 , 会使苋菜红分子中3个磺酸
基结合质子趋势增大 , 离子性降低 , 与离子液中
有机阳离子结合力减弱 , 使萃取率下降;如果酸
度过小 , 导致苋菜红稳定性降低 , 同样萃取率减
小。当体系不加入缓冲溶液时 pH为 6 , 所以利用
该体系萃取苋菜红不需另外加入缓冲溶液 。
图 2　溶液 pH 对苋菜红萃取率的影响
Fig.2　Effect of solution pH on extraction efficiency
2.5　离子液中苋菜红的稳定性
按实验方法 , 将分相后的离子液相中苋菜红
溶液放置不同时间测定萃取率 , 结果显示3 h内变
化不明显 , 说明在离子液中苋菜红稳定性较好 。
2.6　加入不同物质对苋菜红萃取率的影响
按实验方法 , 分别向比色管中加入一定量的
无机离子或表面活性剂溶液。结果表明 , 当 AT 溶
液加入量为 1.5 mL时 , 以下无机离子对萃取率没
有影响(Er≤5%):50 mg L的 SO4 2- 、CO3 2- 、Cl- 、
Ac
- 、NO3 - 、Na+ 、NH4 + 、Mg2+ 、K+;20 mg L 的
Al
3+ 、Zn2+ 、Cd2+;当体系中分别加入N-氯代十六
烷基吡啶 、十二烷基磺酸钠 、 Triton X-100 、Tween-
80 1.00 mL时 , 非离子表面活性剂的加入 AT 萃取
率变化不大 , 阳离子和阴离子表面活性剂的加入
则使苋菜红萃取率有所降低 。在离子液双水相中 ,
离子液中大的有机阳离子与大的苋菜红阴离子之
间靠静电作用 , 进入离子液相且有较高的萃取率 。
非离子表面活性剂不带电荷 , 不影响离子液与AT
的结合力;加入阳离子表面活性剂易与离子液中
带负电的苋菜红离子发生静电作用 , 削弱了AT 与
离子液作用;同理 , 阴离子表面活性剂的加入易
与离子液中大的有机阳离子作用 , 同样削弱了离
子液与AT 作用 , 从而都降低萃取率 。加入一些无
机阴阳离子 , 由于它们体积都较小 , 与大的离子
—16—
第 26卷第 6 期
2007年 6 月 　　　　　　　　　　　　 分析试验室Chinese Journal of Analysis Laboratory　　　　　　　　　　　　Vol.26.No.62007-6
液有机阳离子和苋菜红阴离子不匹配对它们作用
影响较小 , 萃取率变化不大 。
2.7　离子液中苋菜红吸收光谱
按实验方法 , 测定离子液相中苋菜红吸收光
谱与单纯水相中苋菜红吸收光谱见图 3。结果表
明:在离子液中苋菜红吸光度比纯水相中有所增
大 , 这是因为分相后离子液相具有一定的富集作
用;另外 , 离子液相中苋菜红吸收光谱与在单纯
水相中比较 , 在可见光区 , 离子液相中苋菜红最
大吸收波长略有红移 , 而在近紫外区吸收光谱和
最大吸收波长差别较大 , 说明苋菜红与离子液发
生了一定作用 , 改变了苋菜红存在微环境 , 结构
发生变化 , 势能降低 , 分子中发生了 π※π＊跃迁 。
图 3　离子液相中苋菜红的吸光光谱
Fig.3　Absorption spectra of amaranth in ionic liquid
1-离子液-苋菜红;2-水溶液-苋菜红;3-单纯离子液相
3　结论
1.离子液体双水相体系可以用来萃取分离食
用色素苋菜红 , 萃取率较高 。在本实验中 , 萃取的
最佳条件是NaH2PO 4 的用量为 2 ～ 2.5 g、离子液
体为 1.0 ～ 2.0 mL 、AT 溶液的加入体积是 1.5 mL 、
溶液酸度在 pH 4 ～ 6。
2.离子液体双水相体系萃取分离苋菜红溶液
酸度范围较宽 , 分相迅速 , 界面清晰 , 萃取过程不
发生乳化现象 。
3.离子液体双水相萃取分离食用色素是一新
的技术 , 对于该体系萃取机理以及被萃物的回收
等问题还有待于进一步深入研究 。
参考文献
[ 1] 　张普玉 , 娄　帅 , 金邻豫.精细化工 , 2005 , 22(5):
324
[ 2] 　Gutowski E K , Broker A G , Rogers D R.J Am Chem Soc ,
2003 , 125:6632
[ 3] 　顾彦龙 , 石　峰 , 邓友全.化学学报 , 2004 , 62(5):
532
[ 4] 　刘庆芬 , 胡雪生 , 王玉红.科学通报 , 2005 , 50(8):
756
[ 5] 　何　鸣 , 张赛丹 , 黄敬平等.广州化工 , 2005 , 33(3):
3
[ 6] 　Varma R S , Namboodiri V V.Chem Commun , 2001 , 643
Study on the extraction separation of amaranth in ionic liquid aqueous two-phase system
DENG Fan-zheng＊ and GUO Dong-fang (Department of chemistry , Huaibei coal industry teacher′s college , Huaibei
235000), Fenxi Shiyanshi , 2007 , 26(6):15 ～ 17
Abstract:A new method to extract and separate amaranth (AT)in a new aqueous two-phase system(ATPS)formed
by a room temperature water-soluble ionic liquid [ Bmim] BF4(1-butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborate)and
phase-forming salt NaH2PO4 was studied.The effects of concentrations of ionic liquid , salt , amaranth and the pH va-
lue on the extraction efficiency were investigated systematically.With the solution pH values 4 ～ 6 , the addition of
amaranth 1.5 mL , [ Bmim]BF4 1.0 ～ 2.0 mL and NaH2PO 4 2.0 ～ 2.5 g , ionic liquid-ATPS had the highest extrac-
tion efficiency.With inorganic ions , different surfactants and absorption spectrum , the interaction of AT with ionic liq-
uid was discussed initiatively.
Keywords:Ionic liquid;Aqueous two-phase;Amaranth;Extraction separation
—17—
第 26 卷第 6期
2007 年 6月 　　　　　　　　　　　　 分析试验室Chinese Journal of Analy sis Laboratory　　　　　　　　　　　　Vol.26.No.62007-6