一种稀土离子液体及其制备方法和在检测三价铁离子中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测水中三价铁离子的新技术，具体属于一种以稀土离子液体为 荧光探针定性、定量同时又能快速、高效检测水中三价铁离子的方法。
【背景技术】
[0002] 铁是人体必需的微量元素。水质中含有适量的铁，对人体有益无害；但是，若人体 长期摄入过量的铁，对人体是有害的。过量三价铁会和人体中的铁离子结合，使血液中的铁 离子含量减少，会造成人体贫血，头晕目眩。当水中的含铁量大于〇. 3mg/L时，水会变浑浊， 超过lmg/L时，水具有铁腥味。因此在环境中实时检测铁离子的浓度具有重要的意义。
[0003] 传统的定性定量检测三价铁离子的方法有：原子吸收法、比色法、分光光度法，循 环伏安法等等。但是这些检测手段需要复杂的仪器设备，同时还需要繁琐的样品处理，无法 迅速快捷的检测三价铁离子浓度，且成本较高。近年来，由于金属离子荧光探针的高灵敏 度、高选择性、低检测限等优势，金属离子荧光探针的设计与合成有很大发展。现阶段常见 的用于荧光探针的荧光基团化合物主要有荧光素，罗丹明B等。但是荧光素为有机物，微溶 于水，所以在使用过程中需要配合有机溶剂使用，大部分有机溶剂易挥发且有毒，在检测时 会对环境进行二次污染；而罗丹明B经老鼠实验发现会引致皮下组织生肉瘤，被怀疑是致 癌物质，在检测时会危害检验员的健康，所以在生产与使用时均有诸多不便。
[0004] 由于传统有机溶剂挥发性强、不易保存且对环境有害，科学工作者们逐渐把传统 的有机溶剂归类为危害大的化学物质之中。在推崇绿色化学的今天，我们亟待找出一种新 的对环境友好的绿色溶剂来替代传统的有机溶剂。
[0005] 离子液体是完全由有机阳离子和无机或有机阴离子所构成的盐类，在室温或者室 温附近温度下呈液体状态，具有高的热稳定性，几乎为零的蒸气压，结构和性能的可设计 性，正是因为这些优越性，使得离子液体具有特殊功能与特性，而离子液体作为近十几年来 发展起来的新型绿色溶剂，其可替代传统有机溶剂且环境友好，完全满足绿色化学发展的 需要，并且已在众多研宄领域得到广泛的应用与发展。
[0006] 以稀土离子液体为荧光探针检测水中三价铁离子还未被报道过，且离子液体水溶 性好，在检测过程中无需添加有机溶剂，因此该环境友好型荧光探针具有很大的应用价值。
【发明内容】
[0007] 本发明首次将稀土离子液体应用于水中三价铁离子的检测，可迅速高效识别水中 三价铁离子，灵敏度高、检测效果好，并且是环境友好型绿色溶剂。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] 一种稀土离子液体，其化学式为[C4mim][Dy(NO3)4],结构式如（I)所示：
[0010]
[0011] 上述的稀土离子液体的制备方法，包括如下步骤：
[0012] 1)中间体1- 丁基-3-甲基咪唑溴盐的合成
[0013] 用硅油油浴加热使N-甲基咪唑升温至50°C，再用恒压滴液漏斗将溴代丁烷逐滴 加入到盛有N-甲基咪唑的三口烧瓶中，滴加完成后，在50°C-60°C搅拌回流反应40-50h，冷 却，过滤，用乙腈和乙酸乙酯的混合液进行重结晶，得中间体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐；
[0014] 2)中间体1- 丁基-3-甲基咪唑硝酸盐的合成
[0015] 在20°C避光条件下将AgNO3溶解在甲醇中，然后加入1-丁基-3-甲基咪唑溴盐的 甲醇溶液，强力搅拌条件下避光反应l_2h，过滤，取滤液，用甲醇洗涤沉淀，收集滤液，合并 滤液，旋转蒸出滤液中的甲醇，真空干燥，得中间体1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐；
[0016] 3)稀土离子液体荧光探针的合成
[0017] 取中间体1- 丁基-3-甲基咪唑硝酸盐和Dy(NO3) 3WH2O,加入乙腈，70-90°C下，搅 拌反应2-3h，缓慢冷却至室温，旋转蒸出乙腈，真空干燥，得到目标产物。
[0018] 上述的稀土离子液体作为荧光探针在检测三价铁离子中的应用。特别是检测水中 三价铁离子。
[0019] 稀土离子液体作为荧光探针检测三价铁离子的方法，包括如下步骤：配置稀土 离子液体的水溶液作为标准检测液；准确移取标准检测液，固定荧光检测的激发波长为 325nm，向标准检测液中准确加入待测样品后，测定荧光强度变化。
[0020] 优选的，所述的标准检测液的浓度为：l-2mol/L稀土离子液体的水溶液。
[0021] 本发明，固定荧光检测的激发波长为325nm，通过观察荧光光谱在480nm处的荧光 峰是否大幅度下降来判断待测液中是否含有三价铁离子。当荧光光谱在480nm处的荧光峰 下降50%以上时，判断待测液中含有三价铁离子。
[0022] 同时可在荧光灯下观察标准检测液的荧光是否发生淬灭来判断待测液中是否含 有三价铁离子。如果标准检测液的荧光发生淬灭判断待测液中含有三价铁离子。
[0023] 本发明，利用三价铁离子与稀土离子液体荧光探针络合前后溶液的荧光变化来检 测三价铁离子。稀土离子液体荧光探针与三价铁离子未络合前，稀土离子液体荧光探针在 荧光灯下有强烈荧光且荧光颜色为黄色，加入三价铁离子后，稀土离子液体荧光探针与三 价铁离子络合，稀土离子液体荧光淬灭。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025] 1.在荧光灯下通过肉眼可以看出荧光探针对于三价铁元素的响应，瞬时即可完成 检测，离子液体水溶性极好，无需使用有机试剂溶解，测试样品无需处理，检测过程方便快 捷。
[0026] 2.在定性的同时，还可定量检测三价铁的浓度。
[0027] 3?水中其他金属离子，如：Zn2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Co2+、Ni3+、Cr3+、Ca2+、Fe2+、Cu21#* 离子液体探针识别三价铁离子无影响。
[0028] 4.本发明，离子液体合成周期短，产率高，可以大规模应用到工业生产当中。
[0029] 5.本发明，离子液体为环境友好型绿色溶剂，符合绿色化学思想。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明稀土离子液体作为荧光探针对不同金属阳离子响应的荧光光谱图。
[0031] 图2是本发明稀土离子液体作为荧光探针对不同金属阳离子在480nm处响应的荧 光柱状图。
[0032] 图3是本发明稀土离子液体作为荧光探针对不同浓度三价铁离子响应的荧光光 谱图。
[0033] 图4是本发明稀土离子液体作为荧光探针对不同浓度三价铁离子在480nm处响应 的荧光柱状光谱图。
[0034]图5是本发明稀土离子液体作为荧光探针定量检测三价铁浓度的标准工作曲线。
【具体实施方式】
[0035] 为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明做进一步说明，应理解以下实 施目的在于更好地阐述本发明的内容，而不是对本发明的保护范围产生任何限制。
[0036] 实施例1稀土离子液体的合成
[0037] 1)中间体1- 丁基-3-甲基咪唑溴盐的合成
[0038] 将N-甲基咪唑与溴代丁烷先分别进行减压蒸馏，待用。
[0039] 用硅油油浴加热使N-甲基咪唑升温至50°C，再用恒压滴液漏斗将溴代丁烷逐滴 加入到盛有N-甲基咪唑的三口烧瓶中，