离子液体对水生生物的毒性作用研究进展

摘要：离子液体作为一种新型的绿色溶剂，以其低挥发性、溶解性好、性质稳定等特点而得到较多的研究，并已应用到化学、生物、环境和化工等各个领域。然而，由于其水中溶解度高、难降解等特点，离子液体对水生生态系统的潜在毒性也引起了广泛关注。本文综述了离子液体对水生生物影响研究的相关报道，归纳离子液体对淡水与海水两大水体中微生物、藻类、动物的毒性影响，分析其毒性作用机制，探讨现有研究在方法创新、内容拓展以及机制分析等方面存在的局限与不足，并展望离子液体对水生生物影响研究的发展方向。

关键词：离子液体；水生生物；毒性作用；研究进展

中图分类号： 92文献标志码： A[HK]

文章编号：1002-1302（2017）04-0013-05

离子液体（ionic liquids）是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的在室温下呈液态的有机盐，并被认为是一种可广泛应用的新型溶剂，特别是在合成与催化领域中可作为重要媒介[1-4]。离子液体种类繁多，组合不同的阳离子和阴离子可以设计合成出不同的离子液体[5]。离子液体的阳离子主要有咪唑、吡啶、吡咯烷、哌啶、吗啉、密胆碱等，阴离子主要有卤化盐离子如Cl-、Br-等，以及非卤化盐离子如BF4-、PF6-、CF3SO3-、SbF6-等[6]。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出优点：（1）几乎没有蒸气压、不挥发、无色、无味；（2）有较大的稳定温度范围、较好的化学稳定性及不易燃性；（3）有较宽的电化学稳定电位窗口；（4）通过阴阳离子的设计可调节它们对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性；（5）对各种分析物的提取能力强[7-14]。这些优良特性使得离子液体在电化学、萃取分离与化学反应介质等众多领域具有广阔的应用前景。

离子液体的低挥发性，使其大气污染量几乎可以忽略不计。但是，离子液体的大规模应用而产生大量废水，它们很有可能通过工业废水进入到环境中[15]。由于离子液体化学性质稳定，所以难以采用普通的污水处理技术进行去除，最終进入自然水系中形成持久性有机污染物（POPs）[16]。迄今为止，为了明确离子液体对水环境和土壤环境的潜在影响，大量研究报道表明，离子液体存在潜在的毒性[17-23]。大部分离子液体难以被生物降解，而离子液体本身对生物体具有一定的影响，有的离子液体甚至具有致死毒性[24]。因此，更深入地认识离子液体及其毒性，对理论研究、化工生产和应用均有十分重要的意义。

本文拟综述离子液体对水生生物影响研究的相关报道，归纳离子液体对淡水与海水两大水体中微生物、藻类、动物的毒性影响，分析其毒性作用机制，探讨现有研究在方法创新、内容拓展以及机制分析等方面存在的局限与不足，并提出相应的改进方法，对未来的研究方向进行了展望。

1离子液体对淡水生物的影响

淡水生态系统主要包括非感潮的河流、湖泊和水库的生态系统[25]。在水面下，藻类和水草是生产者，它们通过光合作用制造有机物，成为鱼类、底栖动物和浮游动物的食物。淡水系统中的消费者是以藻类和水草为食的浮游动物、鱼类和底栖动物等[26]。

1.1离子液体对淡水微生物及藻类的毒性

细菌、真菌具有繁殖速度快、生长周期短和对周围环境敏感等特点，被广泛应用于离子液体毒性的测定[27]。Lee等研究在室温条件下[Emim][BF4]、[Emim][3SO4]、[Omim][3SO4]、[Bmim][PF6]等13种不同阴阳离子合成的离子液体对悬浮培养的大肠杆菌（Escherichia coli）的影响，发现离子液体在较高浓度下（>100 mg/L）对大肠杆菌的生长具有明显的抑制作用，其中[Emim]+离子液体较[Bmim]+、[Hmim]+、[Omim]+、[Pmim]+等4种离子液体的毒性更低[28]。

Romero等以磷光发光杆菌为对象，利用Microtox法测定不同咪唑型离子液体的急性毒性。结果表明，离子液体对发光杆菌的毒性呈时间-浓度响应趋势，且有机阳离子烷基侧链越长，其毒性越高，即毒性大小为[C1 mim]<[C2 mim]<[C3 mim]<[C4 mim]<[C5 mim]<[C6 mim]<[C7 mim]<[C8 mim]；而阳离子相同时，PF6-盐毒性最高[29]。Ghanem等的研究结论[30]与此相似。

绿藻是典型的水生毒理学受试生物，不仅易于培养且成本低廉，绿藻在国际上广泛应用于化学品、污染物和排水的毒理学研究，绿藻又作为生态系统中初级生产者，因此，研究离子液体对其毒性影响具有重要意义[31-33]。Samorì等选用具有代表性的月牙藻作为对象研究吡咯型离子液体的急性毒性，暴露72 h后发现由BF4-组成的离子液体毒性要低于其他3种NTF2-型离子液体；而相同阴离子、不同阳离子的离子液体间毒性差异不大，这说明离子液体对月牙藻的急性毒性强弱主要取决于其阴离子[34]。Ma等用其他绿藻类，如四尾栅藻、椭圆小球藻等对离子液体的阳离子结构与性质之间的关系作了很多研究，尤其是其烷基侧链的长度对其毒性的影响[35]。当离子液体烷基侧链碳原子数在一定范围内时，随着烷基侧链长度的增加，离子液体的毒性显著增加，此效应被称为“烷基链效应”[36]，产生这种现象的原因可能是离子液体的结构和作用机制类似于表面活性剂，可与生物体细胞的细胞蛋白作用，破坏细胞膜的结构，增加细胞膜的渗透性；当离子液体的烷基侧链长度增加时，其亲脂性增强，从而更容易破坏细胞膜，因此毒性增加[37]。

值得注意的是，Cho等对比了离子液体与传统溶剂对半角月牙藻的急性毒性，发现离子液体的EC50，96 h都低于传统溶剂（甲醇、二甲基甲酰胺、异丙醇等），说明离子液体较一些传统溶剂毒性更高[20]。这对用离子液体作为绿色溶剂来代替传统溶剂的良好前景提出质疑。

1.2离子液体对淡水无脊椎动物的毒性

推荐访问:研究进展 毒性 离子 液体 作用