本發(fā)明屬于物理化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用熱重儀器提純、分離并檢驗(yàn)離子液體的方法。

背景技術(shù)：

熱重分析儀是一種利用熱重法檢測物質(zhì)溫度-質(zhì)量變化關(guān)系的儀器。熱重法是在程序控溫下，測量物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度(或時(shí)間)的變化關(guān)系。當(dāng)被測物質(zhì)在加熱過程中有升華、汽化、分解出氣體或失去結(jié)晶水時(shí)，被測的物質(zhì)質(zhì)量就會(huì)發(fā)生變化。這時(shí)熱重曲線就不是直線而是有所下降。通過分析熱重曲線，就可以知道被測物質(zhì)在多少度時(shí)產(chǎn)生變化，并且根據(jù)失重量，可以計(jì)算失去了多少物質(zhì)，(如cuso4·5h2o中的結(jié)晶水)。從熱重曲線上我們就可以知道cuso4·5h2o中的5個(gè)結(jié)晶水是分三步脫去的。通過tga實(shí)驗(yàn)有助于研究晶體性質(zhì)的變化，如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等物質(zhì)的物理現(xiàn)象；也有助于研究物質(zhì)的脫水、解離、氧化、還原等物質(zhì)的化學(xué)現(xiàn)象。熱重分析通?？煞譃閮深悾簞?dòng)態(tài)(升溫)和靜態(tài)(恒溫)。熱重法試驗(yàn)得到的曲線稱為熱重曲線(tg曲線)，tg曲線以質(zhì)量作縱坐標(biāo)，從上向下表示質(zhì)量減少；以溫度(或時(shí)間)作橫坐標(biāo)，自左至右表示溫度(或時(shí)間)增加。熱重法測定，試樣量要少，一般2～5mg。一方面是因?yàn)閮x器天平靈敏度很高(可達(dá)0.1μg)，另一方面如果試樣量多，傳質(zhì)阻力越大，試樣內(nèi)部溫度梯度大，甚至試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)會(huì)使試樣溫度偏離線性程序升溫，使tg曲線發(fā)生變化，粒度也是越細(xì)越好，盡可能將試樣鋪平，如粒度大，會(huì)使分解反應(yīng)移向高溫。

試樣皿的材質(zhì)，要求耐高溫，對試樣、中間產(chǎn)物、最終產(chǎn)物和氣氛都是惰性的，即不能有反應(yīng)活性和催化活性。通常用的試樣皿有鉑金的、陶瓷、石英、玻璃、鋁等。特別要注意，不同的樣品要采用不同材質(zhì)的試樣皿，否則會(huì)損壞試樣皿，如：碳酸鈉會(huì)在高溫時(shí)與石英、陶瓷中的sio2反應(yīng)生成硅酸鈉，所以象碳酸鈉一類堿性樣品，測試時(shí)不要用鋁、石英、玻璃、陶瓷試樣皿。鉑金試樣皿，對有加氫或脫氫的有機(jī)物有活性，也不適合作含磷、硫和鹵素的聚合物樣品，因此要加以選擇。熱重法的重要特點(diǎn)是定量性強(qiáng)，能準(zhǔn)確地測量物質(zhì)的質(zhì)量變化及變化的速率，可以說，只要物質(zhì)受熱時(shí)發(fā)生重量的變化，就可以用熱重法來研究其變化過程。熱重法所測的性質(zhì)包括腐蝕，高溫分解，吸附/解吸附，溶劑的損耗，氧化/還原反應(yīng)，水合/脫水，分解，黑煙末等，目前廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控。具體包括：無機(jī)物、有機(jī)物及聚合物的熱分解；金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過程；固態(tài)反應(yīng)；礦物的煅燒和冶煉；液體的蒸餾和汽化；煤、石油和木材的熱解過程；含濕量、揮發(fā)物及灰分含量的測定；升華過程；脫水和吸濕；爆炸材料的研究；反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究；發(fā)現(xiàn)新化合物；吸附和解吸；催化活度的測定；表面積的測定；氧化穩(wěn)定性和還原穩(wěn)定性的研究；反應(yīng)機(jī)制的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的提供一種利用熱重儀器提純、分離并檢驗(yàn)離子液體的方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

利用熱重儀器提純、分離并檢驗(yàn)離子液體的方法，包括如下步驟：

1)以n-甲基咪唑離子液體作為反應(yīng)原料合成蘇氨酸離子液體，將該蘇氨酸離子液體放入到熱重測量儀器中；根據(jù)該蘇氨酸離子液體的分解溫度t1，設(shè)定熱重儀器的測定溫度t2，使待測樣升溫；利用恒溫?zé)嶂氐姆椒y定離子液體汽化焓；

2)在升溫過程中，將該蘇氨酸離子液體揮發(fā)成氣態(tài)的部分，由氬氣吹出到吸收容器

中；使氣態(tài)的蘇氨酸離子液體逐漸冷凝成液態(tài)，并溶解在吸收劑中；

3)通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，蒸出吸收劑，得到純凈的蘇氨酸離子液體；

4)利用核磁共振氫譜檢測離子液體。

所述的方法，步驟1)中n-甲基咪唑離子液體作為反應(yīng)原料合成蘇氨酸離子液體具體為：將n-甲基咪唑離子液體與溴代烷烴混合，生成1-烷基-3-甲基咪唑溴鹽；1-烷基-3-甲基咪唑溴鹽經(jīng)過717型陰離子交換樹脂后，得到1-烷基-3-甲基咪唑氫氧型中間體；1.3)該中間體與蘇氨酸發(fā)生中和反應(yīng)，生成蘇氨酸離子液體。

所述的方法，步驟1)所述的蘇氨酸離子液體為n-甲基咪唑蘇氨酸離子液體。

所述的方法，步驟1)中測定溫度t2低于分解溫度t1。

所述的方法，步驟1)中測定溫度t2的確定，具體為，首先利用全程熱重，使待測樣蘇氨酸離子液體隨著溫度的持續(xù)上升而不斷蒸發(fā)，直到確定分解溫度后停止，再低于分解溫度20k范圍內(nèi)，設(shè)定所需溫度下待測樣的熱重?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)待測樣的熱重?cái)?shù)據(jù)確定測定溫度t2。

所述的方法，步驟2)中升溫過程采用階梯式升溫方式，具體為：確定初始測定溫度t2初和最終測定溫度t2終，待測樣開始加熱到初始測定溫度t2初時(shí)，以10k/min的恒定升溫速率進(jìn)行；初始測定溫度t2初到最終測定溫度t2終的升溫過程采用階梯式升溫方式，相鄰階梯溫差為5-10k，且每一階梯溫度保持恒溫加熱10-40min。

所述的方法，所述的吸收劑為二甲基亞砜dmso。

所述的方法，所述吸收容器具有倒錐形的容器底，其出氣口位于容器的上部，其進(jìn)氣口通過容器塞設(shè)置在容器頂端，并通過導(dǎo)氣管延伸至容器內(nèi)底部。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明利用熱重儀器提純、分離并檢驗(yàn)離子液體，并通過核磁共振氫譜證明熱重的測量過程為離子液體的揮發(fā)過程。本發(fā)明首先可以將熱重測定過程中產(chǎn)生質(zhì)量差的物質(zhì)通過氬氣吹出并回收，其次可以證明產(chǎn)生質(zhì)量差的物質(zhì)確實(shí)為所測定的離子液體通過揮發(fā)而得，并非是分解而來的。第三，通過旋轉(zhuǎn)我們可以使該種離子液體提純分離，從而減少該種離子液體的損失。

利用本發(fā)明不僅可以節(jié)省能源，證明離子液體的熱重真實(shí)性，還可以使該種離子液體回收再利用，操作簡單，過程簡單，是一個(gè)響應(yīng)環(huán)保節(jié)能的好方法。

附圖說明

圖1是熱重分析儀器裝置圖。

圖2是熱重分析儀器縱覽圖，其中1-手休息位，2-爐體打開位，3-表面坩堝托盤位，4-坩堝托盤，5-玻璃蓋下的標(biāo)示紙，6-儀器機(jī)身，7-終端智能顯示屏，8-反應(yīng)氣體入口，9-吹掃氣體入口，10-保護(hù)氣體入口，11-底腳螺母，12-右前室，13-水平定位泡眼，14-左前室。

圖3是氣體吸收容器圖，15-進(jìn)氣口，16-出氣口。

圖4是實(shí)施例1中1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體熱重測量圖。

圖5是實(shí)施例1中1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體回收部分的核磁共振氫譜圖。

圖6是實(shí)施例1中1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體回收部分的核磁共振碳譜圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1利用熱重儀器提純、分離并檢驗(yàn)離子液體(1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體)的方法

(1)啟動(dòng)如圖1所示的熱重儀器

(1.1)打開天平保護(hù)氣(通常為高純氮?dú)?，氮?dú)獾募兌葹?9.9％)，流量調(diào)為20ml/min；

(1.2)打開恒溫水浴槽電源；

(1.3)30min后打開tga/dsc1主機(jī)電源，儀器會(huì)有一個(gè)自檢的過程，通常在一分鐘左右；

(1.4)打開計(jì)算機(jī)，雙擊桌面上的“stare”圖標(biāo)進(jìn)入tga/dsc軟件，然后建立軟件與熱重儀器的連接；(tga/dsc1和計(jì)算機(jī)的打開順序沒有嚴(yán)格要求。)

(1.5)測試中需要反應(yīng)氣(氬氣)，打開反應(yīng)氣的閥門并調(diào)節(jié)氣體流量為100ml/min；

(1.6)點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面左側(cè)的“routineeditor”編輯實(shí)驗(yàn)方法，選擇new(編輯一個(gè)新的方法)，即根據(jù)所測定的物質(zhì)(1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體)的物理性質(zhì)，設(shè)定測量的溫度和時(shí)間。

(2)1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體的熱重測量

(2.1)合成1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體：將3-甲基咪唑離子液體與溴代乙烷混合，生成1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽；1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽經(jīng)過717型陰離子交換樹脂后，得到1-乙基-3-甲基咪唑氫氧型中間體；該中間體與蘇氨酸發(fā)生中和反應(yīng)，生成1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體。

(2.2)取處理好的1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體樣品50mg放入鉑坩堝中，根據(jù)該氨基酸鹽離子液體的分解溫度t1＝498.15k，設(shè)定熱重儀器的測定溫度t2＝t2初、t21、t22、……、t2n、t2終，使待測樣升溫；首先以10k/min的恒定升溫速率加熱至t2初，進(jìn)行恒溫?zé)嶂?，在t2初＝393.15k恒溫30min，以保證樣品中的少量水等雜質(zhì)完全除去。在t21＝413.15k時(shí)恒溫40min，在t22＝423.15k時(shí)恒溫35min，在t23＝433.15k時(shí)恒溫30min，在t24＝443.15k時(shí)恒溫25min，在t25＝453.15k時(shí)恒溫20min，在t26＝458.15k時(shí)恒溫15min，在t27＝463.15k時(shí)恒溫10min，在t28＝473.15k時(shí)恒溫10min，在t2終＝483.15k時(shí)恒溫10min。同時(shí)，將反應(yīng)氣氬氣的流速控制在100ml/min^-1，把揮發(fā)成氣態(tài)的1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體不斷地吹入到如圖2所示的吸收容器中。進(jìn)入吸收容器的離子液體冷凝成液態(tài)，溶解在吸收劑(二甲基亞砜)中。如圖2所示，該吸收容器具有倒錐形的容器底，其出氣口16位于容器的上部，其進(jìn)氣口15通過容器塞設(shè)置在容器頂端，并通過導(dǎo)氣管延伸至容器內(nèi)底部。

(3)關(guān)閉熱重儀器

(3.1)關(guān)閉儀器前，要把爐體中的樣品取出。

(3.2)待爐體溫度低于200℃時(shí)關(guān)閉tga/dsc1電源，然后關(guān)閉計(jì)算機(jī)(tga/dsc1和計(jì)算機(jī)的關(guān)閉順序沒有嚴(yán)格要求)。

(3.3)關(guān)閉反應(yīng)氣和保護(hù)氣的閥門，最后關(guān)閉恒溫水浴的電源。

(4)分離出離子液體

將溶解在吸收劑中的離子液體溶液放入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，保持溫度不超過60度，觀察旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀不在有液體流出為止。此時(shí)蒸出的液體為純凈的離子液體。最后通過核磁共振氫譜檢測物體純度。如圖4和5所示。

由圖5可知，從此氫譜圖可以明顯看出，11個(gè)不同的氫峰對應(yīng)著1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸中的11個(gè)不同的氫位，從而證明回收的液體為純凈的1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸。

由圖6可知，從此碳譜圖可以明顯看出，10個(gè)不同的碳峰對應(yīng)著1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸中的10個(gè)不同的碳位，從而證明回收的液體為純凈的1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸。

圖4是1-乙基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體熱重測量圖，由圖3可知，熱重儀器在精準(zhǔn)的測量熱重?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)不斷的產(chǎn)生質(zhì)量差，而此質(zhì)量差經(jīng)上述證實(shí)為分解產(chǎn)生。

實(shí)施例2利用熱重儀器提純、分離并檢驗(yàn)離子液體(1-丁基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體)的方法

(1)打開如圖1所示的熱重儀器，同實(shí)施例1。

(2)1-丁基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體的熱重測量

(2.1)合成1-丁基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體：將3-甲基咪唑離子液體與溴代正丁烷混合，生成1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽；1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽經(jīng)過717型陰離子交換樹脂后，得到1-丁基-3-甲基咪唑氫氧型中間體；該中間體與蘇氨酸發(fā)生中和反應(yīng)，生成1-丁基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體。

(2.2)取處理好的1-丁基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體樣品50mg放入鉑坩堝中，根據(jù)該氨基酸鹽離子液體的分解溫度t1＝498.15k，設(shè)定熱重儀器的測定溫度t2＝t2初、t21、t22、……、t2n、t2終，使待測樣升溫；首先以10k/min的恒定升溫速率加熱至t2初，進(jìn)行恒溫?zé)嶂?，在t2初＝393.15k恒溫30min，以保證樣品中的少量水等雜質(zhì)完全除去。在t21＝413.15k時(shí)恒溫40min，在t22＝423.15k時(shí)恒溫35min，在t23＝433.15k時(shí)恒溫30min，在t24＝443.15k時(shí)恒溫25min，在t25＝453.15k時(shí)恒溫20min，在t26＝463.15k時(shí)恒溫20min，在t27＝473.15k時(shí)恒溫10min，在t2終＝483.15k時(shí)恒溫10min。同時(shí)，將反應(yīng)氣氬氣的流速控制在100ml/min^-1，把揮發(fā)成氣態(tài)的1-丁基-3-甲基咪唑蘇氨酸離子液體不斷地吹入到如圖2所示的吸收容器中。進(jìn)入吸收容器的離子液體冷凝成液態(tài)，溶解在吸收劑(二甲基亞砜)中。

(3)關(guān)閉熱重儀器，同實(shí)施例1。

(4)分離出離子液體

將溶解在吸收劑中的離子液體溶液放入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，保持溫度不超過60度，觀察旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀不在有液體流出為止。此時(shí)為蒸出的液體為純凈的離子液體。最后通過核磁共振氫譜檢測物體純度。

本發(fā)明利用核磁共振氫譜測量回收的離子液體，目的是為了檢測離子液體的純度，為了證明熱重過程中產(chǎn)生的氣體是揮發(fā)而不是分解得到的。本發(fā)明了克服了離子液體不能充分回收再利用的特點(diǎn)，證明了該氨基酸鹽離子液體是高溫?fù)]發(fā)產(chǎn)生的熱重，并得以回收檢驗(yàn)其純凈度，是一種響應(yīng)綠色環(huán)保的新發(fā)明。本發(fā)明為離子液體設(shè)計(jì)了特定的吸收容器。本發(fā)明首次使用恒溫?zé)嶂胤绞綔y定離子液體汽化焓。本發(fā)明提到從熱重儀器中離子液體的提純，分離并檢驗(yàn)是一個(gè)全新的創(chuàng)新思路，現(xiàn)有技術(shù)中未曾見過。