通过在不同温度下进行体积法和光学研究，了解苯甲酸钠和山梨酸钾在水溶液中（1-丁基-3-甲基咪唑溴化物溶液中）的相互作用

《Journal of the Indian Chemical Society》：Understanding the interactions of sodium benzoate and potassium sorbate in aqueous 1-butyl-3-methylimidazolium bromide solutionsthrough volumetric and optical studies at distinct temperatures

　　

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  在水性1-丁基-3-甲基咪唑溴化物溶液中，对苯甲酸钠/山梨酸钾的体积研究。
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  正转移性质表明了溶质-溶剂之间的有利相互作用。
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  随着离子液体浓度和温度的提高，溶质-溶剂相互作用增强。
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  在[Bmim][Br]介质中，苯甲酸钠表现出破坏结构的行为，而山梨酸钾则表现出构建结构的行为。

引言

离子液体（ILs）由于其可调的物理化学性质和优异的热稳定性，已成为有前景的绿色溶剂。其中，1-丁基-3-甲基咪唑溴化物（[Bmim][Br]）因其离子性质和在水介质中参与多种分子相互作用的能力而受到广泛关注。溶质在水性离子液体介质中的行为受到溶质-溶剂相互作用的强烈影响，这些相互作用可以通过体积研究来有效探索1, 2, 3。先前的研究表明，离子液体通过改变水合环境和水的结构显著影响溶质的热力学行为，这些相互作用可以用共球重叠模型来解释4, 5。类似地，对不同温度下有机盐在水性和混合溶剂系统中的密度衍生体积研究提供了有关溶质-溶剂和溶质-溶质相互作用的宝贵信息6。

有机盐因其制药和工业重要性而受到相当大的关注。它们被广泛用作食品防腐剂和添加剂，并且还会影响相互作用物种的物理化学性质7。苯甲酸钠和山梨酸钾是高水溶性的有机盐，被广泛用作食品、药品和化妆品配方中的安全和有效防腐剂。由于它们不同的分子结构和离子特性，它们与水性离子液体介质的相互作用可能会有很大差异，这使它们成为热力学研究的重要系统8, 9, 10, 11, 12, 13, 14。Singh等人15最近使用物理化学、光谱和计算方法研究了苯甲酸钠和柠檬酸三钾在1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯溶液中的溶质-溶剂相互作用。他们的研究提供了关于这些溶质在含离子液体水介质中行为的宝贵信息。然而，溶质-溶剂相互作用的性质和强度可能会随着离子液体结构及其组成离子的性质而变化。因此，苯甲酸钠在水性[Bmim][Br]中的行为，特别是作为离子液体浓度的函数，仍有待确定。此外，还需要在相同的[Bmim][Br]介质下，在相同的实验条件下对比研究苯甲酸钠和山梨酸钾。因此，本研究探讨了这两种常用防腐剂在水性[Bmim][Br]中的体积和折射率行为，浓度范围为0.05、0.10和0.15 mol kg^-1，温度范围为293.15–313.15 K。在基于咪唑的离子液体中，1-丁基-3-甲基咪唑溴化物（[Bmim][Br]）提供了一个有趣的水性离子环境，在这种环境中，离子-水和离子-溶质相互作用可以影响溶解物种的行为。离子液体溶液的行为受到离子结构和分子相互作用的强烈影响，体积研究提供了有关溶质-溶剂相互作用的宝贵信息16, 17, 18。

除了密度测量之外，折射率是一个有用的光学性质，它对溶液组成和分子相互作用的变化敏感。因此，折射率测量可以提供有关水离子液体-有机盐混合物变化的补充信息19, 20。

基于上述考虑，本研究探讨了苯甲酸钠和山梨酸钾在纯水和水性1-丁基-3-甲基咪唑溴化物中的体积性质和折射率，温度范围为293.15–313.15 K。使用密度测量来计算表观摩尔体积、极限表观摩尔体积、传输体积、极限表观摩尔膨胀率和Hepler常数，而折射率测量用于研究所研究溶液的光学性质变化。这项比较研究旨在阐明溶质结构、温度和水性离子液体环境对溶质-溶质和溶质-溶剂相互作用的影响。因此，本研究提供了关于这些有机盐在水基咪唑离子液体介质中的体积和光学行为的见解。

章节片段

材料与方法

本研究使用的化学品，即苯甲酸钠、山梨酸钾和1-丁基-3-甲基咪唑溴化物（[Bmim][Br]），均为分析级，未经进一步纯化直接使用，详细信息见表1。

本研究使用的所有化合物的 moisture 含量均使用Karl Fischer滴定仪（Metrohm 870 KF Titrino plus）测定，相应的 moisture 含量值记录在表1中。使用前，样品均进行了真空干燥

表观摩尔体积

苯甲酸钠和山梨酸钾的浓度在纯水中以及1-丁基-3-甲基咪唑溴化物（[Bmim][Br]）的水溶液中范围为0.00至约0.15 mol kg^-1-1

结论

系统研究了苯甲酸钠和山梨酸钾在纯水以及1-丁基-3-甲基咪唑溴化物（[Bmim][Br]）溶液中的热力学行为，温度范围为293.15–313.15K。评估的体积参数随温度和离子液体浓度的增加而逐渐增加，表明所研究系统中的分子相互作用增强。极限表观摩尔体积（V⁰_?）的正值表明

CRediT作者贡献声明

Himani Singh：撰写——审稿与编辑，可视化，数据管理。Ashwani Kumar：撰写——审稿与编辑，可视化，监督，方法论，概念化。Sunakshi Sharma：撰写——初稿，可视化，软件，研究，数据管理。Asha Noor：撰写——初稿，可视化，软件，研究，数据管理。Manisha Devi：撰写——初稿，软件，数据管理

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

DST（印度），在PURSE计划下提供了仪器设备（密度和声音分析仪）。作者HS感谢DST Anusandhan National Research Foundation（ANRF）（印度），在项目编号CRG/2022/004412下颁发的奖学金。

Sunakshi Sharma|Asha Noor|Manisha Devi|Himani Singh|Ashwani Kumar