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1、1固定化离子液体吸附黄酮类化合物性能研究作者：张娟娟 曹树稳 余燕影【摘要 】 研究了吸附时间、固液比、样品浓度、上样流速对 N甲基咪唑键合硅胶固定化离子液体（SilprMim）吸附黄酮类化合物性能的影响。结果表明，受试化合物在 30 min 内均达到吸附平衡；吸附效率随固液比增大而增加，随样品浓度增大而降低；吸附等温线与拟合的 Langmuir 模型吻合良好。SilprMim 对染料木素、木犀草素及槲皮素的饱和吸附量分别为 47.7， 52.5 和 63.2 mg/g，上样流速在 0.51.5 mL/min 范围内吸附效率达 90%以上；甲醇洗脱染料木素、木犀草素及槲皮素的解吸率分别为 86
2、.1%， 83.3%和84.6%；解吸顺序为：染料木素、木犀草素、槲皮素。 SilprMim对 3 种受试黄酮类化合物具有较强吸附和分离能力，有望应用于黄酮类天然产物的分离纯化。 【关键词】 固定化离子液体， 吸附， 黄酮1 引言固定化离子液体(Supported ionic liquids，SILs) ，是将离子液体固定在某种固体载体上，从而得到负载离子液体或表面具有J2离子液体结构的固体物质，因其结构的可设计性、良好的选择性和分离性能而备受关注。近年来，SIL s 作为一种新型色谱填料而广泛应用于色谱分离分析领域13。与未固定化的液态离子液体相比，SIL s 一方面可较好地解决离子液体在提
3、取物中的残留及毒性问题，为其在生命科学、食品及医药领域的应用排除了安全性障碍；另一方面其在与提取物的分离，溶剂交叉污染以及回收重复利用方面也具有明显的优势4,5。黄酮类化合物是植物中分布广泛且具有重要药理活性的多酚类天然有机化合物。从自然界中发现结构新颖且具有一定活性的黄酮类化合物，并研究其在生命科学、医药和食品领域应用的可能性是天然有机化学和相关领域研究的热点和前沿之一69 。新型高效的富集分离纯化手段对这一领域的进步至关重要，而目前，固定化离子液体在黄酮类化合物的富集分离纯化领域的研究报道极少。本研究合成了 N甲基咪唑键合硅胶固定化离子液体（ SilprMim） ，通过静态和动态吸附实验研
4、究其对 3 种自然界常见的代表性黄酮类化合物木犀草素、槲皮素和染料木素（结构见图 1）的吸附性能，考察其稳定性。此工作对促进固定化离子液体在黄酮类化合物的富集分离纯化领域的应用具有重要意义。图 1 固定化离子液体及黄酮类化合物的化学结构（略）J3Fig.1 Chemical structures of supported ionic liquid and flavonoids2 实验部分2.1 仪器与试剂UV2450 紫外分光光度计（日本岛津公司） ；SHAC 型恒温振荡器（常州国华电器有限公司） ；DF101S 集热式恒温加热磁力搅拌器；DZF150 数显小型恒温真空干燥箱；P230 液相色
5、谱仪（大连依利特公司） ；FTIR Nicolet5700 （美国热电尼高力公司） ；TG/DTA PYRIS DIAMOND 同步热分析仪（美国 PE 公司） ；Vario EL 元素分析仪（德国 Elementar 公司） 。槲皮素、木犀草素、染料木素（98%，陕西慧科植物开发有限公司） ；1 甲基咪唑(99%，浙江临海凯乐化工厂 )； 氯丙基三甲氧基硅烷(分析纯，荆州市江汉精细化工有限公司)； 球形硅胶（ mm 粒径，青岛海浪硅胶干燥剂厂） ；无水甲苯(分析纯，金属钠除水) ；三乙胺(分析纯，经二次蒸馏处理)；其它试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。N甲基咪唑键合硅胶固定化离子液体（S
6、ilprMim ）按文献J41方法合成，并进行红外、元素分析、热重分析表征，所得谱图数据与文献1相符。2.2 静态吸附实验取一定体积(V)的染料木素、木犀草素和槲皮素（浓度 c0 均为 200 mg/L）乙酸乙酯溶液，分别置于装有相同量 SilprMim 的50 mL 具塞锥形瓶中，于 25 恒温振荡器中振荡吸附，平衡后静置，待两相完全分层后，取上清液，用紫外分光光度法测定 3 种化合物的浓度(cw)，SilprMim 相中 3 种化合物的浓度由物料平衡(c0cw)求得10。固定化离子液体吸附 3 种化合物的吸附效率(E)按下式计算求得：（c0cw）Vc0Vc0cwc02.3 动态吸附实验取
7、10 g SilprMim 填充在玻璃柱内（200 mm20 mm） ，将一定浓度的实验溶液以一定的流速通过该吸附柱，然后用适当的洗脱剂以一定的流速洗脱被吸附的化合物，采用紫外分光光度法测定洗脱液中化合物的浓度10。2.4 模拟样品的测定J53 种黄酮类化合物按不同比例混合配制 3 个总浓度相同的模拟样品，按动态最优条件实验，洗脱液中各黄酮含量采用 HPLC 测定，并计算其解吸率。色谱条件: SinoChrom ODSBP 色谱柱(200 mm4.6 mm，5 m)，流动相为 V(乙腈)V(0.1% H3PO4)=3565 混合溶液，检测波长 258 nm, 流速为 0.8 mL/min，柱温
8、室温，进样量为20 L。3 结果与讨论3.1 静态吸附条件对吸附效果的影响按 2.2 方法，分别考察了吸附时间、固液比、样品浓度对吸附效率的影响，以及 SilprMim 对 3 种黄酮类化合物的饱和吸附量，结果如图 2。由图 2a 可知，随着时间的延长，SilprMim 对 3 种化合物的吸附效率呈上升趋势，并且染料木素、木犀草素和槲皮素均在 30 min 内达到最大吸附效率。可以推断 30 min 时,3 种化合物在两相间的分配基本达到平衡，因此，静态吸附时间选为 30 min。由图J62b 和图 2c 可知，固定化离子液体对 3 种化合物的吸附效率随着固液比的增大而增加，随着样品浓度的增大
9、而降低。为了进一步考察 SilprMim 对 3 种黄酮类化合物吸附热力学性质，采用 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温线函数对实验数据进行拟合11 。由表 1 可知，3 种化合物 Langmuir 吸附等温线相关性较好，表明 SilprMim 对这 3 种化合物的吸附主要是单分子层吸附；由 Freundlich 模型拟合方程（式中 KF 反映吸附量的大小；n描述等温线的变化趋势，n1 为优惠吸附；n 或 KF 越大，吸附量越大。 ）可知， SilprMim 对 3 种化合物吸附量依次为：槲皮素木犀草素染料木素。表 1 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温线模
10、型（略）Table 1 Isotherm model of Langmuir and Freundlich图 2 吸附效率随时间(a)、随固液比（b ）和样品浓度（c）的变化曲线（略）Fig.2 Variation curve of adsorption efficiency vs time(a), solidliquid ratio(b) and analytes concentration(c)J7实验表明, SilprMim 对槲皮素、木犀草素、染料木素的饱和吸附量（n=3）分别为 63.2 mg/g(RSD=3.34%)， 52.5 mg/g(RSD = 2.58%)， 47.7 mg
11、/g(RSD=1.92%)。由文献12可知，SilprMim 具有强阴离子交换作用、弱疏水作用、静电排斥作用、氢键及色散力等作用。本实验中 SilprMim与黄酮类化合物之间的作用力主要是：黄酮类分子芳香环与SilprMim 咪唑环的色散作用力；黄酮类分子中酚羟基上的氢原子与咪唑环氮原子之间的氢键作用力。由图 1 可知，槲皮素、木犀草素、染料木素的母体结构基本相同，不同之处是 B 环连接位置和羟基数目的差异。染料木素属于异黄酮，B 环连接在 C 环 3 位上，槲皮素和木犀草素属黄酮类，B 环连接在 C 环 2 位上。由于 3 位比 2 位上的空间位阻大，因此，染料木素与 SilprMim 之间
12、的色散力弱于槲皮素和木犀草素；另外，染料木素所含酚羟基数目也比槲皮素和木犀草素少，因而其氢键作用力相对较弱，所以 SilprMim 对染料木素的饱和吸附量最小。槲皮素和木犀草素母体结构完全相同，因而与 SilprMim 之间的色散力没有差异，但是槲皮素比木犀草素多了一个 3 位上的醇羟基，因而其与 SilprMim 咪唑环氮原子之间的氢键作用较木犀草素强，所以 SilprMim 对槲皮素的饱和吸附量略大于木犀草素。3.2 上样流速对吸附效率的影响J8按 2.3 方法，借助蠕动泵分别考察了不同流速（0.5 3.5 mL/min）对吸附效率的影响。结果表明，流速在 0.51.5 mL/min 时，
13、吸附效率均可达到 90%以上。随着上样流速进一步增大，吸附效率逐渐下降。当流速达到 3.5 mL/min 时吸附效率只有62.2%。因此，选择 1.5 mL/min 作为后续动态实验的上样流速。3.3 动态吸附和解吸曲线按 2.方法，分别考察了 3 种黄酮类化合物的动态吸附和解吸曲线。上样和解吸速度均为 1.5 mL/min，分步收集流出液，每管7 mL，每 3 管为 1 个柱体积。当流出液的浓度达到原浓度的 1/10 时即为其泄漏点，当流出液浓度不变时即达到饱和吸附，结果如图3 所示。根据 3 种黄酮化合物的溶解性、极性以及溶剂的洗脱特性，本实验以甲醇为染料木素、木犀草素及槲皮素的洗脱剂，得
14、到的洗脱曲线如图 4 所示。图 SilprMim 动态吸附曲线（略）Fig. Dynamic adsorption curve of SilprMim（ ） Quercetin； （ ） Luteolin； （） Genistein.J9图 3 种化合物的洗脱曲线（略）Fig. Elution curve for three compounds（ ） Quercetin； （ ） Luteolin； （） Genistein.由图可知，染料木素、木犀草素、槲皮素分别在第 26， 32， 39 个柱体积时达到其泄漏点，而在 32， 39 及 44 个柱体积之后流出液的吸光值趋于平衡，说明其达到饱
15、和吸附。由图 4 可知，使用 6 倍柱体积的洗脱剂使吸附饱和的染料木素、木犀草素及槲皮素解吸率分别为 86.1%， 83.3%和 84.6%。3.4 模拟样品的测定 配制 3 个含有不同浓度 3 种黄酮化合物溶液各 250 mL（总浓度均为 600 mg/L）分别经过装有 10 g SilprMim 的吸附柱，解吸率及解吸顺序见表 2 及图。由表 2 可知， SilprMim 对种目标化合物的解吸能力为：染料木素槲皮素木犀草素，与单个黄酮化合物解吸能力的结果相一致，且解吸率随样品浓度增大而增加。3 个不同浓度的样品溶液洗脱顺序均为染料木素、木犀草素、槲皮素，结果见图所示。表明 SilprMim 对结构类似的 3 种黄酮类化合物具有一定的分离能力，且此洗脱顺序与 ODS 反相柱的洗脱顺序J10（木犀草素、槲皮素、染料木素）存在一定的差异。这可能与它们之间的作用方式不完全相同有关，ODS 柱主要以疏水性作用为主，而 SilprMim 则以氢键作用为主。表 2 不同配比样品的解吸率（略）Table 2 Desorption efficiency for different ratio of sample composition*上样浓度未达到饱和吸附量(sampling concentrati
