固定化離子液體吸附黃酮類化合物性能研究

1、固定化離子液體吸附黃酮類化合物性能研究 11-04-22 15:33:00 編輯：studa20 作者：張娟娟 曹樹(shù)穩(wěn) 余燕影【摘要】 研究了吸附時(shí)間、固液比、樣品濃度、上樣流速對(duì)N甲基咪唑鍵合硅膠固定化離子液體（SilprMim）吸附黃酮類化合物性能的影響。結(jié)果表明，受試化合物在30 min內(nèi)均達(dá)到吸附平衡；吸附效率隨固液比增大而增加，隨樣品濃度增大而降低；吸附等溫線與擬合的Langmuir模型吻合良好。SilprMim對(duì)染料木素、木犀草素及槲皮素的飽和吸附量分別為47.7， 52.5和63.2 mg/g，上樣流速在0.51.5 mL/min范圍內(nèi)吸附效率達(dá)90%以上；甲醇洗脫染料木素、木犀

2、草素及槲皮素的解吸率分別為86.1%， 83.3%和84.6%；解吸順序?yàn)椋喝玖夏舅?、木犀草素、槲皮素。SilprMim對(duì)3種受試黃酮類化合物具有較強(qiáng)吸附和分離能力，有望應(yīng)用于黃酮類天然產(chǎn)物的分離純化。 【關(guān)鍵詞】 固定化離子液體， 吸附， 黃酮1 引言 固定化離子液體(Supported ionic liquids，SILs)，是將離子液體固定在某種固體載體上，從而得到負(fù)載離子液體或表面具有離子液體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)，因其結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性、良好的選擇性和分離性能而備受關(guān)注。近年來(lái)，SIL s作為一種新型色譜填料而廣泛應(yīng)用于色譜分離分析領(lǐng)域13。與未固定化的液態(tài)離子液體相比，SIL s一方面可較好地

3、解決離子液體在提取物中的殘留及毒性問(wèn)題，為其在生命科學(xué)、食品及醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用排除了安全性障礙；另一方面其在與提取物的分離，溶劑交叉污染以及回收重復(fù)利用方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)4,5。 黃酮類化合物是植物中分布廣泛且具有重要藥理活性的多酚類天然有機(jī)化合物。從自然界中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)新穎且具有一定活性的黃酮類化合物，并研究其在生命科學(xué)、醫(yī)藥和食品領(lǐng)域應(yīng)用的可能性是天然有機(jī)化學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿之一69。新型高效的富集分離純化手段對(duì)這一領(lǐng)域的進(jìn)步至關(guān)重要，而目前，固定化離子液體在黃酮類化合物的富集分離純化領(lǐng)域的研究報(bào)道極少。本研究合成了N甲基咪唑鍵合硅膠固定化離子液體（SilprMim），通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)

4、吸附實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)3種自然界常見(jiàn)的代表性黃酮類化合物木犀草素、槲皮素和染料木素（結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1）的吸附性能，考察其穩(wěn)定性。此工作對(duì)促進(jìn)固定化離子液體在黃酮類化合物的富集分離純化領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。 圖1 固定化離子液體及黃酮類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)（略）Fig.1 Chemical structures of supported ionic liquid and flavonoids2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 儀器與試劑 UV2450紫外分光光度計(jì)（日本島津公司）；SHAC型恒溫振蕩器（常州國(guó)華電器有限公司）；DF101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；DZF150數(shù)顯小型恒溫真空干燥箱；P230液相色譜儀（大連依

5、利特公司）；FTIR Nicolet5700 （美國(guó)熱電尼高力公司）；TG/DTA PYRIS DIAMOND同步熱分析儀（美國(guó)PE公司）；Vario EL 元素分析儀（德國(guó)Elementar公司）。 槲皮素、木犀草素、染料木素（98%，陜西慧科植物開(kāi)發(fā)有限公司）；1甲基咪唑(99%，浙江臨海凱樂(lè)化工廠)； 氯丙基三甲氧基硅烷(分析純，荊州市江漢精細(xì)化工有限公司)； 球形硅膠（ mm粒徑，青島海浪硅膠干燥劑廠）；無(wú)水甲苯(分析純，金屬鈉除水)；三乙胺(分析純，經(jīng)二次蒸餾處理)；其它試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。 N甲基咪唑鍵合硅膠固定化離子液體（SilprMim）按文獻(xiàn)1方法合成，并進(jìn)

6、行紅外、元素分析、熱重分析表征，所得譜圖數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)1相符。2.2 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn) 取一定體積(V)的染料木素、木犀草素和槲皮素（濃度c0均為200 mg/L）乙酸乙酯溶液，分別置于裝有相同量SilprMim的50 mL具塞錐形瓶中，于25 恒溫振蕩器中振蕩吸附，平衡后靜置，待兩相完全分層后，取上清液，用紫外分光光度法測(cè)定3種化合物的濃度(cw)，SilprMim相中3種化合物的濃度由物料平衡(c0cw)求得10。固定化離子液體吸附3種化合物的吸附效率(E)按下式計(jì)算求得：（c0cw）Vc0Vc0cwc02.3 動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn) 取10 g SilprMim填充在玻璃柱內(nèi)（200 mm20 mm），將

7、一定濃度的實(shí)驗(yàn)溶液以一定的流速通過(guò)該吸附柱，然后用適當(dāng)?shù)南疵搫┮砸欢ǖ牧魉傧疵摫晃降幕衔铮捎米贤夥止夤舛确y(cè)定洗脫液中化合物的濃度10。2.4 模擬樣品的測(cè)定 3種黃酮類化合物按不同比例混合配制3個(gè)總濃度相同的模擬樣品，按動(dòng)態(tài)最優(yōu)條件實(shí)驗(yàn)，洗脫液中各黃酮含量采用HPLC測(cè)定，并計(jì)算其解吸率。 色譜條件: SinoChrom ODSBP 色譜柱(200 mm4.6 mm，5 m)，流動(dòng)相為V(乙腈)V(0.1% H3PO4)=3565混合溶液，檢測(cè)波長(zhǎng)258 nm, 流速為0.8 mL/min，柱溫室溫，進(jìn)樣量為20 L。3 結(jié)果與討論3.1 靜態(tài)吸附條件對(duì)吸附效果的影響 按2.2方法，分

8、別考察了吸附時(shí)間、固液比、樣品濃度對(duì)吸附效率的影響，以及SilprMim對(duì)3種黃酮類化合物的飽和吸附量，結(jié)果如圖2。 由圖2a可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，SilprMim對(duì)3種化合物的吸附效率呈上升趨勢(shì)，并且染料木素、木犀草素和槲皮素均在30 min內(nèi)達(dá)到最大吸附效率?？梢酝茢?0 min時(shí),3種化合物在兩相間的分配基本達(dá)到平衡，因此，靜態(tài)吸附時(shí)間選為30 min。由圖2b和圖2c可知，固定化離子液體對(duì)3種化合物的吸附效率隨著固液比的增大而增加，隨著樣品濃度的增大而降低。 為了進(jìn)一步考察SilprMim對(duì)3種黃酮類化合物吸附熱力學(xué)性質(zhì)，采用Langmuir和Freundlich吸附等溫線函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)

9、據(jù)進(jìn)行擬合11。由表1可知，3種化合物L(fēng)angmuir吸附等溫線相關(guān)性較好，表明SilprMim對(duì)這3種化合物的吸附主要是單分子層吸附；由Freundlich模型擬合方程（式中KF反映吸附量的大??；n描述等溫線的變化趨勢(shì)，n1為優(yōu)惠吸附；n或KF越大，吸附量越大。）可知， SilprMim對(duì)3種化合物吸附量依次為：槲皮素木犀草素染料木素。表1 Langmuir和Freundlich吸附等溫線模型（略）Table 1 Isotherm model of Langmuir and Freundlich圖2 吸附效率隨時(shí)間(a)、隨固液比（b）和樣品濃度（c）的變化曲線（略）Fig.2 Variat

10、ion curve of adsorption efficiency vs time(a), solidliquid ratio(b) and analytes concentration(c)實(shí)驗(yàn)表明, SilprMim對(duì)槲皮素、木犀草素、染料木素的飽和吸附量（n=3）分別為63.2 mg/g(RSD=3.34%)， 52.5 mg/g(RSD = 2.58%)， 47.7 mg/g(RSD=1.92%)。 由文獻(xiàn)12可知，SilprMim具有強(qiáng)陰離子交換作用、弱疏水作用、靜電排斥作用、氫鍵及色散力等作用。本實(shí)驗(yàn)中SilprMim與黃酮類化合物之間的作用力主要是：黃酮類分子芳香環(huán)與Silpr

11、Mim咪唑環(huán)的色散作用力；黃酮類分子中酚羥基上的氫原子與咪唑環(huán)氮原子之間的氫鍵作用力。由圖1可知，槲皮素、木犀草素、染料木素的母體結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處是B環(huán)連接位置和羥基數(shù)目的差異。染料木素屬于異黃酮，B環(huán)連接在C環(huán)3位上，槲皮素和木犀草素屬黃酮類，B環(huán)連接在C環(huán)2位上。由于3位比2位上的空間位阻大，因此，染料木素與SilprMim之間的色散力弱于槲皮素和木犀草素；另外，染料木素所含酚羥基數(shù)目也比槲皮素和木犀草素少，因而其氫鍵作用力相對(duì)較弱，所以SilprMim對(duì)染料木素的飽和吸附量最小。槲皮素和木犀草素母體結(jié)構(gòu)完全相同，因而與SilprMim之間的色散力沒(méi)有差異，但是槲皮素比木犀草素多了一個(gè)3位上的醇羥基，因而其與SilprMim咪唑環(huán)氮原子之間的氫鍵作用較木犀草素強(qiáng)，所以SilprMim對(duì)槲皮素的飽和吸附量略大于木犀草素。