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 應化 0904 趙現(xiàn)峰 090105108【摘要】 研究了吸附時間、固液比、樣品濃度、上樣流速對 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。結果表明, 受試化合物在 30 min內均達到吸附平衡;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 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范圍內吸附效率達 90%以上;甲醇洗脫染料木素、木 犀草素及槲皮素

2、的解吸率分別為 86.1%, 83.3%和 84.6%;解吸順序為:染料木 素、木犀草素、槲皮素。 SilprMim 對 3種受試黃酮類化合物具有較強吸附和分 離能力,有望應用于黃酮類天然產(chǎn)物的分離純化?！娟P鍵詞】 固定化離子液體、 吸附、 黃酮一、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, 從而得到負載離子液體或表面具有離子液體結構的固體物質, 因其結 構的可設計性、良好的選擇性和分離性能而備受關注。近年來, SILs 作為一種 新型色譜填料而廣泛應用于色譜分離分析領域。與未固定化的液態(tài)離子液體相 比, SILs

3、 一方面可較好地解決離子液體在提取物中的殘留及毒性問題,為其在 生命科學、 食品及醫(yī)藥領域的應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利用方面也具有明顯的優(yōu)勢。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化 合物。 從自然界中發(fā)現(xiàn)結構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、 醫(yī)藥和食品領域應用的可能性是天然有機化學和相關領域研究的熱點和 前沿之一。新型高效的富集分離純化手段對這一領域的進步至關重要,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域的研究報道極少。 本研究合成了 N 甲基咪唑鍵合硅膠固定化離子液體(S

4、ilprMim ,通過靜態(tài)和動態(tài)吸附實驗研究其對 3種自然界常見的代表性黃酮類化合物木犀草素、 槲皮素和染料 木素的吸附性能, 考察其穩(wěn)定性。 此工作對促進固定化離子液體在黃酮類化合物 的富集分離純化領域的應用具有重要意義。二、 實驗部分1.儀器與試劑UV 2450紫外分光光度計 (日本島津公司 ; SHA C 型恒溫振蕩器 (常 州國華電器有限公司; DF 101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器; DZF 150數(shù)顯小型恒溫真空干燥箱; P230液相色譜儀 (大連依利特公司 ; FTIR Nicolet5700 (美國熱電尼高力公司; TG/DTA PYRIS DIAMOND同步熱分析儀(美國

5、PE 公司; Vario EL 元素分析儀(德國 Elementar 公司。槲皮素、木犀草素、染料木素(98%,陜西慧科植物開發(fā)有限公司; 1 甲基咪唑 (99%,浙江臨海凱樂化工廠 ; 氯丙基三甲氧基硅烷 (分析純,荊州市江漢精細化工有限公司 ; 球形硅膠(0.0750.05mm 粒徑, 青島海浪硅膠干燥劑廠;無水甲苯 (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,實驗用水為二次蒸餾水。N 甲基咪唑鍵合硅膠固定化離子液體 (SilprMim 按文獻 1方法合成, 并 進行紅外、元素分析、熱重分析表征,所得譜圖數(shù)據(jù)與文獻 1相符。2.靜態(tài)吸附實驗取一定體積

6、(V的染料木素、 木犀草素和槲皮素(濃度 C 0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 (c0-cw 求得。 固定化離子液體吸附 3種化合物的吸附效率 (E按下式計算求 得:E=(c0-cw Vc0V×100%=c0-cwc0×100%3.動態(tài)吸附實驗取 10 g SilprMim填充在玻璃柱內 (200 mm×20 mm ,

7、 將一定濃度的實驗溶 液以一定的流速通過該吸附柱, 然后用適當?shù)南疵搫┮砸欢ǖ牧魉傧疵摫晃降?化合物,采用紫外分光光度法測定洗脫液中化合物的濃度。4.模擬樣品的測定3種黃酮類化合物按不同比例混合配制 3個總濃度相同的模擬樣品, 按動態(tài) 最優(yōu)條件實驗,洗脫液中各黃酮含量采用 HPLC 測定,并計算其解吸率。色譜條件 : SinoChrom ODS BP 色譜柱 (200 mm×4.6 mm, 5 m,流動相為 V(乙腈 V(0.1% H3PO4=35 65混合溶液,檢測波長 258 nm, 流速為 0.8 mL/min,柱溫室溫,進樣量為 20 L。三、結果與討論1.靜態(tài)吸附條件對吸

8、附效果的影響按靜態(tài)吸附實驗中方法, 分別考察了吸附時間、 固液比、 樣品濃度對吸附效 率的影響,以及 SilprMim 對 3種黃酮類化合物的飽和吸附量,由此可知,隨著 時間的延長, SilprMim 對 3種化合物的吸附效率呈上升趨勢,并且染料木素、 木犀草素和槲皮素均在 30 min內達到最大吸附效率?？梢酝茢?30 min時 ,3種化 合物在兩相間的分配基本達到平衡, 因此, 靜態(tài)吸附時間選為 30 min。 固定化離 子液體對 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。為了進一步考察 SilprMim 對 3種黃酮類化合物吸附熱力學性質,采用 Langm

9、uir 和 Freundlich 吸附等溫線函數(shù)對實驗數(shù)據(jù)進行擬合。由于 3種化合物 Langmuir 吸附等溫線相關性較好,表明 SilprMim 對這 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 反映吸附量的大小; n 描 述等溫線的變化趨勢, n 1為優(yōu)惠吸附; n 或 KF 越大,吸附量越大。可知, SilprMim 對 3種化合物吸附量依次為:槲皮素木犀草素染料木素。實驗表明 , SilprMim對槲皮素、木犀草素、染料木素的飽和吸附量(n=3 分別為 63.2mg/g(RSD=3.34%, 52.5mg/g(RSD = 2.58%, 4

10、7.7mg/g(RSD=1.92%。由文獻可知, SilprMim 具有強陰離子交換作用、弱疏水作用、靜電排斥作 用、氫鍵及色散力等作用。本實驗中 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 SilprMim 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。 槲皮素、 木犀草素、 染料木素 的母體結構基本相同,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 SilprMi

11、m 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較弱,所以 SilprMim 對染料木素的飽和 吸附量最小。槲皮素和木犀草素母體結構完全相同,因而與 SilprMim 之間的色 散力沒有差異,但是槲皮素比木犀草素多了一個 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,所以 SilprMim 對槲皮素 的飽和吸附量略大于木犀草素。2.上樣流速對吸附效率的影響按動態(tài)吸附實驗方法,借助蠕動泵分別考察了不同流速(0.53.5 mL/min 對吸附效率的影響。結果表明,流速在 0.51.5 mL/

12、min時,吸附效率均可達到 90%以上。 隨著上樣流速進一步增大, 吸附效率逐漸下降。 當流速達到 3.5 mL/min時吸附效率只有 62.2%。因此,選擇 1.5 mL/min作為后續(xù)動態(tài)實驗的上樣流速。3.動態(tài)吸附和解吸曲線按動態(tài)吸附實驗方法,分別考察了 3種黃酮類化合物的動態(tài)吸附和解吸曲 線。上樣和解吸速度均為 1.5 mL/min,分步收集流出液,每管 7 mL,每 3管為 1個柱體積。當流出液的濃度達到原濃度的 1/10 時即為其泄漏點,當流出液濃 度不變時即達到飽和吸附。 根據(jù) 3種黃酮化合物的溶解性、 極性以及溶劑的洗脫 特性, 本實驗以甲醇為染料木素、 木犀草素及槲皮素的洗脫

13、劑, 得到的洗脫曲線。因此,染料木素、木犀草素、槲皮素分別在第 26, 32, 39個柱體積時達 到其泄漏點,而在 32, 39及 44個柱體積之后流出液的吸光值趨于平衡,說明 其達到飽和吸附。 使用 6倍柱體積的洗脫劑使吸附飽和的染料木素、 木犀草素及 槲皮素解吸率分別為 86.1%, 83.3%和 84.6%。4.模擬樣品的測定配制 3個含有不同濃度 3種黃酮化合物溶液各 250 mL(總濃度均為 600 mg/L分別經(jīng)過裝有 10 g SilprMim的吸附柱。由文獻可知, SilprMim 對種目標 化合物的解吸能力為:染料木素槲皮素木犀草素, 與單個黃酮化合物解吸能 力的結果相一致,

14、且解吸率隨樣品濃度增大而增加。 3個不同濃度的樣品溶液洗 脫順序均為染料木素、木犀草素、槲皮素。表明 SilprMim 對結構類似的 3種黃 酮類化合物具有一定的分離能力,且此洗脫順序與 ODS 反相柱的洗脫順序(木 犀草素、槲皮素、染料木素存在一定的差異。這可能與它們之間的作用方式不 完全相同有關, ODS 柱主要以疏水性作用為主, 而 SilprMim 則以氫鍵作用為主。考察了 SilprMim 的穩(wěn)定性以及未改性硅膠對 3種黃酮類化合物的吸附性能。 結果表明, SilprMim 在傳統(tǒng)有機溶劑及 pH 2.08.0的水溶液中均較穩(wěn)定;未改 性硅膠對 3種化合物的吸附效率很低, 飽和吸附量

15、均低于 3 mg/g。 因而, SilprMim 有望用于黃酮類天然產(chǎn)物的分離純化。分別準確吸取濃度為 2, 4, 6, 8和 10 mg/L的染料木素、 木犀草素、 槲皮素對照品溶液, 按色譜操作條件進行測定, 以 3種黃酮類化合物濃度 (mg/L為橫坐標,相應的峰面積為縱坐標,得回歸方程 分別為:染料木素:y=124.08x+36.484, r=0.9943;木犀草素:y=97.485x-108.69, r=0.9945;槲皮素:y=70.349x-85.024, r=0.9918?！緟⒖嘉墨I】1 Qiu H D, Liu X, Jiang S X. J. Chromatogr. A, 2

16、006, 1103(2: 2652702Aulera L M L A, Silvab C R, Collinsb K E, Collinsb C H. J. Chromatogr. A, 2005, 1073(1 2: 1471533Tian M L, Yan H Y, Row K H. J. Chromatogr. B, 2009, 877(8 9 : 738 7424 Jin M J, Taher A, Kang H J, Choib M, Ryoo R. Green Chem., 2009, 11(3 : 3093135 Aprile C, Giacalone F, Gruttadauria M, Marculescu A M, Noto R, Revellc J D, Wennemersc H. Green Chem., 2007, 9(12 : 132813346 Huang W, Xue A, Niu H, Jia Z, Wang J W. Food Chem., 2009, 114(3 : 114711547 Harborne J B, Williams C A. Phytochemistry, 2000, 55(6 : 4815048 Huang H