花旗松素（Taxifolin），又名紫杉叶素、黄杉素、双氢槲皮，是生物类黄酮，来自于蓼科植物（Polygounumorientale L.）的干燥成熟果实水红花子^[1]。花旗松素具有多种重要的生物学活性，能够抑制和激活多种酶，此外，还具有抗病毒和抗肿瘤活性^[2-5]。花旗松素的抗氧化特性和对不同酶活性的影响，为其在调节脂代谢、抗脂质过氧化、抗病毒、抗肿瘤等医学领域和食品添加剂领域广泛应用提供了前提条件^[6-7]。同时，多酚羟基结构的花旗松素（结构式见图 1）也具有溶解度小，容易氧化，稳定性差的特点，很大程度上限制了其临床应用。

近年来，Fe₃O₄磁性纳米粒子（以下简称Fe₃O₄）因其独特的性质，超顺磁性、低居里温度、较高的矫顽磁性而备受关注^[8-9]。目前对其的研究热点主要集中在医学应用领域，因磁性微球作为高分子材料，他小到足够穿过毛细血管而不产生血管性闭塞，具有较好的生物相容性，同时可以在外磁场影响下进入周边组织^[10-11]。

目前，国内外对于花旗松素的代谢方式及代谢物都有相关研究^[12-15]，但关于花旗松素的纳米粒制剂研究鲜见报道。本实验利用Fe₃O₄作为吸附载体，对花旗松素进行吸附考察研究，为花旗松素的进一步开发利用奠定基础。

1 实验材料

Shimadzu LC-20AT高效液相色谱仪（日本岛津公司），THZ-82水浴恒温振荡器（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司），Sartorius BT125D十万分之一天平（赛多利斯科仪器有限公司），KH3200B型超声波清洗器（昆山禾创超声仪器有限公司），傅立叶变换红外光谱仪（铂金埃尔默仪器有限公司），纳米粒度及Zeta电位分析仪（马尔文仪器有限公司）。

花旗松素(98%，南京泽朗医药公司），甲醇（色谱纯，美国Sigma公司），甲酸（色谱纯）。FeCl₃·6H₂O（CAS：10025-77-1，国药集团化学试剂有限公司），无水醋酸钠（CAS：127-09-3，国药集团化学试剂有限公司），聚乙二醇（M.W.=1 000，CAS：127-09-3，天津科密欧试剂有限公司)，乙二醇（分析纯）。

2 实验方法 2.1 Fe₃O₄的制备

Fe₃O₄的制备根据文献方法^[16]制得，称取1.35 g FeCl₃·6H₂O于烧杯中，量取乙二醇40 mL，室温搅拌至黄色澄清，再加入3.6 g无水醋酸钠和1.0 g聚乙二醇，搅拌30 min使溶液混合均匀，按比例分配到1个50 mL反应釜，在烘箱中200 ℃溶剂热反应20 h。反应结束后，得到黑色悬浮液，分别用去离子水和乙醇洗涤3次，60 ℃真空干燥。

2.2 对照品溶液的制备

精密称定花旗松素对照品4.01 mg，置于10 mL棕色量瓶中，加甲醇定容至刻度线，即得401 mg/L花旗松素储备液。

2.3 花旗松素色谱条件色谱柱

Waters SymmetryShield^TMRP₁₈（150 mm×3.9 mm，5 μm）；流动相：甲醇-0.2%甲酸水溶液（4:6）；检测波长：290 nm；流速：1 mL/min；进样量10 μL。

2.4 标准曲线

取401 mg/L的花旗松素标准储备液，以甲醇稀释至80.2、40.1、20.05、12.3、8.02、4.01、2.005 g/L的系列溶液，用0.45 μm微孔滤膜过滤，分别取10 μL进样分析，记录色谱峰面积，以质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，得到回归方程Y=3×10⁷X-21 479，r=0.999 7，表面在2.005~80.2 mg/L范围内线性关系良好。

2.5 精密度

取2.4项下60.15 mg/L花旗松素溶液，分别重复进样6次，结果花旗松素峰面积的RSD值为1.23%。

2.6 吸附动力学实验

精密量取5 mL，24.16 mg/L花旗松素水溶液于10 mL离心管中，置于298 K温度下的恒温振荡器中振荡，每隔一段时间将离心管置于磁铁上，吸取适量的上清液，按2.4项下方法检测溶液中花旗松素浓度。

2.7 吸附热力学实验

精密量取24.16 mg/L花旗松素水溶液，各取5 mL于4支10 mL离心管中，另取4支作为空白对照，分别于298、308、318、328 K温度下的恒温振荡器中振荡，每隔一段时间将离心管置于磁铁上，吸取适量的上清液，按2.4项下方法检测溶液中花旗松素浓度。

2.8 其他因素对吸附过程影响的研究 2.8.1 溶剂对吸附性能的影响

分别用0、10%、30%、50%、70%、90%、100%的甲醇水溶液稀释花旗松素储备液，分别得到同浓度的花旗松素溶液，各取1.5 mL，加入适量的Fe₃O₄，于25 ℃下的恒温振荡器中振荡24 h，将离心管置于磁铁上，静置20 min，吸取上清液，按2.4项下方法检测溶液中花旗松素浓度。

2.8.2 氯化钠（NaCl）离子浓度对吸附性能的影响

分别用0、10、20、30、40、50、100 mmol/L的NaCl溶液稀释花旗松素储备液，得到385 mg/L的花旗松素水溶液，各取1.5 mL，加入适量的Fe₃O₄，于25 ℃下的恒温振荡器中振荡24 h，将离心管置于磁铁上，静置20 min，吸取上清液，按2.4项下方法检测溶液中花旗松素浓度。

3 结果与讨论 3.1 Fe₃O₄的制备和表征

利用红外光谱仪（FTIR）、动态光散射粒度仪（DLS）方法对Fe₃O₄进行表征。Fe₃O₄的粒径分布图，见图 2。由图 2A可见，Fe₃O₄的粒径大小主要集中在336.6 nm，分布系数（Pdl）为0.308，表明该体系为适中分散度的体系。Fe₃O₄的红外光谱图见图 2B，Fe₃O₄在590 cm^-1处为Fe-O-Fe键的特征吸收峰，可以判断产物为Fe₃O₄。在3 436 cm^-1处的吸收峰是由O-H的伸缩振动产生的，在1 650 cm^-1处的吸收峰是由O-H的弯曲振动产生的，说明Fe₃O₄表面存在一些-OH基团。

3.2 吸附动力学

本实验研究了Fe₃O₄对花旗松素的吸附时间曲线。从图 3中可以看出，Fe₃O₄对花旗松素的吸附容量随着时间的增加而增大，在18 h时达到最大吸附平衡。

为了考察吸附过程的特性，用准一级动力学方程和准二级动力学方程描述吸附花旗松素的动力学特征。其相应线性形态如下：

(1)

(2)

式中，q_e（mg/g）和q_t（mg/g）分别为吸附平衡和吸附时间t时的单位吸附剂吸附花旗松素的量（mg/g）。k₁（1/min) 与k₂[g/（mg/min）]分别代表准一级和准二级速率常数。表给出了准一级和准二级动力学模型拟合的动力学参数和相关系数。可见准一级动力学模型的r值远高于准二级动力学模型，而且依据准二级模型计算的q_e值与实验值较接近。见表 1。

3.3 吸附热力学

不同温度条件下，溶液中花旗松素溶液剩余浓度的变化曲线结果见图 4。

吸附过程的热力学参数如吉布斯自由能（ΔG^θ）、焓变（ΔH^θ）和熵变（ΔS^θ）可以由以下公式计算得出。

式中，R为气体常数[8.314 J/（mol·K）]，b为Langmuir吸附常数。ΔH^θ和ΔS^θ可以从lnb对1/T作图的曲线斜率和截距计算得到，热力学参数列于表 2中，负的ΔG^θ值表明Fe₃O₄对花旗松素是在有利和自发的状况下进行的。吸附过程中的ΔS^θ和ΔH^θ值分别为66.24 J/（mol·K）和6.58 kJ/mol。ΔS^θ > 0说明反应是不可逆的，解吸附不易发生；ΔH^θ>0表明吸附为吸热过程，且该值在-20~40 kJ/mol，可判断为物理吸附。Yue等^[17]测定了吸附中可能存在的相互作用力，即范德华力4~10 kJ/mol，氢键结合力2~40 kJ/mol，配位体交换力约40 kJ/mol，偶极力2~29 kJ/mol，化学键力大于60 kJ/mol，根据实验结果计算ΔH^θ，发现该材料吸附的过程中，存在着范德华力、氢键结合力及其他相互作用力。

以溶液中花旗松素浓度与初始浓度比值（C_t/C₀）的对数ln（C_t/C₀）为纵坐标，用时间（t）为横坐标作图，可以看出：在吸附花旗松素的反应过程中，ln（C_t/C₀）与t之间呈负线性相关。这是一级反应的特征。因此，Fe₃O₄对水溶液中的花旗松素的吸附过程符合一级反应动力学过程。可以用ln（C_t/C₀）=-k·t+B来表示，其中k为反应速率常数，B是与溶液浓度有关的积分常数。经过数据拟合计算得各温度条件下的拟合曲线。以1/T为横坐标，lnk为纵坐标作图，并进行线性拟合得lnk=-987.48/T-3.473 9，线性相关系数r=0.979 2。根据阿仑尼乌斯公式，lnk=-E_a/RT+B，可得吸附反应活化能为Ea=8.21 kJ/mol。见表 2。

3.4 等温吸附线

采用Freundlich等温吸附模型研究Fe₃O₄对花旗松素的吸附行为。Freundlich等温模型基于异相表面上的多层吸附，如式所示：

式中，K_F和n是对应于吸附容量和吸附强度的Freundlich常数。

在298、308、318、328 K不同温度下，等温模型的拟合结果见表 3。结果表明，采用Freundlich等温方程拟合后的线性相关系数见图 5。

3.5 NaCl离子浓度对吸附性能的影响

溶液中的离子可能改变溶液中的静电引力和扩散作用，从而影响吸附过程。为了更全面地了解吸附过程中的影响因素，实验考察了NaCl离子浓度对Fe₃O₄吸附花旗松素的饱和吸附量的影响。结果如图 6所示，水溶液中无离子存在时，吸附量达最大值，存在一定量的NaCl离子会影响吸附，但是与离子浓度无明显相关性。离子强度对吸附过程的影响较小，表明花旗松素与Fe₃O₄吸附时形成的作用力远大于表面静电作用力。

3.6 溶剂对吸附过程的影响

溶剂是吸附过程的一个重要因素，为了优化吸附条件，本实验以不同浓度的乙醇水溶液为考察对象，比较不同溶剂对Fe₃O₄吸附花旗松素的饱和吸附量影响。如图 7所示，在纯水溶液条件下，饱和吸附量达到最大。

4 结论

黄酮类化合物是一类多酚化合物，广泛存在于蔬菜水果以及药用植物中，毒副作用小，具有多种生理活性和药用价值^[18-21]。本文以难溶性多羟基黄酮类化合物花旗松素为模型，Fe₃O₄作为吸附载体，考察了溶剂、温度、时间、浓度等因素对吸附性能的影响。通过动力学和热力学实验发现，Fe₃O₄吸附花旗松素为多层吸附，属吸热、自发的过程。同时，红外结果显示Fe₃O₄粒子表面存在羟基，吸附热力学也提示吸附过程中存在氢键作用力，可见吸附过程中Fe₃O₄粒子表面的羟基和花旗松素中的羟基形成了氢键。对溶剂和NaCl离子因素考察的结果显示，在纯水溶液中吸附量达最大值，溶液中加入NaCl离子和一定浓度的乙醇均会吸附性能产生负面影响。而传统中药多采用纯水作为提取溶剂，考虑Fe₃O₄适合从中药提取液中进行中药成分的吸附和分离。此外，该材料合成方法简便、费用低、原料易得，并且通过外加磁场即可实现吸附载体与原料液的快速分离，整个分离过程省时省力，操作简单易控。综上所述，Fe₃O₄有望成为中药水提液中难溶性多羟基黄酮类化合物的吸附物质，继而作为中药难溶性多羟基黄酮类化合物快速分类的材料。