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1、超临界流体萃取技术的发展超临界流体萃取技术的发展1超临界流体萃取的基本原理超临界流体萃取的基本原理2超临界流体萃取的仪器设备超临界流体萃取的仪器设备3超临界流体萃取技术的影响因素超临界流体萃取技术的影响因素 4超临界流体萃取技术的应用超临界流体萃取技术的应用 5一、发展一、发展 1822年，Cagniard 首次报道物质的临界现象；1987年J B Hannay等发现用超临界的乙醇可以溶解金属卤化物；1962年超临界二氯二氟甲烷被成功应用于从血液中分离铁卟啉；1966年开始用超临界CO2和超临界正戊烷来萃取多环芳烃、染料和环氧树脂等；1978年超临界流体技术被应用于从聚合物中提取各类添加剂，使
2、超临界流体萃取技术的应用用范围不断扩大；近20多年来，超临界萃取技术在理论基础，仪器研制，应用方面都得到了快速发展,取得了令人瞩目的成果。二、超临界流体萃取的基本原理二、超临界流体萃取的基本原理 临界点：物质气、液两相达平衡状态时的点，此时的温度和压力称为临界温度和临界压力。稳定的纯物质都有固定的临界点。超临界流体：处于超临界状态时，气、液两相性质非常相近，以至于难于区分，因此将此状态下的物质称为超临界流体。气体、液体和超临界流体的物理性质对比气体、液体和超临界流体的物理性质对比物质性质物质性质 密度（密度（g/cm3）粘度粘度(g/cm/s)扩散系数扩散系数(cm2/s)气体气体(0.6-2
3、(0.6-2.0.0)1010-3-3(0.50.5-3-3.5.5)1010-4-4 0.0.0 01-1-1.01.0液体液体0.0.8 8-1.-1.0 0(0.(0.3 3-2.42.4)1010-2-2 (0.(0.5 5-2.02.0)1010-5-5 SFSF0.2-0.90.2-0.9(2.02.0-9-9.9.9)1010-4-4 (0.50.5-3.33.3)1010-4-4 由此可以看出，超临界流体兼有液体和气体的双重特性，扩散系数大，粘度小，渗透性好，与液体溶剂相比，可以更快速地完成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实现。超临界流体萃取：是指利用超临界流体作为萃取剂，通
4、过控制温度和压力，将目标物从液体或固体中萃取出来，以达到某种分离提纯目的。基本原理：利用超临界流体溶解能力与密度的关系，通过压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行萃取。在超临界状态下，流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子质量大小的不同成分萃取出来。然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取分离的两个过程合为一体。超临界流体萃取与普通液体萃取的比较超临界流体萃取与普通液体萃取的比较项目超临界流体萃取普通流体萃取分析对象范围非极性、中等极性化合物非极性、中等极性、极性化合物溶质和溶剂的分离可
5、彻底分离溶剂的彻底分离较困难萃取速度因黏度小、扩散系数大，速度快因黏度大、扩散系数小，速度慢操作温度接近常温，适合热稳定性差的物质溶剂和萃取物分离时有可能接触高温选择性控制通过温度、压力、气体种类等控制由温度和混合溶剂组分控制萃取能力较小相对大设备必须高压容器可在常压下操作对人体和环境的影响无影响有机溶剂影响健康，污染环境超临界流体萃取技术优点超临界流体萃取技术优点1.超临界流体具有比较低的黏度和较高的扩散系数，比液体溶剂更容易穿过多孔性基体，提高了萃取效率。2、温度或压力的改变可以调节超临界流体的溶解能力，因此可以通过对温度和压力的调节得到适当溶解能力的超临界流体，进而建立选择性比较高的萃取
6、方法。3、超临界流体提取的分析物可以通过压力的调节来进行分离，节省了时间，避免了挥发性分析物的损失。4、超临界流体萃取常用CO2作超临界流体萃取剂，减少了对环境的污染。5、超临界萃取CO2可以在接近室温下进行，可以有效的防止热不稳定物质的氧化和分解。6、是一种不活泼的气体，又是一种不会发生燃烧的气体，没有毒害作用，在萃取过程中不会发生化学反应，比较安全可靠。7、超临界流体萃取技术可以与色谱技术直接进行联用，有利于挥发性有机化合物的定性定量分析。三、超临界流体萃取的仪器设备三、超临界流体萃取的仪器设备 超临界流体萃取的一般步骤：超临界流体萃取的一般步骤：（1）待测物从基体中脱离，溶解于超临界流体
7、中；）待测物从基体中脱离，溶解于超临界流体中；（2）待测物通过超临界流体的流动被送入收集系统；）待测物通过超临界流体的流动被送入收集系统；（3）通过升温或者降压，除去超临界流体，收集纯的目）通过升温或者降压，除去超临界流体，收集纯的目标标 物。物。超临界流体萃取系统超临界流体萃取系统 超临界流体萃取系统的基本设计有四部分：超临界流体萃取系统的基本设计有四部分：超临界流体提供系统（泵）、萃取池超临界流体提供系统（泵）、萃取池（器）、控制器和样品收集系统。（器）、控制器和样品收集系统。超临界流体萃取流程示意图超临界流体萃取流程示意图 超临界流体萃取的系统分类超临界流体萃取的系统分类根据操作方式不同
8、可以分为：根据操作方式不同可以分为：（1）静态萃取系统）静态萃取系统（2）动态萃取系统）动态萃取系统（3）循环萃取系统）循环萃取系统超临界流体萃取仪的基本部件超临界流体萃取仪的基本部件（1）高压泵）高压泵（2）萃取池）萃取池 液相色谱柱液相色谱柱、专用萃取池、专用萃取池（3）阻尼器）阻尼器 毛细管阻尼器、毛细管阻尼器、高压针阀阻尼器高压针阀阻尼器（4）收集器）收集器（5）控制部分）控制部分超临界流体萃取的收集技术超临界流体萃取的收集技术 在线方式在线方式：可以减少挥发性分析物的损失，提高萃取效率。离线方式离线方式:通过一定的溶剂或吸附剂和适当的方法收集分析物。常用的有溶剂捕集法、吸附剂吸附捕集
9、法、固体表面冷冻捕集法、液-固联用捕集法。超临界流体萃取装置的改进超临界流体萃取装置的改进 萃取池：增大了池体积，最大容量为140mL。通过降低超临界流体的流速和采用自下而上的池体取向，减少了死体积。采用独立的高压泵添加改性剂。节流器的发展为SFE与后续分析仪器的联用提供了精确的接口装置。采用低温冷冻的收集装置收集易挥发成分。采用多泵系统，更为精确的控制流量，提高分析精确度。四、超临界流体萃取技术的影响因素四、超临界流体萃取技术的影响因素影响超临界流体萃取效果的因素有：影响超临界流体萃取效果的因素有：1 1）操作条件操作条件，包括压力、温度、，包括压力、温度、时间、溶剂及流量等；时间、溶剂及流
10、量等；2 2）原料的性质原料的性质，如颗粒大小、水，如颗粒大小、水分含量、组分的极性等；分含量、组分的极性等；3 3）萃取剂的种类萃取剂的种类。操作条件操作条件 萃取压力萃取压力、萃取温度萃取温度、流体流量流体流量和和萃取时间萃取时间等都对萃取效等都对萃取效率有较大的影响。率有较大的影响。萃取温度一定时，压力增大，流体密度增大，溶剂强度增萃取温度一定时，压力增大，流体密度增大，溶剂强度增强，溶剂的溶解度就增大；强，溶剂的溶解度就增大；在一定压力下，升高温度被萃取物挥发性增加，这样就增在一定压力下，升高温度被萃取物挥发性增加，这样就增加了被萃取物在超临界气相中的浓度，从而使萃取量增大；加了被萃取
11、物在超临界气相中的浓度，从而使萃取量增大；但另一方面，温度升高，超临界流体密度降低，从而使化但另一方面，温度升高，超临界流体密度降低，从而使化学组分溶解度减小，导致萃取数减少。优化萃取压力和温学组分溶解度减小，导致萃取数减少。优化萃取压力和温度一般采用度一般采用GiddingsGiddings公式。公式。一般流量适宜控制在一般流量适宜控制在1-4mL/min,1-4mL/min,但是对于易挥发组分，超但是对于易挥发组分，超临界流体的流量应该控制在临界流体的流量应该控制在1mL/min1mL/min以下。以下。萃取时间的长短直接关系到萃取效率和运行成本的高低，萃取时间的长短直接关系到萃取效率和运
12、行成本的高低，在流体流量一定时可以适当延长萃取时间来提高样品回收在流体流量一定时可以适当延长萃取时间来提高样品回收率。率。增加样品量可提高分析物的萃取灵敏度，但由于大量样品基体的引入时使萃取物的纯度降低，后处理和净化步骤较为麻烦。粒度大小可影响提取回收率，减小样品粒度，可增加固体与溶剂的接触面积，从而使萃取速度提高。不过，粒度如过小、过细，会严重堵塞筛孔，造成萃取器出口过滤网的堵塞。常用的萃取池容积为0.1-50mL,直径一般不大于3cm。超临界流体的选择原则超临界流体的选择原则用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件:1、化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物反应；2、临界温度应接近常温或操
13、作温度，不宜太高或太低，最好在室温附近或操作温度附近；3、操作温度应低于被萃取溶质的分解或变质温度；4、临界压力低，以节省动力费用；5、对被萃取物的选择性高（容易得到纯产品）；6、纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循还用量；7、货源充足，价格便宜，如果用于食品和医药工业，还应考虑选择无毒的气体。超临界流体的极性对分析物的萃取非常重要，要改善萃取性能，有两种途径：一是改变超临界流体的极性，根据需要向超临界流体中加入适当的改性剂；二是改变分析物的极性，即通过化学衍生或者形成离子对等形式使分析物转化为易被所选用的超临界流体萃取的极性形式。改性剂的作用：（1）在溶剂的临界点附近，溶质溶解度对温度、压力的变
14、化最为敏感。加入改性剂后能使混合溶剂的临界点相应改变，更接近萃取温度。（2）改性剂可以增强溶质溶解度对温度、压力的敏感程度，使被分离组分在操作压力不变的情况下，适当升温就可使溶解度大大降低，从循环气体中分离出来，以避免气体再次压缩的高能耗。（3）改性剂不仅能改善和维持萃取选择性，而且可以提高难挥发性溶质和极性溶质的溶解度。改性剂的选择：改性剂的选择是一个比较复杂的过程，归纳起来可概括为以下几个方而：充分了解被萃取物的性质及所处环境。被萃取物的性质包括分子结构、分子极性、分子量、分子体积和化学活性等。例如：DHA分布于低极性的甘油脂、中极性的半乳糖酯和极性很大的磷脂中，且主要存在于极性脂质中，所
15、以要提取其中DHA必须提取出各种极性的脂质成分，进而可以确定合适的改性剂。综合改性剂的性质（分子极性、分子结构、分子量、分子体积）和被萃取物性质及所处环境进行夹带剂的预选。对酸、醇、酚、酯等被萃取物，可以选用含OH、C=0基因的改性剂；对极性较大的被萃取物，可选用极性较大的改性剂。实验验证。五、超临界流体萃取技术的应五、超临界流体萃取技术的应用用 超临界流体在升温或降压的情况下很容易被除去，因此很容易实现超临界流体萃取与色谱或光谱仪器的联用，如SFE-GC,SFE-HPLC,SFE-MS,SFE-SFC,SFE-FIR,SFE-NMR等。目前较为SFE-GC分析技术较为成熟。由于超临界流体萃取的诸多优点以及它与其他分析方法的联用，使其更广泛的应用于生物样品分析、天然产物提取分析，药物分析，环境样品分析等领域。Thank you!
