超临界流体萃取的基本原理

  仪器网 ·  2012-07-15 09:00  ·  41325 次点击
(一)超临界流体苹取的基本原理(principleofSCFE)
任何一种物质都存在三种相态:气相、液相、固相。三相成平衡态共存的点叫三相点。液、气两相成平衡状态的点叫临界点。在临界点时的沮度和压力称为临界压力。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。
超临界流体(supercriticalfluid,SCF)是指温度和压力均高于临界点的流体。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时,气液两相性质非常相近,以致无法分别,所以称为SCF。
从表6一2中可见,SCF不同于一般的气体,也有别于一般液体,它本身具有许多特性:
1.其扩散系数比气体小,但比液体高一个数量级。
2.钻度接近气体。
3.密度类似液体;压力的细微变化可导致其密度的显著变动。
4.压力或温度的改变均可导致相变。
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目前研究较多的超临界流体是二氧化碳,因其具有无毒、不燃烧、对大部分物质不反应、价廉等优点,最为常用。在超临界状态下,Co:流体兼有气液两相的双重特点,既具有与气体相当的高扩散系数和低猫度,又具有与液体相近的密度和物质良好的溶解能力。其密度对于温度和压力变化十分敏感,且其溶解能力在一定压力范围内成比例,所以可通过控制温度和压力改变物质的溶解度。
在超临界状态下,将超临界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、沸点高低和相对分子质最大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加,极性增大,利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然,对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的,但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分,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,并将萃取分离两过程合为一体,这就是超临界流体萃取分离的基本原理。
(二)超临界CO2的溶解能力(dissolvingabilityofSupercriticalCO,)
超临界状态下,CO2:对不同溶质的溶解能力差别很大,这与溶质的极性、沸点和相对分子质量密切相关,一般说来有以下规律:1.亲脂性、低沸点成分可在低压萃取(104kPa),如挥发油、烃、酚等;2.化合物的极性集团越多,就越难萃取。3.化合物的相对分子质量越高,越难萃取。各种溶剂的临界特性如表6一3所示:
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(三)改性剂(modifier)
由于CO2是非极性溶剂,对于非极性、弱极性的目标组分的溶解度较大。对于中等极性、极性的物质来所说,一般要加人极性溶剂改善其在CO2中的溶解度,故被称为改性剂。改性剂的加人,能降低操作温度和压力,缩短萃取时间。适宜的改性剂,其分子结构上应该既有亲脂基团,又有亲CO2基团。改性剂改性作用可以从分子间相互作用得到解释。被萃物与改性剂之间产生溶剂化缔合作用,增强了分子间作用力。改性剂还起到了与待萃物争夺基体活性点的作用,使被萃物与基体的键合力减弱,从而更易被萃取出来。目前比较常用的改性剂有甲醇、丙酮、乙醉、乙酸乙醋等,其中甲醉使用最为广泛。需要指出的是,改性剂的作用是有限的,它在改善超临界流体的溶解性的同时,也会削弱萃取系统的捕获作用,导致共萃物的增加。还可能会千扰分析测定。所以,改性剂的用量要小,一般不要超过5%
(四)超临界流体萃取技术的应用(applicationofSCFE)
超临界流体萃取已经广泛应用于很多领域,尤其在天然产物的提取方面有着独特的优势。在最佳工艺条件下,能将要提取的成分几乎完全提取,从而大大提高产品收率和资源的利用率。超临界CO:萃取甚至可以提取强极性化合物如蛋白质等。超临界CO,临界温度低,操作沮度低,能较完好地保存有效成分不被破坏。因此,特别适合于那些对热敏感性强、容易暇化分解破坏的成分的提取。
超临界流体萃取可以与GC,IR,MS,LC等联用成为一种高效的分析手段。随着科学技术的不断进步,样品前处理越来越受到重视,很多的科技工作者致力于开发新的样品处理方法,其目的是利用最简单、最廉价、最环保的方法,最有效地制备合适于后续分析的样品。
来源:《化学与仪器分析》,转载请注明出处-仪器信息网(www.cncal.com)

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