超臨界流體萃取儀

1、超臨界流體萃取儀第1頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界流體萃取技術(shù)的發(fā)展1超臨界流體萃取的基本原理2超臨界流體萃取的儀器設(shè)備3超臨界流體萃取技術(shù)的影響因素 4超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用 5第2頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三一、發(fā)展1822年，Cagniard 首次報道物質(zhì)的臨界現(xiàn)象；1987年J B Hannay等發(fā)現(xiàn)用超臨界的乙醇可以溶解金屬鹵化物；1962年超臨界二氯二氟甲烷被成功應(yīng)用于從血液中分離鐵卟啉；1966年開始用超臨界CO2和超臨界正戊烷來萃取多環(huán)芳烴、染料和環(huán)氧樹脂等；1978年超臨界流體技術(shù)被應(yīng)用于從聚合物中提取各類添加劑，

2、使超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用用范圍不斷擴(kuò)大； 近20多年來，超臨界萃取技術(shù)在理論基礎(chǔ)，儀器研制，應(yīng)用方面都得到了快速發(fā)展,取得了令人矚目的成果。 第3頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三二、超臨界流體萃取的基本原理臨界點：物質(zhì)氣、液兩相達(dá)平衡狀態(tài)時的點，此時的溫度和壓力稱為臨界溫度和臨界壓力。穩(wěn)定的純物質(zhì)都有固定的臨界點。超臨界流體：處于超臨界狀態(tài)時，氣、液兩相性質(zhì)非常相近，以至于難于區(qū)分，因此將此狀態(tài)下的物質(zhì)稱為超臨界流體。第4頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三氣體、液體和超臨界流體的物理性質(zhì)對比物質(zhì)性質(zhì) 密度（g/cm3）粘度(g/cm/s)擴(kuò)散系數(shù)

3、(cm2/s )氣體(0.6-2.0) 10-3(0.5-3.5) 10-4 0.01-1.0液體0.8-1.0(0.3-2.4) 10-2 (0.5-2.0) 10-5 SF0.2-0.9(2.0-9.9) 10-4 (0.5-3.3) 10-4 由此可以看出，超臨界流體兼有液體和氣體的雙重特性，擴(kuò)散系數(shù)大，粘度小，滲透性好，與液體溶劑相比，可以更快速地完成傳質(zhì)，達(dá)到平衡，促進(jìn)高效分離過程的實現(xiàn)。第5頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界流體萃?。菏侵咐贸R界流體作為萃取劑，通過控制溫度和壓力，將目標(biāo)物從液體或固體中萃取出來，以達(dá)到某種分離提純目的?；驹恚豪贸?/p>

4、臨界流體溶解能力與密度的關(guān)系，通過壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行萃取。在超臨界狀態(tài)下，流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地依次把極性大小、沸點高低和分子質(zhì)量大小的不同成分萃取出來。然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則自動完全或基本析出，從而達(dá)到分離提純的目的，并將萃取分離的兩個過程合為一體。第6頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三 超臨界流體萃取與普通液體萃取的比較項目超臨界流體萃取普通流體萃取分析對象范圍非極性、中等極性化合物非極性、中等極性、極性化合物溶質(zhì)和溶劑的分離可徹底分離溶劑的徹底分離較困難萃取速度因黏度小、擴(kuò)散系數(shù)大，速度

5、快因黏度大、擴(kuò)散系數(shù)小，速度慢操作溫度接近常溫，適合熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)溶劑和萃取物分離時有可能接觸高溫選擇性控制通過溫度、壓力、氣體種類等控制由溫度和混合溶劑組分控制萃取能力較小相對大設(shè)備必須高壓容器可在常壓下操作對人體和環(huán)境的影響無影響有機溶劑影響健康，污染環(huán)境第7頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界流體萃取技術(shù)優(yōu)點1.超臨界流體具有比較低的黏度和較高的擴(kuò)散系數(shù)，比液體溶劑更容易穿過多孔性基體，提高了萃取效率。2、溫度或壓力的改變可以調(diào)節(jié)超臨界流體的溶解能力，因此可以通過對溫度和壓力的調(diào)節(jié)得到適當(dāng)溶解能力的超臨界流體，進(jìn)而建立選擇性比較高的萃取方法。3、超臨界流體提取

6、的分析物可以通過壓力的調(diào)節(jié)來進(jìn)行分離，節(jié)省了時間，避免了揮發(fā)性分析物的損失。4、超臨界流體萃取常用CO2作超臨界流體萃取劑，減少了對環(huán)境的污染。5、超臨界萃取CO2可以在接近室溫下進(jìn)行，可以有效的防止熱不穩(wěn)定物質(zhì)的氧化和分解。6、是一種不活潑的氣體，又是一種不會發(fā)生燃燒的氣體，沒有毒害作用，在萃取過程中不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比較安全可靠。7、超臨界流體萃取技術(shù)可以與色譜技術(shù)直接進(jìn)行聯(lián)用，有利于揮發(fā)性有機化合物的定性定量分析。第8頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三三、超臨界流體萃取的儀器設(shè)備 超臨界流體萃取的一般步驟： （1）待測物從基體中脫離，溶解于超臨界流體中； （2）待測

7、物通過超臨界流體的流動被送入收集系統(tǒng)； （3）通過升溫或者降壓，除去超臨界流體，收集純的目標(biāo) 物。第9頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界流體萃取系統(tǒng) 超臨界流體萃取系統(tǒng)的基本設(shè)計有四部分：超臨界流體提供系統(tǒng)（泵）、萃取池（器）、控制器和樣品收集系統(tǒng)。第10頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界流體萃取流程示意圖 第11頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界流體萃取的系統(tǒng)分類根據(jù)操作方式不同可以分為：（1）靜態(tài)萃取系統(tǒng)（2）動態(tài)萃取系統(tǒng)（3）循環(huán)萃取系統(tǒng)第12頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界

8、流體萃取儀的基本部件（1）高壓泵（2）萃取池 液相色譜柱 、專用萃取池（3）阻尼器 毛細(xì)管阻尼器、 高壓針閥阻尼器（4）收集器（5）控制部分第13頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界流體萃取的收集技術(shù)在線方式：可以減少揮發(fā)性分析物的損失，提高萃取效率。離線方式 :通過一定的溶劑或吸附劑和適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ占治鑫?。常用的有溶劑捕集法、吸附劑吸附捕集法、固體表面冷凍捕集法 、 液-固聯(lián)用捕集法。第14頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三超臨界流體萃取裝置的改進(jìn)萃取池：增大了池體積，最大容量為140mL。通過降低超臨界流體的流速和采用自下而上的池體取向，減少

9、了死體積。采用獨立的高壓泵添加改性劑。節(jié)流器的發(fā)展為SFE與后續(xù)分析儀器的聯(lián)用提供了精確的接口裝置。采用低溫冷凍的收集裝置收集易揮發(fā)成分。采用多泵系統(tǒng)，更為精確的控制流量，提高分析精確度。第15頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三四、超臨界流體萃取技術(shù)的影響因素影響超臨界流體萃取效果的因素有： 1）操作條件，包括壓力、溫度、時間、溶劑及流量等； 2）原料的性質(zhì)，如顆粒大小、水分含量、組分的極性等； 3）萃取劑的種類。第16頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三操作條件 萃取壓力、萃取溫度、流體流量和萃取時間等都對萃取效率有較大的影響。萃取溫度一定時，壓力增

10、大，流體密度增大，溶劑強度增強，溶劑的溶解度就增大；在一定壓力下，升高溫度被萃取物揮發(fā)性增加，這樣就增加了被萃取物在超臨界氣相中的濃度，從而使萃取量增大；但另一方面，溫度升高，超臨界流體密度降低，從而使化學(xué)組分溶解度減小，導(dǎo)致萃取數(shù)減少。優(yōu)化萃取壓力和溫度一般采用Giddings公式。一般流量適宜控制在1-4mL/min,但是對于易揮發(fā)組分，超臨界流體的流量應(yīng)該控制在1mL/min以下。萃取時間的長短直接關(guān)系到萃取效率和運行成本的高低，在流體流量一定時可以適當(dāng)延長萃取時間來提高樣品回收率。第17頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三 增加樣品量可提高分析物的萃取靈敏度，但由于

11、大量樣品基體的引入時使萃取物的純度降低，后處理和凈化步驟較為麻煩。 粒度大小可影響提取回收率，減小樣品粒度，可增加固體與溶劑的接觸面積，從而使萃取速度提高。不過，粒度如過小、過細(xì)，會嚴(yán)重堵塞篩孔，造成萃取器出口過濾網(wǎng)的堵塞。 常用的萃取池容積為0.1-50mL,直徑一般不大于3cm。第18頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三 超臨界流體的選擇原則用作萃取劑的超臨界流體應(yīng)具備以下條件:1、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對設(shè)備沒有腐蝕性，不與萃取物反應(yīng)；2、臨界溫度應(yīng)接近常溫或操作溫度，不宜太高或太低，最好在室溫附近或操作溫度附近；3、操作溫度應(yīng)低于被萃取溶質(zhì)的分解或變質(zhì)溫度；4、臨界壓力低，

12、以節(jié)省動力費用；5、對被萃取物的選擇性高（容易得到純產(chǎn)品）；6、純度高，溶解性能好，以減少溶劑循還用量；7、貨源充足，價格便宜，如果用于食品和醫(yī)藥工業(yè)，還應(yīng)考慮選擇無毒的氣體。第19頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三 超臨界流體的極性對分析物的萃取非常重要，要改善萃取性能，有兩種途徑：一是改變超臨界流體的極性，根據(jù)需要向超臨界流體中加入適當(dāng)?shù)母男詣?二是改變分析物的極性，即通過化學(xué)衍生或者形成離子對等形式使分析物轉(zhuǎn)化為易被所選用的超臨界流體萃取的極性形式。第20頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三 改性劑的作用：（1）在溶劑的臨界點附近，溶質(zhì)溶解度對

13、溫度、壓力的變化最為敏感。加入改性劑后能使混合溶劑的臨界點相應(yīng)改變，更接近萃取溫度。（2）改性劑可以增強溶質(zhì)溶解度對溫度、壓力的敏感程度，使被分離組分在操作壓力不變的情況下，適當(dāng)升溫就可使溶解度大大降低，從循環(huán)氣體中分離出來，以避免氣體再次壓縮的高能耗。（3）改性劑不僅能改善和維持萃取選擇性，而且可以提高難揮發(fā)性溶質(zhì)和極性溶質(zhì)的溶解度。第21頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三改性劑的選擇： 改性劑的選擇是一個比較復(fù)雜的過程，歸納起來可概括為以下幾個方而： 充分了解被萃取物的性質(zhì)及所處環(huán)境。 被萃取物的性質(zhì)包括分子結(jié)構(gòu)、分子極性、分子量、分子體積和化學(xué)活性等。例如：DHA分

14、布于低極性的甘油脂、中極性的半乳糖酯和極性很大的磷脂中，且主要存在于極性脂質(zhì)中，所以要提取其中DHA必須提取出各種極性的脂質(zhì)成分，進(jìn)而可以確定合適的改性劑。 第22頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三 綜合改性劑的性質(zhì)（分子極性、分子結(jié)構(gòu)、分子量、分子體積）和被萃取物性質(zhì)及所處環(huán)境進(jìn)行夾帶劑的預(yù)選。 對酸、醇、酚、酯等被萃取物，可以選用含OH、C=0基因的改性劑；對極性較大的被萃取物，可選用極性較大的改性劑。 實驗驗證。第23頁，共25頁，2022年，5月20日，9點58分，星期三五、超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用 超臨界流體在升溫或降壓的情況下很容易被除去，因此很容易實現(xiàn)超臨界流體萃取