微波消解和微波輔助萃取技術(shù)

1、第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義及作用原理,微波 微波是一種電磁波，以直線方式傳播，并具有反射、折射、衍射等光學(xué)特性。微波遇到金屬物質(zhì)會被反射，但遇到非金屬物質(zhì)則能穿透或被吸收。微波的電場頻率介于300MHz~300GHz之間，常用的微波頻率為2450MHZ。,微波是一種非電離的電磁輻射，被輻射物質(zhì)的極性分子在微波電磁場中可快速轉(zhuǎn)向并定向排列，由此產(chǎn)生的撕裂和相互摩擦將引起物質(zhì)發(fā)熱，即將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而產(chǎn)生強烈

2、的熱效應(yīng)。因此，微波加熱過程實質(zhì)上是介質(zhì)分子獲得微波能并轉(zhuǎn)化為熱能的過程。,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,微波消解 在微波能的作用下，破壞樣品中目標(biāo)組分的初始形態(tài)，而使其以無機離子最高或較高價態(tài)的形式萃取出來，這種技術(shù)叫微波消解技術(shù),第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,微波萃取技術(shù)（microwave digestion MD）

3、 在微波能的作用下，選擇性的將樣品中的目標(biāo)組分以其初始形態(tài)的形式萃取出來的技術(shù)。 微波消解技術(shù)主要應(yīng)用于元素總量分析，而微波輔助萃取技術(shù)主要應(yīng)用于有機污染物的分析和有機金屬化合物的形態(tài)分析,,,微波爐的工作原理1-攪拌器；2-磁控管；3-反射板；4-腔體；5-塑料盤,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,微波爐的心臟是磁控管。這個叫磁控管的電子管是個微波發(fā)生器，它能產(chǎn)生每秒鐘

4、振動頻率為24.5億次的微波。這種肉眼看不見的微波，能穿透食物達(dá)5cm深，并使食物中的水分子也隨之運動，劇烈的運動產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物"煮"熟了。這就是微波爐加熱的原理,,,微波最早應(yīng)用于通訊和軍事，是一種波長為1mm～1m的非電離的電磁波,被輻射物質(zhì)的極性分子在微波電磁場中快速轉(zhuǎn)向,并定向排列，從而產(chǎn)生撕裂和相互摩擦而引起發(fā)熱，同時可保證能量的快速傳遞和充分利用。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及

5、作用原理,,,1986年，匈牙利學(xué)者Ganzler K首先提出利用微波進(jìn)行萃取的方法。在微波萃取過程中，高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)，到達(dá)被萃取物料的內(nèi)部，微波能迅速轉(zhuǎn)化為熱能而使細(xì)胞內(nèi)部的溫度快速上升。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)部的壓力超過細(xì)胞的承受能力時,細(xì)胞就會破裂,有效成分即從胞內(nèi)流出，并在較低的溫度下溶解于萃取介質(zhì)，再通過進(jìn)一步過濾分離，即可獲得被萃取組分。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,微波萃取指在目標(biāo)化合物的提取過程中

6、(或提取的前處理)加入微波場，利用微波場的特點來強化有效成分浸出的新型提取技術(shù)。利用吸收微波能力的差異可使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離出來，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對較差的萃取劑中。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,微波萃取主要是利用微波強烈的熱效應(yīng)，但微波加熱方式不同于傳統(tǒng)的加熱方式。在傳統(tǒng)的加熱方式中，容器壁大多由熱的不良導(dǎo)體制成，熱由器

7、壁傳導(dǎo)至溶液內(nèi)部需要一定的時間；此外，液體表面氣化而引起的對流傳熱將形成自內(nèi)而外的溫度梯度，因而僅一小部分液體與外界溫度相當(dāng)。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,而微波加熱是一個內(nèi)部加熱過程，它不同于普通的外加熱方式將熱量由外向內(nèi)傳遞，而是同時直接作用于內(nèi)部和外部的介質(zhì)分子，使整個物料被同時加熱，即為“體加熱”過程，從而可克服傳統(tǒng)的傳導(dǎo)式加熱方式所存在的溫度上升較慢的缺陷。,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義

8、 及作用原理,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,根據(jù)物質(zhì)與徽波作用的特點，可把物質(zhì)大致分為吸收微波、反射微波和透過微波三種物質(zhì) 吸收微波的物質(zhì)是可以把微波轉(zhuǎn)化為熱能的物質(zhì)，如水，乙醇、酸、堿和鹽類，這些物質(zhì)吸收微波后，使自身溫度升高，并使共存的其他物質(zhì)一起受熱；,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,透過微波的物質(zhì)是很少吸收微波能的物質(zhì)，從分子結(jié)構(gòu)特性上講是一些非極性物質(zhì)，如烷烴，聚乙烯等，傲波穿過這

9、些物質(zhì)時，其能量幾乎投有損失；反射微波的物質(zhì)是金屬類物質(zhì)，微故接觸到這些物質(zhì)時發(fā)生反射，根據(jù)一定的幾何形狀，這些物質(zhì)可把微波傳輸、聚焦或限制在一定的范圍內(nèi),第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,體積加熱、速度快、局部過熱,熱量損失大，速度慢,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,微波萃取離不開合適的溶劑，因此微波萃取可作為溶劑提取的輔助措施。溶劑提取法是根據(jù)目標(biāo)化合物在溶劑中的溶解性能差異，選用對目

10、標(biāo)化合物溶解度大，而對基體溶解度小的溶劑，將目標(biāo)化合物從基體內(nèi)提取出來。采用微波協(xié)助提取，可使溶劑提取過程更為有效。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,當(dāng)被提取物和溶劑共處于快速振動的微波電磁場中時，目標(biāo)組分的分子在高頻電磁波的作用下，以每秒數(shù)十億次的高速振動產(chǎn)生熱能，使分子本身獲得巨大的能量而得以掙脫周圍環(huán)境的束縛。當(dāng)環(huán)境存在一定的濃度差時，即可在非常短的時間內(nèi)實現(xiàn)分子自內(nèi)向外的遷移，這就是微波可在短時間內(nèi)達(dá)到

11、提取目的的原因。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,微波萃取的機理可從三個方面來分析。①微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)到達(dá)物料內(nèi)部過程。由于吸收了微波能,物料內(nèi)部的溫度將迅速上升,從而使萃取物的壓力超過物料所能承受的能力,結(jié)果使萃取物從物料中自由流出,并在較低的溫度下溶解于萃取介質(zhì)中。通過進(jìn)一步的過濾和分離，即可獲得所需的萃取物。,,,,②微波所產(chǎn)生的電磁場，可加速被萃取組分的分子由固體內(nèi)部向固液界面擴散的

12、速率。例如，以水作溶劑時，在微波場的作用下，水分子由高速轉(zhuǎn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，這是一種高能量的不穩(wěn)定狀態(tài)。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,此時水分子或者汽化，以加強萃取組分的驅(qū)動力；或者釋放出自身多余的能量回到基態(tài)，所釋放出的能量將傳遞給其他物質(zhì)的分子，以加速其熱運動，從而縮短萃取組分的分子由固體內(nèi)部擴散至固液界面的時間，結(jié)果使萃取速率提高數(shù)倍，并能降低萃取

13、溫度，最大限度地保證萃取物的質(zhì)量。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,③由于微波頻率與分子轉(zhuǎn)動頻率相關(guān)連，因此微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動而引起分子運動的非離子化輻射能。當(dāng)它作用于分子時,可促進(jìn)分子的轉(zhuǎn)動運動,若分子具有一定的極性，即可在微波場的作用下產(chǎn)生瞬時極化,并以24.5億次/秒的速度作極性變換運動,從而產(chǎn)生鍵的振動、撕裂和粒子間的摩擦和碰撞,并迅速生成大量的熱能,促使萃取物擴散至溶劑中。,,第一節(jié)

14、 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,在微波萃取中，吸收微波能力的差異可使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離，進(jìn)入到具有較小介電常數(shù)、微波吸收能力相對較差的萃取溶劑中。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,綜上所述,微波能是一種能量形式,它在傳輸過程中可對許多由極性分子組成的物質(zhì)產(chǎn)生作用,并使其中的極性分子產(chǎn)生瞬時極化,并迅速生成大量的熱能, 其中的目

15、標(biāo)化合物擴散至溶劑中。從原理上說,傳統(tǒng)的溶劑提取法,如浸漬法、滲濾法、回流提取法、連續(xù)回流提取法等,均可加入微波進(jìn)行輔助提取,從而成為高效提取方法。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,微波萃取的選擇性主要取決于目標(biāo)物質(zhì)和溶劑性質(zhì)的相似性,必須根據(jù)被提取物的性質(zhì)選擇極性或非極性溶劑。極性溶劑可用水、醇等，非極性溶劑可用正己烷等。但由于非極性溶劑不能吸收微波,為加速萃取過程,可在非極性溶劑中加入極性溶劑。若樣品和溶劑

16、均不吸收微波,則微波萃取過程無法進(jìn)行。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,介質(zhì)吸收微波的能力主要取決于其介電常數(shù)、比熱和形狀等。極性較大的溶劑或目標(biāo)組分，吸收微波的能力較強，在微波照射下能迅速升溫，沸點低的溶劑甚至出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,極性較低者吸收微波的能力較差,而非極性的氯仿等則幾乎不吸收微波。因此,利用不同物質(zhì)在介電性質(zhì)上的差異也可達(dá)到選擇性萃取的目的。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,一

17、般來說,微波萃取首先要求溶劑必須具有一定的極性,以利于吸收微波能,進(jìn)行內(nèi)部加熱，其次所選溶劑對被萃取組分必須具有較強的溶解能力,溶劑的沸點及對后續(xù)測定的干擾也必須考慮。而控制萃取功率和萃取時間則是為了在選定萃取溶劑的前提下，選擇最佳萃取溫度。適宜的萃取溫度既能使被萃取組分保持原有的化合物形態(tài)，又能獲得最大的萃取效率。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,傳統(tǒng)的溶劑提取存在能耗大、耗材多、耗時長、效率低、污染大等缺點

18、。超臨界流體萃取的提取效率較高，但難以萃取極性較強的物質(zhì)，且為了獲得超臨界條件，所需裝置比較復(fù)雜，設(shè)備的投資較大，建立大規(guī)模提取生產(chǎn)線存在一定的工程難度。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,微波具有波動性、高頻性、熱特性和非熱特性四大特點，這決定了微波萃取具有以下特點。 1. 試劑用量少，節(jié)能，污染小。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,2.加熱均勻，且熱效率較高。傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導(dǎo)

19、、熱輻射等方式自外向內(nèi)傳遞熱量，而微波萃取是一種“體加熱”過程，即內(nèi)外同時加熱，因而加熱均勻，熱效率較高。微波萃取時沒有高溫?zé)嵩矗蚨上郎囟忍荻?，且加熱速度快，物料的受熱時間短，因而有利于熱敏性物質(zhì)的萃取。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,3. 微波萃取不存在熱慣性，因而過程易于控制。 4. 微波萃取無需干燥等預(yù)處理，簡化了工藝，減少了投資。 5. 微波萃取的處理批量較大，萃取效率高，省時。與傳統(tǒng)的

20、溶劑提取法相比，可節(jié)省50％～90％的時間。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,,6. 微波萃取的選擇性較好。由于微波可對萃取物質(zhì)中的不同組分進(jìn)行選擇性加熱，因而可使目標(biāo)組分與基體直接分離開來，從而可提高萃取效率和產(chǎn)品純度。 7. 微波萃取的結(jié)果不受物質(zhì)含水量的影響，回收率較高。 基于以上特點，微波萃取常被譽為“綠色提取工藝”。,,第一節(jié) 微波消解和微波輔助萃取的定義 及作用原理,,微波萃取也存在一定

21、的局限性。例如，微波萃取僅適用于熱穩(wěn)定性物質(zhì)的提取，對于熱敏性物質(zhì)，微波加熱可能使其變性或失活。又如，微波萃取要求目標(biāo)化合物具有良好的吸水性，否則萃取物難以吸收足夠的微波能而將難以從基體中釋放出來。再如，微波萃取過程中目標(biāo)化合物因受熱而分解，一些不希望得到的組分也會溶解于溶劑中，從而使微波萃取的選擇性差顯著降低。,,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,微波萃取工藝流程圖,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,目前報道的微波萃取

22、方法一般有三種：常壓法、高壓法、連續(xù)流動法。而微波加熱體系有密閉式和敞開式兩類。,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,1.常壓法 常壓法一般是指在敞開容器中進(jìn)行微波萃取的一種方法，其設(shè)備主要有三種。第一種是直接使用普通家用微波爐或用微波爐改裝成的微波萃取設(shè)備，通過調(diào)節(jié)脈沖間斷時間的長短來調(diào)節(jié)微波輸出能量，目前國內(nèi)外大部分的研究都采用這種設(shè)備。,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,第二種是美國CEM公司和意大利的Miles

23、tone公司生產(chǎn)的適用于溶解、萃取和有機合成的微波實驗設(shè)備產(chǎn)品。國內(nèi)中科院深圳南方大恒公司和上海新科微波技術(shù)應(yīng)用研究所研制的WK2000微波快速反應(yīng)系統(tǒng)和MKⅢ型光纖自動控壓微波制樣系統(tǒng)屬于該類產(chǎn)品的仿制國產(chǎn)產(chǎn)品。,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,第三種是上海三元生物應(yīng)用技術(shù)有限公司的MEI 3L和MEI 10L型實驗微波萃取器。四川大學(xué)五線電系也開發(fā)了MCL系列的微波功率連續(xù)可調(diào)型微波爐，常壓微波回流裝置如圖所示。,概述——

24、過程特點,,,常壓微波回流裝置示意圖1.微波爐 2.瓶架 3.蒸餾瓶 4.攪拌器 5. 銅管6. 冷凝管 7.開關(guān) 8.控制面板,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,2. 高壓法 高壓法是使用密閉萃取罐的微波萃取法，其優(yōu)點是萃取時間短，試劑消耗少，這種方法是目前報道最多的一種方法。高壓法的裝置一般要求為帶有功率選擇，有控制溫度、壓力和時間附件的微波制樣設(shè)備。,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,一般由聚四氟乙烯材料制

25、成專用密閉容器作為萃取罐,它能允許微波自由通過、耐高溫高壓且不與溶劑反應(yīng)。用于微波協(xié)助萃取的設(shè)備有兩類:一類是微波萃取罐;另一類為連續(xù)微波萃取器。兩者的主要區(qū)別是:一個是分批處理物料，類似于多功能提取罐;另一個是以連續(xù)方式工作的萃取設(shè)備,具體參數(shù)一般由生產(chǎn)廠家根據(jù)使用廠家要求設(shè)定。使用的微波頻率一般為2450MHz或915MHz。,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,圖4 萃取罐結(jié)構(gòu)圖,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,微

26、波萃取罐結(jié)構(gòu)組成：內(nèi)萃取腔、進(jìn)液口、回流口、攪拌裝置、微波加熱腔、排料裝置、微波源、微波抑制器。,,,,表1微波萃取罐主要技術(shù)參數(shù),第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,3. 連續(xù)流動法 連續(xù)流動法是指萃取溶劑連續(xù)流動而樣品隨之流動或固定不動的一種微波萃取體系。目前國內(nèi)外有關(guān)連續(xù)流動法的報道很少，下面主要介紹國外學(xué)者應(yīng)用的流動萃取裝置。,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,3. 連續(xù)

27、流動法 連續(xù)流動法是指萃取溶劑連續(xù)流動而樣品隨之流動或固定不動的一種微波萃取體系。目前國內(nèi)外有關(guān)連續(xù)流動法的報道很少，國外學(xué)者這方面的研究較多。,,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,,,,,,,,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,第二節(jié) 微波消解和微波輔助萃取裝置,,,,,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,微波消解和微波萃取的效率受多種因素的影響。采用微波消解和微波萃取的方法處理樣品時，要同時考慮到樣品的種類、

28、萃取溶劑、萃取溫度、微波消解和萃取的功率和時間等多種因素的影響。,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,1.破碎度 與傳統(tǒng)提取方法一樣,被提取物經(jīng)過適當(dāng)破碎，可以增大接觸面積,有利于萃取過程的進(jìn)行。采用傳統(tǒng)方法提取時，通常不將物料破碎得很細(xì)，否則可能會增加提取物中的雜質(zhì)及無效成分的含量，并增大后道過濾工序的難度;同時接近100℃的提取溫度,會使物料中的淀粉成分糊化,使提取液變得粘稠,使后道過濾工序的難度明顯增大。,,第三節(jié) 影響微

29、波消解和微波萃取的因素,,,微波萃取時，常根據(jù)物料的特性將其破碎成2~10mm的顆粒，粒徑相對而言不是太細(xì)小，因而不會增大后道過濾工序的難度。同時提取溫度較低，不會給過濾帶來困難。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,2.分子極性 在微波場中，極性分子受微波的作用較強。若目標(biāo)組分為極性分子，則比較容易擴散。在天然產(chǎn)物中，完全非極性的分子是比較少的，物質(zhì)的分子或多或少會存在一定的極性，絕大多數(shù)天然產(chǎn)物的分子都會受到微波電磁場的作

30、用，因而均可用微波來協(xié)助提取。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,3.溶劑 溶劑的選用十分重要，適宜的溶劑可提取出所需要的組分，因此中藥行業(yè)中多采用適合于提取物的溶劑或溶劑組合進(jìn)行提取，完成后合并提取液，以達(dá)到充分提取的目的。在微波萃取中，這一點同樣重要。若溶劑選用不當(dāng)，則不一定能獲得理想的提取效果。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,研究表明，與傳統(tǒng)的溶劑提取法相比，在微波萃取中，一次提取所需的溶劑用量可減少30%～

31、60%。溶劑用量較大反而不利于提取，因為微波在穿透溶劑的過程中會發(fā)生衰減，溶劑越多，使得到達(dá)基體物質(zhì)的微波能越少，提取效果就越差。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,微波萃取所選用的溶劑必須對微波透明或半透明，介電常數(shù)應(yīng)在8~28的范圍內(nèi)。物料的含水量對微波能的吸收影響很大。若物料不含水分，則可選用部分吸收微波能的溶劑，由于溶劑浸漬物料，置于微波場進(jìn)行輻射時即可同時發(fā)生提取作用。當(dāng)然也可先使物料潤濕，使其具有足夠的水分，以便能

32、有效地吸收所需的微波能。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,提取物料中若含不穩(wěn)定或揮發(fā)性成分，則宜選用對微波高度透明的溶劑如正己烷等作為提取介質(zhì)。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,由于非極性溶劑不能吸收微波能，因而可加入一定比例的極性溶劑，以加快提取速率。若不需要此類不穩(wěn)定或揮發(fā)性成分，則可選用對微波部分透明的萃取劑，此類萃取劑吸收部分微波能后將其轉(zhuǎn)化為熱能，可除去不需要的不穩(wěn)定或揮發(fā)性成分。,,第三節(jié) 影響微波消

33、解和微波萃取的因素,,,對于水溶性成分或極性較大的成分，可用含水溶劑進(jìn)行提取。用含水溶劑提取極性化合物時，微波萃取的效果比索氏提取的效果要好。而用非極性溶劑萃取非極性化合物時,微波萃取的效果要稍低于索氏提取的效果。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,4.濃度差 濃度差是被提取組分?jǐn)U散與傳質(zhì)的前提，沒有濃度差或濃度差很小，提取過程就不能進(jìn)行。傳統(tǒng)提取工藝中設(shè)法提高濃度差的種種工藝手段同樣適用于微波提取過程。,,第三節(jié) 影響微波

34、消解和微波萃取的因素,,,5.溫度 在微波提取過程中，由于存在微波作用下的分子運動，因而溫度不需要與傳統(tǒng)提取工藝過程中的一樣高。此外，微波提取的時間很短，因而可降低被提取成分因受熱而發(fā)生破壞的危險，并可降低能耗。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,微波提取有可能導(dǎo)致體系的溫度過度上升，為減小高溫的影響，可將微波提取過程分次進(jìn)行，即先對藥材進(jìn)行一段時間的微波提取，然后將體系的溫度冷卻至室溫再進(jìn)行第二次微波提取，從而可最大限度地

35、降低被提取成分因受熱而發(fā)生破壞的危險。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,應(yīng)當(dāng)指出的是，微波萃取在不同溫度下的提取效果是不同的。當(dāng)微波功率、溶劑、溶質(zhì)及提取量均相同時，熱態(tài)比冷態(tài)的提取效果要好,這在小型提取裝置中還不太明顯,但對于工業(yè)規(guī)模的提取過程就顯得尤為突出。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,6.攪拌 傳統(tǒng)提取過程中，動態(tài)提取優(yōu)于靜態(tài)提取，這是因為動態(tài)過程提高了物質(zhì)表面的傳質(zhì)速度，加快了溶質(zhì)組分從固體表面向溶

36、劑擴散的速率。這一經(jīng)驗同樣適用于微波提取，微波的主要作用是使溶質(zhì)組分在固體內(nèi)部迅速遷移，即提高內(nèi)部的傳質(zhì)，而攪拌可以提高固體表面的傳質(zhì)。因此攪拌狀態(tài)可以促進(jìn)提取。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,綜上所述，微波提取的要點：①被提取物需經(jīng)適當(dāng)粉碎；②必須存在一定的濃度差；③選用適當(dāng)?shù)娜軇?；④保持一定的溫度；⑤給予提取過程一定的時間；⑥適當(dāng)?shù)臄嚢琛?,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,此外，微波功率和輻射時間對提取效率具

37、有明顯的影響，功率越高，提取的效率越高。但如果超過一定的限度，則會使提取體系壓力升高到開容器安全閥的程度，溶液濺出，導(dǎo)致誤差，提取時間則與被測物樣品量、物料中含水量、溶劑體積和加熱功率有關(guān)。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,由于水可有效地吸收微波能，較干的物料需較長的輻射時間。此外，為減少高溫的影響,可分次進(jìn)行微波輻射,冷卻至室溫后再進(jìn)行第二次微波提取，以便在保持最高得率的前提下提取出所需的活性化合物。經(jīng)過提取的物料,可用另

38、一種提取劑,在微波輻照下進(jìn)行第二次提取，從而取得第二種提取物。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,目前已見報道的微波協(xié)助萃取劑有：甲醇、丙酮、乙酸、二氯甲烷、正己烷、苯等有機溶劑和硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等無機溶劑以及己烷－丙酮、二氯甲烷－甲醇、水－甲苯等混合溶劑。其中在提取小分子量低聚物時,用二氯甲烷做萃取劑的萃取效果最好;有人認(rèn)為水溶性緩沖劑也可用做萃取劑。,,第三節(jié) 影響微波消解和微波萃取的因素,,,微波萃取一般按以下幾

39、個步驟進(jìn)行： (1) 挑選物料，然后進(jìn)行預(yù)處理：清洗、切片或混合，以便充分的吸收微波能； (2) 將物料和合適的萃取劑混合，放置于微波設(shè)備中，接受微波輻射； (3) 從萃取相中分離濾去殘渣； (4) 獲得目標(biāo)產(chǎn)物。,,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,早期微波消解技術(shù)主要用于元素總量分析的樣品前處理，之后陸續(xù)應(yīng)用于持久性有機污染物和有機金屬化合物的形態(tài)分析的微波消解樣品前處理技術(shù)也逐步發(fā)展起來了。,第

40、四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,一、元素總量分析 比傳統(tǒng)的樣品前處理大大減少了操作步驟，將原來前處理的時間由原來的幾個小時甚至十幾個小時縮短到幾分鐘到十幾分鐘，提高了樣品的回收率，節(jié)省了試劑并減少了對環(huán)境造成的污染。 尤其對組成復(fù)雜的樣品基體，前處理時間的極大縮短節(jié)省了人力、物力，使工作效率極大提高。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,一、元素總量分析環(huán)境樣

41、品（1）水 在微波消解條件下，用酸性溴化鉀-溴酸鉀或過硫酸鹽在很短的時間內(nèi)就可以將基體中各種形態(tài)的元素消解氧化成無機離子的最高價態(tài)，而后進(jìn)入原子吸收檢測器檢測。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,一、元素總量分析環(huán)境樣品（2）土壤和沉積物 主要是重金屬 無機砷僅在鹽酸和碘化鉀的存在下就能萃取出來，而有機砷則必須在濃硝鹽存在的情況下才能萃取出來。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用

42、,一、元素總量分析2. 生物樣品（1）植物 對纖維含量高的樣品，如木材、根莖和樹皮等，需要許多程序逐步消解，而海藻和樹葉等樣品一步即可消解完全。（2）血樣 選擇用稀鹽酸和稀硫酸作為萃取溶劑在將元素全部消解氧化的同時又可避免因酸的濃度較高時消解管內(nèi)大量泡沫的產(chǎn)生。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,一、元素總量分析2. 生物樣品 （3）動物 先在室溫下消解，然后放入90 oC 水

43、浴中加熱2h再微波消解。 先在低功率微波條件下對樣品進(jìn)行消解，而后增大功率消解。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,二、有機金屬化合物形態(tài)分析的樣品前處理 在密閉微波消解裝置中用濃的強酸介質(zhì)處理樣品，樣品則完全氧化消解，各元素均以最高或較高價態(tài)的無機離子形態(tài)存在，不能用于有機金屬化合物各個形態(tài)的測定。 研究人員用敞口聚焦微波消解裝置或密閉低功率微波消解裝置，并加入稀酸或

44、有機溶劑對樣品進(jìn)行萃取，可以有效地把有機金屬化合物萃取出來。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,二、有機金屬化合物形態(tài)分析的樣品前處理有機錫化合物 Szpunar綜述了低功率聚焦微波消解技術(shù)在有機錫化合物萃取中的應(yīng)用。利用聚焦微波消解技術(shù)，可將萃取時間從24h縮短至3-5分鐘。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,二、有機金屬化合物形態(tài)分析的樣品前處理有機砷化合物

45、 Claire Demesmay利用鹽酸-硝酸、正磷酸和草酸銨作為萃取溶劑萃取了沉積物中的砷化合物。有機砷如-甲基胂酸和二甲基胂酸比較容易萃取出來，而且在不同的介質(zhì)中都比較穩(wěn)定，其萃取效率達(dá)96%以上。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,二、有機金屬化合物形態(tài)分析的樣品前處理3. 有機汞化合物 Lorenzo 綜述了水系沉積物中甲基汞的萃取方法，把微波萃取與傳統(tǒng)的萃取方法做了比較。微波

46、消解能克服傳統(tǒng)萃取方法的不足，在密閉系統(tǒng)中以略高于溶劑沸點的溫度在幾分鐘之內(nèi)就可以把汞化合物萃取出來。此外微波消解能同時進(jìn)行幾個樣品的處理，所需的有毒溶劑的量也非常少，樣品基體對它基本上沒有影響。,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,二、有機金屬化合物形態(tài)分析的樣品前處理4. 硒化合物,第四節(jié) 微波技術(shù)在環(huán)境樣品和生物樣品前處理中的應(yīng)用,三、持久性有機污染物的樣品前處理多環(huán)芳烴類化合物多氯聯(lián)苯類化合物殺蟲劑和

47、除草劑酚類化合物,,,今后的主要研究方向,微波萃取技術(shù)是樣品前處理的有效手段，已成為實現(xiàn)樣品前處理自動化化的關(guān)鍵技術(shù)之一。今后的研究方向主要應(yīng)集中于以下兩點。 1. 加強微波萃取的基礎(chǔ)理論研究 雖然許多研究者對微波萃取機理進(jìn)行了大量的研究，但由于基體物質(zhì)和被萃取物質(zhì)的復(fù)雜性，在萃取機理方面仍有許多工作要做。,,,,今后的主要研究方向,今后應(yīng)特別注重微波作用下的傳質(zhì)機理研究,并建立描述微波萃取過程的熱力學(xué)和動力學(xué)模型,這對微波

48、萃取設(shè)備的開發(fā)和過程的優(yōu)化設(shè)計是至關(guān)重要的。此外,迄今為止,有關(guān)微波萃取技術(shù)用于提高目標(biāo)化合物的含量或收率以及縮短提取時間方面的報道很多,但有關(guān)微波對目標(biāo)化合物的內(nèi)在作用和目標(biāo)化合物性質(zhì)的影響研究則少有報道,這方面尚有許多工作要做。,,,,今后的主要研究方向,2. 微波萃取過程的工程化研究 有關(guān)微波萃取技術(shù)分離目標(biāo)化合物的報道很多，但大多數(shù)微波萃取過程還停留于實驗室小樣品的提取及分析，所用設(shè)備較為簡陋，許多甚至還在使用家用微波爐，因而