微波萃取技术.pptx

微微 波波 萃萃 取取 技技 术术微波萃取微波萃取 微波萃取（微波萃取（Microwave Aided Extraction，MAE）是指在微波能的作用下，用溶剂将）是指在微波能的作用下，用溶剂将样品基体中的待测组分溶出的过程。样品基体中的待测组分溶出的过程。五十年五十年代就开始利用微波干燥加工，直到代就开始利用微波干燥加工，直到1975年才年才首次用在分析化学中。微波萃取法由于设备首次用在分析化学中。微波萃取法由于设备简单、萃取时间短、选择性好、回收率高、简单、萃取时间短、选择性好、回收率高、试剂用量少、污染低、可用水作萃取剂、可试剂用量少、污染低、可用水作萃取剂、可同时处理多个样品等优点。同时处理多个样品等优点。1.微波加热原理：微波加热原理：微波微波300300000Mhz间的电磁波。微波密闭间的电磁波。微波密闭消解常用消解常用2450Mhz为工作频率。微波产生的电磁为工作频率。微波产生的电磁场正负信号变换场正负信号变换 24.5亿次亿次/每秒钟，溶液中极性分每秒钟，溶液中极性分子在微波电场作用下，以子在微波电场作用下，以24.5亿次亿次/每秒钟的速度每秒钟的速度改变其正负方向，使分子产生高速的碰撞和摩擦改变其正负方向，使分子产生高速的碰撞和摩擦而产生高热。同时还有离子的导电作用。而产生高热。同时还有离子的导电作用。2.2.微波的特性微波的特性1）金属材料不吸收微波，只能反射微波。金属材料不吸收微波，只能反射微波。2）绝缘体可以透过微波，它几乎不吸收微波的能量。如绝缘体可以透过微波，它几乎不吸收微波的能量。如玻璃、玻璃、陶瓷、塑料陶瓷、塑料（聚乙烯、聚苯乙烯）、聚四氟乙烯、（聚乙烯、聚苯乙烯）、聚四氟乙烯、石英、纸张等，它们对微波是透明的，微波可以穿透它石英、纸张等，它们对微波是透明的，微波可以穿透它们向前传播。们向前传播。3）极性分子的物质会吸收微波（属损耗因子大的物质），）极性分子的物质会吸收微波（属损耗因子大的物质），如：水、酸等。如：水、酸等。（一）基本原理（一）基本原理 微波是指波长在微波是指波长在1mm至至1m之间，频率在之间，频率在30MHz至至300000MHz之内的电磁波。它介于红外线之内的电磁波。它介于红外线和无线电波之间。微波萃取的和无线电波之间。微波萃取的特点特点可涉及两个方面：可涉及两个方面：1.微波辐射能穿透萃取介质，可到达物料的内部，微波辐射能穿透萃取介质，可到达物料的内部，由于吸收微波能，内部温度迅速上升，增大被分离由于吸收微波能，内部温度迅速上升，增大被分离物质在介质中的溶解度；物质在介质中的溶解度；2.微波所产生的电磁场加速被萃取部分成分向萃取溶微波所产生的电磁场加速被萃取部分成分向萃取溶剂界面扩散，剂界面扩散，用水作溶剂时，在微波场下，水分子用水作溶剂时，在微波场下，水分子高速转动成为激发态，这是一种高能量不稳定状态，高速转动成为激发态，这是一种高能量不稳定状态，或者水分子汽化，加强萃取组分的驱动力；或者水或者水分子汽化，加强萃取组分的驱动力；或者水分子本身释放分子本身释放 能量回到基态，所释放的能量传递给其他物质分子能量回到基态，所释放的能量传递给其他物质分子加速其热运动，缩短萃取组分的分子由物料内部扩加速其热运动，缩短萃取组分的分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间，从而使萃取速率提高数散到萃取溶剂界面的时间，从而使萃取速率提高数倍，同时还降低了萃取温度，最大限度保证萃取的倍，同时还降低了萃取温度，最大限度保证萃取的质量。质量。微波作用的物质：微波作用的物质：（1）由极性分子所组织的物质，能较好地吸收微）由极性分子所组织的物质，能较好地吸收微波能。水分子呈极强的极性，是吸收微波的最好介波能。水分子呈极强的极性，是吸收微波的最好介质，所以凡含水分子的物质必定吸收微波。质，所以凡含水分子的物质必定吸收微波。（2）另一类由非极性分子组成，它们基本上不吸）另一类由非极性分子组成，它们基本上不吸收或很少吸收微波，这类物质有聚四氟乙烯、聚丙收或很少吸收微波，这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，它们能透过微波，而不吸收微波。这类材料可作为它们能透过微波，而不吸收微波。这类材料可作为微波加热用的容器或支承物。微波加热用的容器或支承物。（3）金属导体材料能很好的反射微波，可做其密封）金属导体材料能很好的反射微波，可做其密封材料。材料。二、微波萃取设备及萃取步骤二、微波萃取设备及萃取步骤 1.设备设备 带有控温附件的微波制样设备，微波萃取用带有控温附件的微波制样设备，微波萃取用制样杯（一般为聚四氟乙烯材料）。制样杯（一般为聚四氟乙烯材料）。2.步骤步骤 微波萃取主要适合于固体或半固体样品，微波萃取主要适合于固体或半固体样品，样品制备整个过程包括粉碎、与溶剂混合、样品制备整个过程包括粉碎、与溶剂混合、微波辐射、分离萃取液等步骤，具体如下：微波辐射、分离萃取液等步骤，具体如下：准确称取一定量的待测样品置于微波制样杯准确称取一定量的待测样品置于微波制样杯内，根据萃取物情况加入适量的萃取溶剂内，根据萃取物情况加入适量的萃取溶剂(不不超过超过50mL)。按微波制样要求，把装有样品。按微波制样要求，把装有样品的制样杯放到密封罐中，然后把密封罐放到的制样杯放到密封罐中，然后把密封罐放到微波制样炉里。设置目标温度和萃取时间，微波制样炉里。设置目标温度和萃取时间，加热萃取直至加热结束。把制样罐冷却至室加热萃取直至加热结束。把制样罐冷却至室温，取出制样杯，过滤或离心分离，制成可温，取出制样杯，过滤或离心分离，制成可进行下一步测定的溶液。进行下一步测定的溶液。常规的微波萃取方法是把极性溶剂常规的微波萃取方法是把极性溶剂(如如丙酮丙酮)或极性溶剂和非极性溶剂混合物或极性溶剂和非极性溶剂混合物(如丙如丙酮酮+正己烷正己烷,或甲醇或甲醇+乙酸等乙酸等)，与被萃取样品，与被萃取样品混合，装入微波制样容器混合，装入微波制样容器(一般为一般为PFA杯杯)中，中，在密闭状态下，放入微波制样系统中加热。在密闭状态下，放入微波制样系统中加热。根据被萃取组分的要求，控制萃取压力或温根据被萃取组分的要求，控制萃取压力或温度和时间；加热结束时，把样品过滤，滤液度和时间；加热结束时，把样品过滤，滤液直接进行测定，或作相应处理后进行测定。直接进行测定，或作相应处理后进行测定。一般情况下，微波萃取加热时间约一般情况下，微波萃取加热时间约510分分钟，萃取溶剂和样品总体积不超过制样杯体钟，萃取溶剂和样品总体积不超过制样杯体积的积的1/3。三、萃取条件的选择三、萃取条件的选择 萃取条件的选择主要包括萃取溶剂、萃萃取条件的选择主要包括萃取溶剂、萃取温度、萃取时间、溶液取温度、萃取时间、溶液pH值。值。1.萃取溶剂萃取溶剂 （1）因非极性溶剂不能吸收微波能，所以）因非极性溶剂不能吸收微波能，所以不能用不能用100的非极性溶剂作微波萃取溶剂，的非极性溶剂作微波萃取溶剂，一般可在非极性溶剂中加入一定比例的极性一般可在非极性溶剂中加入一定比例的极性溶剂来使用。溶剂来使用。如使用正己烷如使用正己烷-丙酮丙酮(1:1)混合溶剂从土壤混合溶剂从土壤和沉积物中提取多环芳烃等有机污染物。和沉积物中提取多环芳烃等有机污染物。（2）利用微波能进行萃取分离时，除了要考虑溶剂）利用微波能进行萃取分离时，除了要考虑溶剂的极性，还要求溶剂对分离成分有较强的溶解能力，的极性，还要求溶剂对分离成分有较强的溶解能力，对萃取成分的后续操作干扰较少。对萃取成分的后续操作干扰较少。已见报道用于微波萃取的溶剂有：甲醇，乙醇，已见报道用于微波萃取的溶剂有：甲醇，乙醇，异丙醇，丙酮，二氯甲烷，正己烷，异辛烷，乙腈，异丙醇，丙酮，二氯甲烷，正己烷，异辛烷，乙腈，苯，甲苯等。如应用正己烷作溶剂，从薄荷和大蒜苯，甲苯等。如应用正己烷作溶剂，从薄荷和大蒜等生物物料中微波萃取精油。等生物物料中微波萃取精油。有时样品可含有一定的水分，或将干燥的样品有时样品可含有一定的水分，或将干燥的样品用水润湿后再加入溶剂进行微波萃取辐射，都能取用水润湿后再加入溶剂进行微波萃取辐射，都能取得较好的结果。有研究表明以异辛烷为萃取剂分离得较好的结果。有研究表明以异辛烷为萃取剂分离沉积物中的杀虫剂时，样品水分为沉积物中的杀虫剂时，样品水分为15%15%时微波萃取时微波萃取效率最高。效率最高。2.2.萃取温度萃取温度 在微波密闭容器中，由于内部压力可达在微波密闭容器中，由于内部压力可达到十几个大气压，因此，溶剂沸点比常压下到十几个大气压，因此，溶剂沸点比常压下的溶剂沸点要高得多，例如在密闭容器中丙的溶剂沸点要高得多，例如在密闭容器中丙酮的沸点提高到酮的沸点提高到164164（常压下：（常压下：56.256.2）。）。因此，用微波萃取可以达到常压下使用同样因此，用微波萃取可以达到常压下使用同样的溶剂达不到的萃取温度，以提高萃取效率，的溶剂达不到的萃取温度，以提高萃取效率，而又不至于分解待测萃取物，例如，对有机而又不至于分解待测萃取物，例如，对有机氯农药微波萃取实验表明，萃取温度在氯农药微波萃取实验表明，萃取温度在120120可获得最好的回收率。可获得最好的回收率。3.萃取时间萃取时间 微波萃取时间与被测物样品量、溶剂体积和微波萃取时间与被测物样品量、溶剂体积和加热功率有关。一般情况下，萃取时间在加热功率有关。一般情况下，萃取时间在10-15min内。在萃取过程中，一般加热开始内。在萃取过程中，一般加热开始1-2min即可达到即可达到所要求的萃取温度。所要求的萃取温度。4.溶液溶液pH值值 溶液的溶液的pH值也会对微波萃取的效率产生一定值也会对微波萃取的效率产生一定的影响，针对不同的萃取样品，溶液有一个最佳的的影响，针对不同的萃取样品，溶液有一个最佳的用于萃取的酸碱度。有文献考察了从土壤中萃取除用于萃取的酸碱度。有文献考察了从土壤中萃取除草剂三嗪时分别用草剂三嗪时分别用NaOH、NH3-NH4Cl、HAc、NaAc和和HCl调节溶剂调节溶剂pH值对回收率的影响。研究值对回收率的影响。研究结果表明：当溶剂的结果表明：当溶剂的pH值介于值介于4.79.8时，除草剂时，除草剂三嗪的回收率最高。三嗪的回收率最高。四、特点四、特点 与传统的样品预处理技术如索氏抽提、与传统的样品预处理技术如索氏抽提、超声波萃取相比，微波萃取的主要特点是超声波萃取相比，微波萃取的主要特点是快速与节能，而且有利干萃取热不稳定物快速与节能，而且有利干萃取热不稳定物质，可以避免长时间的高温引起样品分解，质，可以避免长时间的高温引起样品分解，有助于被萃取物质从样品基体上解吸，故有助于被萃取物质从样品基体上解吸，故特别适合于快速处理大量的样品。特别适合于快速处理大量的样品。五、应用五、应用 微波萃取技术已应用于土壤、沉积物中微波萃取技术已应用于土壤、沉积物中多环芳烃、农药残留、有机金属化合物、植多环芳烃、农药残留、有机金属化合物、植物中有效成分、害物质、霉菌毒素、矿物中物中有效成分、害物质、霉菌毒素、矿物中金属的萃取以及血清中药物，生物样品中农金属的萃取以及血清中药物，生物样品中农药残留的萃取研究。药残留的萃取研究。此外，微波萃取也用于植物中有效成分的此外，微波萃取也用于植物中有效成分的萃取、如粮食和牛奶中维生素萃取、如粮食和牛奶中维生素B的提取，中的提取，中药中皂甙的提取，蔬菜类植物中吡咯双烷基药中皂甙的提取，蔬菜类植物中吡咯双烷基生物碱的提取等。在临床上微波萃取主要用生物碱的提取等。在临床上微波萃取主要用于选择性人血或血清中的药物等。于选择性人血或血清中的药物等。