超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术

——高等分析化学论文

学院：化学学院 姓名：于艳新 年级：2011级 学号：2011012826

超临界流体萃取技术

超临界为超临界流体，是介于气液之间的一种既非气态又非液态的物态，这种物质只能在其温度和压力超过临界点时才能存在。超临界流体的密度较大，与液体相仿，与溶质分子的作用力很强，很容易溶解其他物质。而它的粘度又较接近于气体，所以传质速率很高，加上表面张力小，容易渗透固体颗粒，因此超临界流体是一种十分理想的萃取剂，可使萃取过程在高效、快速又经济的条件下完成。

超临界流体的溶剂强度取决于萃取的温度和压力。利用这种特性，只需改变萃取剂流体的压力和温度，就可以把样品中的不同组分按在流体中溶解度的大小，先后萃取出来。在低压下弱极性的物质先萃取，随着压力的增加，极性较大和大分子量的物质会随后析出，所以在程序升压下进行超临界萃取不同萃取组分，同时还可以起到分离的作用。

温度的变化可以影响萃取剂的密度与溶质的蒸汽压这两个因素，在低温区（仍在临界温度以上），温度升高时，流体密度会降低，而溶质蒸汽压则增加不多，因此，在萃取剂的合理溶解能力内的升温可以使溶质从流体萃取剂中析出。温度进一步升高到高温区时，虽然萃取剂的密度进一步降低，但溶质蒸汽压增加，挥发度提高，萃取率不但不会减少反而有增大的趋势。

除压力与温度外，在超临界流体中加入少量其他溶剂也可改变它对溶质的溶解能力。其作用机理至今尚未完全清楚。通常加入量不超过10%，且以极性溶剂甲醇、异丙醇等居多。加入少量的极性溶剂，可以使超临界萃取技术的适用范围进一步扩大到极性较大化合物。

物质是以气、液和固3种形式存在，在不同的压力和温度下可以相的转换。在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相，此时的温度即被称之为临界温度Tc；而在临界温度下，气体能被液化的最低压力称为临界压力Pc。当物质所处的温度高于临界温度，压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。在压温图中，高于临界温度和临界压力的区域就称为超临界区，如果流体被加热或被压缩至其临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液体性质，同时还保留有气体性能，这种状态的流体称为超临界流体。

超临界CO2流体萃取（SFE）分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。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，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。

超临界流体萃取技术作为一种新型的物质分离技术，与传统的液—液萃取相比，具有以下一些特点：

（1）超临界流体萃取可在常温或接近常温的条件下溶解挥发性小的物质而形成一个负载的超临界流体相，在萃取后，溶质和超临界溶剂间的分离可用等温减压或等压升温的方法，故特别适合于热敏性物质的提取，如从各种植物中提取生理活性物质。分离温度一般不超过60 ℃，并且整个萃取过程处于密闭状态，排除了药物氧化和见光分解的可能性；而传常用的液—液萃取需将溶剂加到要分离的混合物中，形成液体混合物，对萃取后的液体混合物通常用蒸馏方法把溶剂和溶质分开，这往往对热敏性物质的处理不利。

（2）超临界流体的萃取能力主要与其密度有关，而超临界流体的密度可在相当宽的范围内随其压力和温度的改变而改变，选用适当的压力和温度可对其萃取和分离过程进行方便的控制。而溶剂萃取能力往往取决于温度和混合溶剂的组成，与压力的关系不大。

（3）超临界流体萃取溶质后，只需降压或升温即可将溶剂完全回收并循环使用，一方面因为可以不必像液—液萃取那样蒸馏处理回收溶剂，从而节约大量能源。另一方面，由于溶剂完全从溶质中脱出，溶质中没有溶剂残留，使被萃取物质不会被有毒的有机溶剂所污染。因此，超临界流体萃取特别适用于食品、天然香料、医药及生物工程中各种物质的萃取和精制，是一种绿色、可持续发展的萃取技术。 （4）由于超临界流体物性的优越性，提高了溶质的传质速率和传质能力，大大缩短了萃取的操作时间，同时得到较高的萃取率。

（5）超临界流体萃取的原料不需要繁复的预处理，可同时进行萃取和分离操作。

与传统的液—液萃取相比，超临界流体萃取流程简单，步骤少。

（6）在大多数情况下，溶质在超临界流体相中的浓度很小，超临界相组成接近于纯的超临界相；而液—液萃取的萃出相为液相，溶质的浓度可以相当大。 （7）超临界流体萃取一般在高压条件下进行，根据萃取物的不同，其最佳萃取压力从9MPa到40 MPa以上，设备的一次性投资较大，同时萃取釜一般无法连续操作；而液—液萃取往往在常压下操作。

超临界CO2萃取的特点决定了其应用范围十分广阔。如在医药工业中，可用于中草药有效成份的提取，热敏性生物制品药物的精制，及脂质类混合物的分离；在食品工业中，啤酒花的提取，色素的提取等；在香料工业中，天然及合成香料的精制；化学工业中混合物的分离等。具体应用可以分为以下几个方面：

1. 在中草药有效成分提取分离中的应用

从动植物中提取有效药物成分仍是目前超临界流体萃取在医药工业中应用较多的一个方面，其中从中草药中提取挥发油与精油的研究最为广泛，挥发油是芳香性药材药效的物质基础，传统提取挥发油的方法多用水蒸气蒸馏法，不仅加热时间长、耗能大，而且很多挥发油含有热敏性成分，易受热分解变质，而二氧化碳超临界萃取法可在较低的温度下进行，可保留植物原有的品质，因此该方法用于挥发油的提取有着独特的优势。此外还有对生物碱的提取应用，生物碱的提取传统上多以水和有机溶剂为溶媒，常采用醇提水沉、水提醇沉等方法，但各种方法普遍存在着工艺复杂、污染产品、有效成分损失较多且易受破坏等缺点。同时生物碱在中草药中的含量较低，一般提取率低、提取时间长，而采用超临界萃取技术大大改善了上述缺点。此外超临界萃取技术还应用于香豆素与木脂素、脂肪酸、黄酮类化合物、醌及其衍生物、糖及其苷类等近百个品种的研究。超临界流体萃取技术在中药有效成分提取和研究方面的巨大优越性，将会使该技术在中药有效成分的提取及质量研究方面得到更广泛的应用。 2.在药物分析中的应用

超临界流体萃取在药物分析中的应用是近期形成的一门新技术，随着超临界流体萃取分离技术的发展，超临界萃取技术与其他分析技术的联用也日益广泛，并形成同时具有GC和HPLC优点的新一代色谱法———超临界流体色谱法（SFC）。它克服了GC有时要作衍生物的缺点，同时SFC除了可采用HPLC常用的UV检测器外，

还可以使用GC中的FID·MS·IR等通用检测器，大大提高分析的灵敏度和应用范围，特别是毛细管SFC/MS联用，为分析热不稳定和高分子量的化合物提供了重要的分析手段。随着分析技术的提高，近些年，SFE-HPLC联用，SFE-TLC联用，SFE-GC联用，SFE与超临界流体色谱（SFC） 的联用等技术在药物分析领域的应用得到了迅速发展。

与超临界萃取类似的亚临界指物质存在的状态条件，是指某些物质在温度高于其沸点但低于临界温度，以流体形式且压力低于其临界压力存在的物质。当温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度叫该气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫临界压力。 1、二氧化碳溶剂超临界萃取

这种萃取方法是低温加工，可提取出质量较好的有效成分，无溶剂残留。但是，设备一次性投入较大，因为在高压力状态下进行萃取，萃取缶体积较小（最大的1000升），生产能力有限，无法形成工业化大规模生产，产品成本高。 2、亚临界（丁烷等）低温萃取

这种方法整个生产过程在低温下进行，物料营养成分不会受到破坏，且得率高，产品的品相较好。质量可与二氧化碳超临界萃取相媲美。 可以形成规模化生产，一次性设备投入少。生产成本低。环保节能。该技术已在贵重油料、辣椒红色素及万寿菊叶黄素等色素等领域得到很好的应用（安阳市晶华油脂工程有限公司专利技术）。

参考文献

[1]超临界萃取诺丽籽油工艺研究-现代食品科技-2011年 第3期 (27) [2]连续进料中试超临界萃取装置工艺初步设计的研究-机电信息2011年 第8期

[3]连续进料中试超临界萃取釜结构初步设计的研究-机电信息-2011年 第11期 [4]廖传华，黄振仁.超临界CO2流体萃取技术———工艺开发及其应用.北京：化学工业出版社，2004

[5]王艳艳 王团结 宋娟———超临界流体萃取技术与装置研究

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7jod.html