超临界流体萃取技术1

超临界流体萃取技术

摘要：本文介绍了常用的超临界流体萃取技术。从超临界流体萃取分离离子液体与有机物以及超临界流体CO2萃取中药有效成分两个实例出发，介绍现代这种新型分离技术的应用以及其的先进性。并探讨了此领域今后的研究方向和工业化发展。

Abstract: this paper introduces the common supercritical fluid extraction technology. Supercritical fluid extraction and separation from ionic liquids and organic matter and supercritical fluid CO2 extraction in the TCM two examples, we introduce modern this new separation technology application and its sophistication. And discusses the future research direction in this field and industrial development.

关键词：超临界流体、萃取、离子液体、CO2、中药有效成分

一 、引言

超临界流体萃取是国际上最先进的物理萃取技术，简称SFE。在较低温度下，不断增加气体的压力时，气体会转化成液体，当温度增高时，液体的体积增大，对于某一特定的物质而言总存在一个临界温度（Tc）和临界压力（Pc），高于临界温度和临界压力后，物质不会成为液体或气体，这一点就是临界点。再临界点以上的范围内，物质状态处于气体和液体之间，这个范围之内的流体成为超临界流体（SF）。超临界流体具有类似气体的较强穿

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透力和类似于液体的较大密度和溶解度，具有良好的溶剂特性，可作为溶剂进行萃取、分离单体。

二 、超临界流体萃取分离离子液体与有机物

1．1、简介

离子液体具有一些优良的物理和化学性质，非常有希望成为传统

有机溶剂的替代溶剂。近些年来，离子液体成为化学和化工界的一个 研究热点，引起了广泛的兴趣。因为它们具有一些优良的物理和化学性质，非常有希望成为替代溶剂以克服传统有机溶剂的种种弊端。离子液体是完全由阴阳离子构成的在室温或接近室温下呈液态的有机盐类，它们溶解能力强、范围广，是许多极性的或非极性的有机物和无机物的优良溶剂；具有可忽略的蒸气压，在较高温度下也不挥发；具有合适的密度和粘度；不燃烧、不氧化、热稳定性好；物化性质可以通过替换阴阳离子及改变烷基链的长度来设计。基于咪唑基阳离子的离子液体，由于对空气和水稳定并且具有较宽的液态范围（ 约300—400℃），尤其具有吸引力。资料表明，离子液体在许多方面和有机溶剂表现得一样好，甚至更好。Brennecke和Maginn我们展示了离子液体工业应用的广阔前景，包括在催化反应、分离、清洁、电池、润滑剂及传热流体等诸多方面。对于开发这些使用离子液体的工业过程来说，如何从过程物流中分离和回收离子液体是一个很大的挑战。若不能成功开发适当的分离过程以回收离子液体，显然将会阻止其成功工业化。基于离子液体不挥发的性质，可以通过蒸馏把离子液体中的低沸点成分分离出来。但是，如果离子液体在混合物中是少量的，

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这也许不是一个经济的选择；而且在存在高沸点或热敏性物质的情况下，蒸馏几乎是不可能的。液液萃取是一个可行的方法，比如亲水性物质可以用水很容易地从憎水性的离子液体中萃取出来，己烷、乙醚等有机溶剂也可以用来萃取有机物。但是不管用有机溶剂还是用水作萃取剂，相间的交叉污染问题是不可避免的。是否需要下游进一步的分离操作，很大程度上取决于离子液体在水或有机物萃取相中的溶解度。此外，如果目标是尽量减少挥发性有机溶剂的使用，那么萃取剂的选择范围将严重受限。超临界流体萃取也是一个可行的方法。1999年，第一篇关于“超临界流体萃取离子液体中有机物”的文章在Nature上发表；随后，有许多科研人员对这一新课题进行了更为广泛和深入的研究。目前蒸馏、液液萃取和超临界萃取是三个可行的方法。其中超临界萃取可应用于离子液体与挥发的或相对不挥发的有机物的分离，而且不存在相间交叉污染，是其中较为突出的方法。 1．2、萃取分离离子液体的实验研究

1999年Blanchard等指出，超临界CO2可以从离子液体[bmim][PF6] 中萃取分离模型化合物萘，回收率大于95％，而且不存在相间交叉污染问题，如图1 所示。该文思路新颖，将两种环境友好的溶剂结合起来，进行了非常有益的开创性尝试。应当看到，这些实验只是属于可行性探索，并未考察萃取模式、萃取操作的热力学条件、相关物质的 热力学性质、流体力学以及传质等因素对萃取分离效率的影响规律。

图一 在40℃和13.8Mpa的条件下，用CO2萃取“萘/[bmim][PF6]”混

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合物的萘（0.0409g样品中含0.00252g萘；0.0431样品中含0.00265g萘；纯萘）

三、超临界流体CO2萃取中药有效成分

1.1、简介

超临界流体CO2萃取是近代化工分离中出现的高新技术，SFE将传统的蒸馏和有机溶剂的萃取结合一体，利用超临界CO2优良的溶剂力，将基质与萃取物有效分离、提取和纯化。 SFE使用超临界CO2对物料进行萃取。 CO2是安全、无毒、廉价的液体，超临界CO2具有类似气体的扩散系数、液体的溶解力，表面张力为零，能迅速渗透进固体物质之中，提取其精华，具有高效、不易氧化、纯天然、无化学污染等特点。非常适合萃取中药有效成分。 1.2、实验方法

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本实验利用超临界二氧化碳萃取技术提取中药虎杖、大黄、炒白

术中黄酮类化合物。利用邻苯三酚自氧化法测定提取物对超氧阴离子自由基的消除作用。以H2O2作氧化剂，Co可与H2O2作用通过类似Fenton反应产生羟基自由基，且羟基自由基产率大为提高。茜素紫与其发生反应，其吸光度A560发生变化，从而间接测定羟基自由基的产生量和3种中药的黄酮类萃取物对羟基自由基的消除作用。该法设备简单，试剂便宜，操作简单，易于广泛使用。3种中药的黄酮类提取物中，虎杖提取物对超氧阴离子自由基和羟基自由基消除作用较强。超临界流体萃取是一种以超临界流体代替常规有机溶剂对目标组分进行萃取和分离的新型技术。与传统的提取分离法相比，超临界流体萃取技术最大的优点是可以在近常温条件下提取分离不同极性、不同沸点的化合物，几乎保留这些中药中全部有效成分，无有机溶剂残留，因此，其中药有效成分提取的纯度高，而且收率高，操作简单、节能。实验发现，用超临界流体萃取技术提取例如川芎中的阿魏酸含量可达0.04％，而溶媒法提取阿魏酸含量仅为0.02％。说明超临界流体萃取技术在中药提取分离中的应用前景广阔，特别是对一些资源少、疗效好、剂量小、附加值高的中药极为适用。

四、小结

目前关于超临界流体萃取离子液体中有机物的研究，即使在国外也只是处于起步阶段，文献资料相对较少。对这一研究领域的深刻理解以及将来的工业化应用还需要大量的实验和理论工作。但是目前把离子液体从实验室应用到工业领域仍将面临诸多挑战，这主要包括价

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格、缺乏物理性质和腐蚀数据、缺乏毒性数据等等。随着研究的逐渐系统和深入，一定会开发出使用离子液体的催化反应、分离、清洁等工业过程。而作为从过程物流中分离和回收离子液体的超临界流体萃 取技术也因此具有广阔的工业应用前景。而利用超临界流体CO2萃取中药或其他产品的技术就相对于比较成熟。而这一新型的分离技术将在不久的将来无论在实验化还是工业化生产中都将成为主导。当然这与以后的理论研究以及实验是分不开的。

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