理学微波萃取在中药有效成分提取及环境激素分析中的应用课件

微波萃取在中药有效成分提取及 环境激素分析中的应用 1 Contents 微波简介及在化学中的应用 微波辅助萃取及影响因素 微波在中药有效成分提取中的应用 微波在环境激素分析中的应用 实验室介绍 2 一、微波简介及在化学中的应用 3 微波（Microwave） 微波是一种波长为1mm1m的非电离 的电磁波，以直线方式传播，并具有反射 、折射、衍射等光学特性。微波遇到金属 物质会被反射，但遇到非金属物质则能穿 透或被吸收。微波的电场频率介于 300MHz300GHz之间，常用的微波频率为 2450MHZ。 一、微波简介及在化学中的应用 4 微波是一种非电离的电磁辐射，被辐射物质 的极性分子在微波电磁场中可快速转向并定向排 列，由此产生的撕裂和相互摩擦将引起物质发热 ，即将电能转化为热能，从而产生强烈的热效应 。 因此，微波加热过程实质上是介质分子获得 微波能并转化为热能的过程。 一、微波简介及在化学中的应用 5 传统的加热方式中，容器壁 大多由热的不良导体制成， 热由器壁传导至溶液内部需 要一定的时间；此外，液体 表面气化而引起的对流传热 将形成自内而外的温度梯度 ，因而仅一小部分液体与外 界温度相当。. 微波加热是一个内部加热过 程，它不同于普通的外加热 方式将热量由外向内传递， 而是同时直接作用于内部和 外部的介质分子，使整个物 料被同时加热，从而克服传 统的传导式加热方式所存在 的温度上升较慢的缺陷。 一、微波简介及在化学中的应用 微波加热与传统加热的区别 6 一、微波简介及在化学中的应用 7 一、微波简介及在化学中的应用 1-搅拌器；2-磁控管； 3-反射板；4-腔体； 5-塑料盘 磁控管是微波发生器，能产生每秒钟振动频率 为24.5亿次的微波。这种肉眼看不见的微波， 能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也 随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于 是食物“煮”熟了。 微波炉的工作原理 8 在微波能的 作用下，选择性 的将样品中的目 标组分以其初始 形态的形式萃取 出来的技术。 在微波能的 作用下，破坏样 品中目标组分的 初始形态，而使 其以无机离子最 高或较高价态的 形式萃取出来。 在微波的条 件下，利用其加 热快速、均质与 选择性等优点， 应用于现代有机 合成研究中的技 术。 微波消解微波合成微波萃取 一、微波简介及在化学中的应用 常用微波技术 9 物质分类 一、微波简介及在化学中的应用 根据物质 与微波 作用的 特点进 行分类 反射微波的物质是金属类物质，微故接触到这些 物质时发生反射，根据一定的几何形状，这些物 质可把微波传输、聚焦或限制在一定的范围内。 透过微波的物质是很少吸收微波能的物质，从 分子结构特性上讲是一些非极性物质，如烷烃 ，聚乙烯等，微波穿过这些物质时，其能量几 乎投有损失。 吸收微波的物质是可以把微波转化为热能的物 质，如水，乙醇、酸、碱和盐类，这些物质吸 收微波后，使自身温度升高，并使共存的其他 物质一起受热。 10 一、微波简介及在化学中的应用 2 有机合成 无机固相反应 分析化学 催化化学 1 3 4 微波在化学 中的应用 其他 5 11 二、微波辅助萃取及影响因素 12 二、微波辅助萃取及影响因素 微波辅助萃取（Microwave-assisted Extraction， MAE)是在目标化合物的提取过程中(或提取的前处理)加入 微波场，利用微波场的特点来强化有效成分浸出的新型提 取技术。利用吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区 域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取 物质从基体或体系中分离出来，进入到介电常数较小、微 波吸收能力相对较差的萃取剂中。 v微波辅助萃取 13 二、微波辅助萃取及影响因素 v微波萃取的机理可从三个方面来分析： v 微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部过程。 物料内部吸收微波，温度迅速上升,使萃取物的压力超过物料所 能承受的能力,结果使萃取物从物料中自由流出,并溶解于萃取介质 中。 v 由于微波频率与分子转动频率相关连。 因此微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的 非离子化辐射能。当它作用于分子时,可促进分子的转动运动,若分 子具有一定的极性，即可在微波场的作用下产生瞬时极化,并以24.5 亿次/秒的速度作极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子间 的摩擦和碰撞,并迅速生成大量的热能,促使萃取物扩散至溶剂中。 14 v 微波所产生的电磁场，加速被萃取组分分子由固体内部向固液界 面扩散的速率。 溶剂在微波场作用下，由高速转动状态转变为激发态，这是一种 高能量的不稳定状态。此时溶剂分子或者汽化，以加强萃取组分的驱 动力；或者释放出自身多余的能量回到基态，所释放出的能量将传递 给其他物质的分子，以加速其热运动，从而缩短萃取组分的分子由固 体内部扩散至固液界面的时间，最大限度地保证萃取物的质量。 二、微波辅助萃取及影响因素 15 二、微波辅助萃取及影响因素 4. 无需干燥等预处理，简化 了工艺，降低了成本 1. 试剂用量少， 节能，污染小 5. 微波萃取的处理 批量较大，萃取效率 高，省时 6. 生物效应，加速细胞膜破裂 2.加热均匀， 且热效率较高 3. 微波萃取不存在热 惯性，过程易于控制 优势 v微波辅助萃取的优势 16 微波萃取仅适用于热稳定性物质的提取，对于热 敏性物质，微波加热可能使其变性或失活。 微波萃取过程中目标化合物因受热而分解，一些 不希望得到的组分也会溶解于溶剂中，从而使微波萃 取的选择性差显著降低。 二、微波辅助萃取及影响因素 v微波辅助萃取的局限性 17 二、微波辅助萃取及影响因素 滤液溶剂与萃取组分分离 萃取组分 混合微波萃取冷却过滤原料预处理 溶剂 v微波辅助萃取工艺流程图 18 微波加热体系有密闭式和敞开式两类。 微波萃取方法一般有三种：常压法、高压法、连续 流动法。 二、微波辅助萃取及影响因素 v微波加热体系分类 19 二、微波辅助萃取及影响因素 常压微波回流装置示意图 1.微波炉 2.瓶架 3.蒸馏瓶 4.搅拌器 5. 铜管6. 冷 凝管 7.监视器 8.控制面板 新仪 MAS-3 普及型微波合成反应仪 v常压法装置 20 二、微波辅助萃取及影响因素 屹尧Excel微波化学工作站 v高压法装置 21 二、微波辅助萃取及影响因素 流动萃取装置图 1.萃取剂 2.泵 3.微波炉 4.萃取单元 5.温度控制器 6.热电偶 7.监视器 8.记录仪 9.限流器 10.收集瓶 Flow SYNTH连续流动微 波系统 v连续流动法装置 22 v微波辅助萃取影响因素： 二、微波辅助萃取及影响因素 萃取溶剂 萃取温度 微波功率 萃取时间 基体物质 粒径 液固比 溶液pH 影 响 因 素 23 v微波辅助萃取影响因素 v 1、萃取溶剂 v 根据目标化合物在溶剂中的溶解性能差异，选用对目 标化合物溶解度大，而对基体溶解度小的溶剂。 v 溶剂应有一定极性。由于非极性溶剂不能吸收微波, 为加速萃取过程,可在非极性溶剂中加入极性溶剂。 v 微波萃取所选用的溶剂必须对微波透明或半透明，介 电常数应在8-28的范围内。 v 溶剂对萃取成分的后续测定干扰少。 二、微波辅助萃取及影响因素 24 常用萃取剂： 一元溶剂： 甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯甲烷 、四氯甲烷、己烷、异辛烷、 2 , 2 , 4 -三甲基戊 烷、四甲基胺等有机溶剂。 硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等无机试剂。 二元溶剂： 己烷-丙酮、水-甲苯等一些混合溶剂。 二、微波辅助萃取及影响因素 25 二、微波辅助萃取及影响因素 v微波辅助萃取影响因素 v2、萃取温度 v萃取温度应低于萃取溶剂的沸点，不同的物质最佳萃取 温度不同。 v3、微波功率 v当时间一定时，功率越高，萃取的效率就越高，萃取就 越完全。但是如果超过一定限度，则会使萃取体系压力升 高到冲开容器安全阀。一般所选用的微波功率在200-1000W 范围内。 26 v微波辅助萃取影响因素 v 4、粒径 v 与传统提取方法一样,被提取物经过适当破碎，可以 增大接触面积,有利于萃取过程的进行。 v 5、萃取时间 v 萃取率会随着时间测增长而提高，之后趋于稳定。最 佳萃取时间与物质种类、样品量、含水量、溶剂体积 和加热功率等有关。一般情况下为 10-15min。 二、微波辅助萃取及影响因素 27 三、微波在中药有效成分提取中的 应用 28 三、微波在中药有效成分提取中的应用 v中药有效成分的提取和分离,是现代中药研究的关 键与前提。 v常见中药有效成分有： 生物碱类、黄酮类、皂苷类、醌类、萜类、 多糖等。 29 三、微波在中药有效成分提取中的应用 v中药有效成分的提取方法： 传统方法： 浸渍法 煎煮法 渗漉法 回流提取法 水蒸气蒸馏法 现代方法： 超声波提取法 超临界流体提取法 微波萃取法 酶提取法 逆流色谱提取法 30 三、微波在中药有效成分提取中的应用 v定性鉴别 薄层色谱 气相色谱 液相色谱 显色反应 v 定量分析 化学分析法 分光光度法 薄层色谱法 高效液相色谱法 气相色谱法 比色法 v中药有效成分常用分析方法 31 四、微波在环境激素提取中的应用 32 四、微波在环境激素提取中的应用 环境激素(Environment Hormone)： 人类在生产和生活过程中产生并释放到环境中的持久存在、能引 起人类或其他生物体内天然激素分泌失调，最终导致病变的一类化学 物质。 有毒 化学污染物 天然激素人工激素 环境激素环境激素 70%70% 33 四、微波在环境激素提取中的应用 除草剂 杀虫剂 防腐剂 60%60%属于农药成分属于农药成分 塑料增塑剂 环环 境境 激激 素素 洗涤剂 无机重金属 持久性有机污染物持久性有机污染物( (POPsPOPs) ) 34 四、微波在环境激素提取中的应用 分离富集 化学修复 生物修复 植物修复 联合修复 检测 修复 量子点荧光免疫 化学发光免疫 荧光标记- 毛细管电泳 分子印迹- 固相萃取柱 免疫亲和色谱柱 离子液体- 微波辅助萃取 35 四、微波在环境激素提取中的应用 v微波辅助萃取在农残分析中的应用实例： 离子液体-微波辅助萃取土壤中有机氯类环境激素 主要应用领域 ： 工业合成、催化、电化学、萃取等。 组成与分类： 由阴离子和阳离子组成。可按其组成分类。 定义及性质： 全部由离子组成。粘度大、液态窗口宽、 电化学窗口宽等。 36 MAE作为一种分析试样预处理的手段，目前主 要用于土壤、沙石、植物等固体试样中各种污染 物的分离富集上，萃取对象包括杀虫剂、除草剂 、多环芳烃、多