微波萃取技术ppt课件

1,微波辅助萃取,Microwave Assisted Extraction (MAE),2,微波辅助萃取技术 Microwave assisted extraction-MAE,微波辅助萃取 指利用微波能强化溶剂萃取效率，使固体或半固体试样中某些有机物成分（或有机污染物）与基体物质有效地分离。,3,4,MAE传热方向是从物料内到物料外，再进一步扩散到溶剂中。这与萃取过程传质方向相同，被萃取物也是从物料内扩散到物料外，再向外扩散至溶剂中。 传统热萃取的传热方向与传质方向正好相反，传质方向是从内到外，而传热方向是从外到内。,微波加热是材料在电磁场中由介质损耗而引起的体加热。,5,微波辅助萃取技术特点,（1）快速高效 样品及溶剂中的偶极分子在高频微波能的作用下，以每秒109圈的速度变换其正、负极，产生偶极涡流、离子传导和高频率摩擦，在短时间内产生大量的热量。偶极分子旋转导致的弱氢键破裂、离子迁移等加速了溶剂分子对样品基体的渗透，待分析成分很快溶剂化，使微波萃取时间缩短。,6,微波辅助萃取技术特点,（2） 加热均匀 微波加热是透入物料内部的能量被物料吸收转换成热能对物料加热，形成独特的物料受热方式，整个物料被加热，无温度梯度，即微波加热具有均匀性的优点。,7,微波辅助萃取技术特点,（3）选择性 微波对介电性质不同的物料呈现出选择性的加热特点，介电常数及介质损耗小的物料，对微波的入射可以说是“透明”的。溶质和溶剂的极性越大，对微波能的吸收越大，升温越快，促进了萃取速度。而对于不吸收微波的非极性溶剂，微波几乎不起加热作用。所以，在选择萃取剂时一定要考虑到溶剂的极性，以达到最佳效果。,8,微波辅助萃取技术特点,（4）生物效应（非热效应）由于大多数生物体内含有极性水分子，在微波场的作用下引起强烈的极性震荡，导致细胞分子间氢键松弛，细胞膜结构电击穿破裂，加速了溶剂分子对基体的渗透和待提取成分的溶剂化。因此，利用MAE从生物基体萃取待分析物时，能提高萃取效率。,9,避免长时间高温引起样品分解 试剂用量少，节能、污染小 仪器设备简单，适应面广 处理批量大，萃取效率高，省时,微波辅助萃取技术特点,10,影响微波萃取的因素,萃取溶剂 萃取温度 萃取时间 萃取功率 基体物质溶液pH值,11,1. 萃取溶剂的影响,溶剂应有一定极性；该溶剂对待分离成分有较强的溶解能力； 溶剂对萃取成分的后续测定干扰较少；溶剂的沸点。 其中溶剂的极性对萃取效率有很大的影响。,12,微波萃取的溶剂,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。,13,2. 萃取温度的影响,微波萃取一般在密闭的聚四氟乙烯罐中进行，溶剂吸收微波能后所允许达到的最高温度主要受材料耐压性的限制，因此，在微波萃取中必须通过控制密闭罐内的压力来控制溶剂温度。,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。,14,3、萃取时间的影响,微波萃取时间与被测样品量、溶剂体积和加热功率有关，一般情况下为 10-15min。,对于不同的物质，最佳萃取时间不同。萃取回收率随萃取时间的延长有所增加，但增长幅度不大，可忽略不计。,15,4. 萃取功率的影响,微波萃取功率对萃取效率具有明显的影响。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，溶液溅出，导致误差。,一般所选用的微波功率在200-1000W范围内。,16,5. 基体物质的影响,基体物质对微波萃取结果的影响可能是因为基体物质中含有对微波吸收较强的物质，或是某种物质的存在导致微波加热过程中发生化学反应。,例如：土壤基体中的有机质对萃取效率有一定影响，而无机质的影响不大。,17,6、微波萃取效率的其它影响因素,溶剂的pH值、萃取次数和萃取罐材料吸附记忆效应等因素对萃取都有不同程度的影响。,18,密闭式微波辅助萃取装置 开罐式聚焦微波辅助萃取装置在线微波萃取装置,微波辅助萃取装置进展,19,密闭式微波辅助萃取装置和萃取罐,Phytochem. Anal., 2002, 13: 105113.,20,图4 开罐聚焦式微波辅助萃取装置的示意图,Phytochem. Anal., 2002, 13: 105113.,21,开罐聚焦微波辅助索式萃取装置,Talanta, 2004, 64: 571577.,萃取干酪中的脂肪,提取土壤中的除草剂,22,图9 在线微波萃取装置,23,An early microwave oven(The first microwave oven, Raytheon, 1947),Milestone公司2005年推出的微波消解/萃取仪Ultraclave,24,意大利Milestone公司,Milestone一直以来致力于推动微波辅助技术在分析化学和有机化学中的应用。在微波技术领域中有超过30项的国际专利，在全世界有6000台的产品。,25,Milestone公司2006年最新推出MultSYNTH-微波合成仪器,Milestone常规微波消解系统ETHOS 1,26,Milestone公司展会照片,27,技术参数,1. 磁控管最大功率：1600W 微波发射频率: (行业设定频率) 2450MHZ。2. 自动功率控制:自动预设运行功率, 0-1600W 连续可调。3. 压力监测范围:01500psi 。 控制精度: 0.001% 反馈/控制速度:1/250 ms。4. ATC-FO光纤自动温控系统，高灵敏度。 控温范围：0-550 ，控温精度：0.1。,28,美国CEM公司,美国CEM公司作为全球最大的专业微波化学仪器生产商，其产品占世界市场分额的82%。,29,美国CEM公司,微波精确有机合成系统,聚焦微波消解系统,30,德国Berghof公司speedwave MWS-3+ 微波消解系统,31,世界首创 顶部装载样品 国际领先科技speedwave MWS-3+,32,北京瑞利公司的MSP微波萃取仪第一代和第二代产品的对比照片,33,微波萃取/微波合成系统 （上海）,34,微波辅助样品前处理技术应用,有机分析样品预处理 环境分析的应用 生化分析中的应用 食品分析中的应用 化工分析中的应用 药用植物中有效成分的提取,35,大气颗粒物中的多环芳烃萃取分析,Anal. Chem. ZSU.,有机分析样品预处理,36,微波碱解法消除土壤中多氯联苯测定时有机氯农药干扰的研究,37,鱼肉样品中有机氯农药萃取分析,38,39,微波消解衍生化测定鲨鱼软骨中脂肪酸,Anal. Chem. ZSU.,40,微波辅助消解同时衍生化血浆中脂肪酸测定,41,微波辅助皂化血清中的胆固醇,42,图11 混合标准溶液与合成口服液样品HPLC图a. 混合标准溶液直接进样（6种物质浓度均为10.0 mg/L）， b. 合成口服液样品经MAE-LPME后进样（4种雌激素浓度均为20.0 g/L）， 1. 雌三醇，2. 大豆苷元，3. 染料木黄酮，4. 雌二醇，5. 炔雌醇，6. 雌酮, MAE-LPME/HPLC联用分析大豆异黄酮保健食品中雌激素,43, MAE-SPME/GC-MS分析土壤中扑草净,SPME : 简单、快速、无需溶剂， 特别适合于水体样品。MAE : 快速高效的固体样品预处理方法， 水能吸收微波，可为萃取溶剂。MAE-SPME : MAE的快速高效 SPME的富集浓缩,Anal. Chem. ZSU.,44, MAE-SPME联用分析蔬菜中的扑草净,MAE-SPME联用,MAE,45,46,虎杖,药用植物中有效成分的提取,47, 虎杖中白藜芦醇的提取研究,图1 白藜芦醇(3,5,4-三羟基-反-均二苯代乙烯, 芪三酚,白黎芦醇能阻止低密度脂蛋白的氧化, 具有防心血管疾病、防癌、抗病毒及免疫调节作用,48,微波萃取白藜芦醇不仅时间大大缩短，而且所得萃取物所含杂质明显减少.,微波萃取与索氏萃取结果的比较.,萃取时间：3h.,萃取时间：30min.,49,虎杖中白藜芦醇的提取,传统的索氏抽提需一天（24 h），而采用微波辅助萃取只需20-30 min，大大缩短时间节省了能源；微波萃取的白藜芦醇比采用索氏抽提提取的白藜芦醇更加透明、含杂质少，有初步的精制效果。,Anal. Chem. ZSU.,50,不同萃取法白藜芦醇提取结果的比较,提取法 溶剂(mL) 加热 萃取时间 Res(%) 室温浸取 20 25 30h 0.30加热煎煮 20 80 2h 0.40索氏抽提法 80 80 2h 0.56微波萃取法 20 60 15min 0.55 微波破壁法 10 1.5min 15min 0.57,51,离子液体提取虎杖中白藜芦醇的研究,离子液体,甲醇,52,石蒜,53, 石蒜中加兰他敏的提取,中国的郁金香,含丰富的生物碱，有石蒜碱、加兰他敏、力可拉敏,54,加兰他敏,是乙酰胆碱酯酶抑制剂治疗老年性痴呆症,11-甲基-3-甲氧基-4a,5,9,10,11,12- 六氢-6H-苯并呋喃3a,3,2-ef2-苯并氮杂卓-6-醇,55,传统法,微波法,56,微波辅助萃取技术的优点,快速、节能（萃取、合成时间短）； 溶剂用量少（节省溶剂）； 可实行多份样品同时处理； 微波萃取具有选择性； 药物的提取物所含杂质少； 萃取过程所用溶剂少，环境污染少。,57,58,MAE在生物细胞内有效成分提取方面存在问题,首先，只适用于热稳定性的物质，如寡糖，多糖、核酸、生物碱、黄酮、苷类等中药成分，而对热敏性物质，如蛋白质、多肽、酶等微波加热易导致它们变性失活；其次，要求被处理的对象具有良好的吸水性或者要求待分离的成分处于富含水的部位。,Anal. Chem. ZSU.,59,微波辅助萃取：固体样品溶剂；微波破壁辅助萃取：将生物样品直接微波辐射后萃取；真空微波辅助萃取真空微波辐射破壁辅助萃取,微波辅助萃取技术机理,60,石蒜鳞茎,虎杖根茎,61,微波辅助提取生物碱的热力学行为研究 微波辅助提取石蒜生物碱动力学研究 微波辅助提取虎杖中的白藜芦醇和大黄素 微波辐射回流提取石蒜生物碱,62, 微波辅助样品前处理技术机理,萃取之前虎帐样品,索氏抽提法,微波辅助萃取法,室温浸取,普通加热煎煮,微波辐射萃取法,63,石蒜电镜扫描图片比较,未经过处理的石蒜样品,VMAE处理的石蒜样品,溶剂回流处理的石蒜样品,MAE处理的石蒜样品,细胞结构上没有明显的差别，均未见完整的细胞壁，细胞排列杂乱无章，细胞收缩程度较高,MAE界面反应控制类型,64,未经过处理的虎杖样品,VMAE处理的虎杖样品,溶剂回流处理的虎杖样品,MAE处理的虎杖样品,虎杖电镜扫描图片比较,细胞壁的破坏程度为： VMAE MAE RH,65,芦荟甙的功效,芦荟甙为芦荟中的主要有效成分之一，属于蒽醌类化合物，遇空气和阳光，极易被氧化成黑褐色，其结构分子式如图所示。芦荟的多种药理活性主要与其含有的蒽醌衍生物有关，尤其是芦荟甙及其甙元芦荟大黄素。,66,芦荟大黄素的功效,芦荟大黄素为芦荟中的主要有效成分之一，属于蒽醌化合物，其结构式如图所示。芦荟大黄素的提取一般采用醇提得膏状物，再经加热回流得到，费时，费溶剂。,67,芦荟的介绍,芦荟是百合科多年生、常绿、肉质草本植物，它种类繁多,加上变种达1000种以上。芦荟原产于非洲南部，芦荟作为一种天然药用植物，至少已有3500多年的历史，芦荟作为生药，在我国已应用1000余年。,68,建立HPLC分析方法,通过实验选择测定芦荟甙的液相色谱条件如下：色谱柱：ODS C18（4.6mm25cm）；流动相：甲醇：水：冰醋酸55：45：0.1；检测波长：359nm；流速：1 mL/min；进样体积：20L。,69,在此条件下获得芦荟甙标准品与芦荟样品的HPLC谱图分别如图1和2所示,图1 芦荟甙标准品谱图 图2 芦荟样品谱图,70,建立HPLC分析方法,通过实验选择测定芦荟大黄素的液相色谱条件如下：色谱柱：ODS C18（4.6mm25cm）；流动相：甲醇：水：冰醋酸70：30：0.1；检测波长：287nm；流速：1 .0 mL/min；进样体积：20L。,71,在此条件下获得芦荟大黄素标准品与芦荟样品的HPLC谱图分别如图3和4所示,图3 芦荟大黄素标准品谱图 图4 芦荟样品谱图,72,微波萃取条件考察,微波萃取溶剂浓度微波萃取时间萃取体系中溶剂与样品的比率微波功率,73,74,综上实验得，微波辅助萃取法萃取鬼箭羽杆中黄酮类化合物的最优条件为： 80%乙醇溶液; 微波功率为40%; 液固比为15mL/g; 萃取时间为3min。,75,微波萃取、超声波萃取和索氏提取的实验结果,76,新鲜芦荟叶经微波辅助萃取后微观结构的变化,A：新鲜芦荟叶不做任何处理，作为对照。B：新鲜芦荟叶加入70%乙醇后，再放入微波样品制备系统中萃取4min，微波功率为340W。体现微波辅助萃取后微观结构的变化，此条件是微波萃取实验筛选出的最佳条件。C：新鲜芦荟叶在70%乙醇中加热30分钟。体现传统溶剂热提取的影响。,77,5 新鲜的芦荟叶 6 微波后的 7 传统热提取后 芦荟叶 的芦荟叶,78,8 新鲜芦荟叶中 9 微波后的 10 传统热提取后的 的叶绿体 叶绿体 叶绿体,79,芦荟叶的微观结构变化,80,微波辅助萃取植物的机理探讨,在微波作用下，不同植物中细胞组织破裂与否以及破裂程度，不仅与植物的种类、待萃取组分、萃取溶剂有关，与微波辐照的容器也可能有关。因此进行微波辅助萃取植物中不同成分的研究时，要根据植物的品种、待萃取成分及部位等进行分别的研究。,81,芦丁的功效,芦丁又名维生素P，属于水溶性维生素，人体无法自身合成，因此必须从食物中摄取。它在对维生素C的消化吸收上是不可缺少的物质。而且有调节毛细血管壁的渗透性的作用，临床上用作毛细血管止血药，作为高血压症的辅助治疗药物。,82,槲皮素的功效,槲皮素具有较好的祛痰、止咳作用，并有一定的平喘作用。此外还有降低血压、增强毛细血管抵抗力、减少毛细血管脆性、降血脂、扩张冠状动脉、增加冠脉血流量等作用。用于治疗慢性支气管炎。对冠心病及高血压患者也有辅助治疗作用。,83,鬼箭羽药材的介绍,性寒，味苦，通经活络，驱邪止痛，杀虫祛结 降血糖作用降血脂作用和改善血液流变学 调节免疫作用 抗过敏作用,84,建立HPLC分析方法,通过实验选择测定芦丁和槲皮素的液相色谱条件如下：Agilent Eclipse XDB-C18 (4.6mm150mm5m)流动相为甲醇 : 0.5%磷酸45 : 55检测波长：254nm流速：1.0 mL/min柱温：室温,85,图1为芦丁和槲皮素标准品的谱图,图2为鬼箭羽样品谱图 （1-芦丁，2-槲皮素）,86,毛细管电泳操作条件：检测波长214nm，未涂层弹性石英毛细管柱（57cm 50m ，有效长度50cm，河北永年光导纤维厂），分离电压10kV，静压力进样时间8s，背景电解质为pH值7.4 50 mmol/L硼砂缓冲溶液。,87,HPLC和CE的对比,HPLC广泛应用与中草药及其制剂的分离分析，但是存在着分离时间长，效率低，色谱柱已被污染，污染后难于清洗等缺点。CE是一种近年来发展很快的分离分析技术，具有高效、进样体积小和抗污染能力强等特点，在中药有效成分的分析中得到了广泛的应用。,88,微波萃取条件考察,微波萃取溶剂浓度微波萃取时间萃取体系中溶剂与样品的比率微波功率,89,90,综上实验得，微波辅助萃取法萃取鬼箭羽杆中黄酮类化合物的最优条件为： 50%乙醇溶液; 微波功率为20%; 液固比为40mL/g; 萃取时间为6min。,91,微波萃取、超声波萃取和索氏提取的实验结果,92,鬼箭羽茎样品经各种方法萃取后微观结构的变化对比,A：鬼箭羽茎样品不做任何处理，作为对照。B：鬼箭羽茎样品加入50%乙醇后，再放入微波样品制备系统中萃取6 min，微波功率为170W。C：