微波萃取在中藥有效成分提取及環(huán)境激素分析中的應(yīng)用

1、1微波萃取在中藥有效成分提取及環(huán)境激素分析中的應(yīng)用Contents微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用微波輔助萃取及影響因素微波輔助萃取及影響因素微波在中藥有效成分提取中的應(yīng)用微波在中藥有效成分提取中的應(yīng)用微波在環(huán)境激素分析中的應(yīng)用微波在環(huán)境激素分析中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室介紹實(shí)驗(yàn)室介紹一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用微波（Microwave） 微波是一種波長為1mm1m的非電離的電磁波，以直線方式傳播，并具有反射、折射、衍射等光學(xué)特性。微波遇到金屬物質(zhì)會(huì)被反射，但遇到非金屬物質(zhì)則能穿透或被吸收。微波的電場(chǎng)頻率介于300MHz300GHz之間，常用的微波頻率為2450

2、MHZ。一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用 微波是一種非電離的電磁輻射，被輻射物質(zhì)的極性分子在微波電磁場(chǎng)中可快速轉(zhuǎn)向并定向排列，由此產(chǎn)生的撕裂和相互摩擦將引起物質(zhì)發(fā)熱，即將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱效應(yīng)。 因此，微波加熱過程實(shí)質(zhì)上是介質(zhì)分子獲得微波能并轉(zhuǎn)化為熱能的過程。 一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用傳統(tǒng)的加熱方式中，容器壁大多由熱的不良導(dǎo)體制成，熱由器壁傳導(dǎo)至溶液內(nèi)部需要一定的時(shí)間；此外，液體表面氣化而引起的對(duì)流傳熱將形成自內(nèi)而外的溫度梯度，因而僅一小部分液體與外界溫度相當(dāng)。.微波加熱是一個(gè)內(nèi)部加熱過程，它不同于普通的外加熱方式將熱量由外

3、向內(nèi)傳遞，而是同時(shí)直接作用于內(nèi)部和外部的介質(zhì)分子，使整個(gè)物料被同時(shí)加熱，從而克服傳統(tǒng)的傳導(dǎo)式加熱方式所存在的溫度上升較慢的缺陷。一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用微波加熱與傳統(tǒng)加熱的區(qū)別微波加熱與傳統(tǒng)加熱的區(qū)別傳導(dǎo)加熱對(duì)流加熱微波加熱傳統(tǒng)加熱示意圖微波加熱示意圖圖 1 兩種加熱方式的比較一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用1-攪拌器；攪拌器；2-磁控管；磁控管；3-反射板；反射板；4-腔體；腔體；5-塑料盤塑料盤 12345濕物料磁控管是微波發(fā)生器，能產(chǎn)生每秒鐘振動(dòng)頻率為24.5億次的微波。這種肉

4、眼看不見的微波，能穿透食物達(dá)5cm深，并使食物中的水分子也隨之運(yùn)動(dòng)，劇烈的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物“煮”熟了。微波爐的工作原理微波爐的工作原理 在微波能的作用下，選擇性的將樣品中的目標(biāo)組分以其初始形態(tài)的形式萃取出來的技術(shù)。 在微波能的作用下，破壞樣品中目標(biāo)組分的初始形態(tài)，而使其以無機(jī)離子最高或較高價(jià)態(tài)的形式萃取出來。 在微波的條件下，利用其加熱快速、均質(zhì)與選擇性等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于現(xiàn)代有機(jī)合成研究中的技術(shù)。微波消解微波消解微波合成微波合成微波萃取微波萃取一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用 常用微波技術(shù)常用微波技術(shù) 物質(zhì)分類物質(zhì)分類一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及

5、在化學(xué)中的應(yīng)用根據(jù)物質(zhì)根據(jù)物質(zhì)與微波與微波作用的作用的特點(diǎn)進(jìn)特點(diǎn)進(jìn)行分類行分類反射微波的物質(zhì)反射微波的物質(zhì)是金屬類物質(zhì)，微故接觸到這些物質(zhì)時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)一定的幾何形狀，這些物質(zhì)可把微波傳輸、聚焦或限制在一定的范圍內(nèi)。透過微波的物質(zhì)透過微波的物質(zhì)是很少吸收微波能的物質(zhì)，從分子結(jié)構(gòu)特性上講是一些非極性物質(zhì)，如烷烴，聚乙烯等，微波穿過這些物質(zhì)時(shí)，其能量幾乎投有損失。吸收微波的物質(zhì)吸收微波的物質(zhì)是可以把微波轉(zhuǎn)化為熱能的物質(zhì)，如水，乙醇、酸、堿和鹽類，這些物質(zhì)吸收微波后，使自身溫度升高，并使共存的其他物質(zhì)一起受熱。一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用一、微波簡介及在化學(xué)中的應(yīng)用2有機(jī)合成有機(jī)合成無機(jī)固相反應(yīng)無

6、機(jī)固相反應(yīng)分析化學(xué)分析化學(xué)催化化學(xué)催化化學(xué)134微波在化學(xué)微波在化學(xué)中的應(yīng)用中的應(yīng)用其他其他5二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素 微波輔助萃?。∕icrowave-assisted Extraction，MAE)是在目標(biāo)化合物的提取過程中(或提取的前處理)加入微波場(chǎng)，利用微波場(chǎng)的特點(diǎn)來強(qiáng)化有效成分浸出的新型提取技術(shù)。利用吸收微波能力的差異可使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離出來，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對(duì)較差的萃取劑中。v微波輔助萃取二、微波輔助萃取及影響因素

7、二、微波輔助萃取及影響因素v微波萃取的機(jī)理可從三個(gè)方面來分析：v 微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)到達(dá)物料內(nèi)部過程。 物料內(nèi)部吸收微波，溫度迅速上升,使萃取物的壓力超過物料所能承受的能力,結(jié)果使萃取物從物料中自由流出,并溶解于萃取介質(zhì)中。 v 由于微波頻率與分子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相關(guān)連。 因此微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)而引起分子運(yùn)動(dòng)的非離子化輻射能。當(dāng)它作用于分子時(shí),可促進(jìn)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),若分子具有一定的極性，即可在微波場(chǎng)的作用下產(chǎn)生瞬時(shí)極化,并以24.5億次/秒的速度作極性變換運(yùn)動(dòng),從而產(chǎn)生鍵的振動(dòng)、撕裂和粒子間的摩擦和碰撞,并迅速生成大量的熱能,促使萃取物擴(kuò)散至溶劑中。v 微波所產(chǎn)生的電

8、磁場(chǎng)，加速被萃取組分分子由固體內(nèi)部向固液界面擴(kuò)散的速率。 溶劑在微波場(chǎng)作用下，由高速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，這是一種高能量的不穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)溶劑分子或者汽化，以加強(qiáng)萃取組分的驅(qū)動(dòng)力；或者釋放出自身多余的能量回到基態(tài)，所釋放出的能量將傳遞給其他物質(zhì)的分子，以加速其熱運(yùn)動(dòng)，從而縮短萃取組分的分子由固體內(nèi)部擴(kuò)散至固液界面的時(shí)間，最大限度地保證萃取物的質(zhì)量。二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素4. 無需干燥等預(yù)處理，簡化無需干燥等預(yù)處理，簡化了工藝，降低了成本了工藝，降低了成本試劑用量少，試劑用量少，節(jié)能，污染小節(jié)能，污染小5. 5.

9、微波萃取的處理微波萃取的處理批量較大，萃取效率批量較大，萃取效率高，省時(shí)高，省時(shí) 6. 生物效應(yīng)，加速細(xì)胞膜破裂生物效應(yīng)，加速細(xì)胞膜破裂2.加熱均勻，加熱均勻，且熱效率較高且熱效率較高3. 微波萃取不存在熱微波萃取不存在熱慣性，過程易于控制慣性，過程易于控制優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)v微波輔助萃取的優(yōu)勢(shì) 微波萃取僅適用于熱穩(wěn)定性物質(zhì)的提取，對(duì)于熱敏性物質(zhì)，微波加熱可能使其變性或失活。 微波萃取過程中目標(biāo)化合物因受熱而分解，一些不希望得到的組分也會(huì)溶解于溶劑中，從而使微波萃取的選擇性差顯著降低。二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素v微波輔助萃取的局限性二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影

10、響因素濾液溶劑與萃取組分分離萃取組分混合微波萃取冷卻過濾原料預(yù)處理溶劑v微波輔助萃取工藝流程圖 微波加熱體系有密閉式和敞開式兩類。微波加熱體系有密閉式和敞開式兩類。 微波萃取方法一般有三種：常壓法、高壓法、連續(xù)微波萃取方法一般有三種：常壓法、高壓法、連續(xù)流動(dòng)法流動(dòng)法。二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素v微波加熱體系分類二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素16524378常壓微波回流裝置示意圖1.微波爐 2.瓶架 3.蒸餾瓶 4.攪拌器 5. 銅管6. 冷凝管 7.監(jiān)視器 8.控制面板新儀 MAS-3 普及型微波合成反應(yīng)儀v常壓法裝置二、微波輔助萃取及影響因素二

11、、微波輔助萃取及影響因素屹堯Excel微波化學(xué)工作站 v高壓法裝置二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素57893462 110圖圖 1 12 2M agn u s等等 所所 采采 用用 的的 流流 動(dòng)動(dòng) 萃萃 取取 裝裝 置置 示示 意意 圖圖1.萃 取 劑 2.泵 3.微 波 爐 4.萃 取 單 元 5.溫 度 控 制 器6.熱 電 偶 7.監(jiān) 測(cè) 器 8.記 錄 儀 9.限 流 器 10.收 集 瓶流動(dòng)萃取裝置圖1.萃取劑 2.泵 3.微波爐 4.萃取單元 5.溫度控制器 6.熱電偶 7.監(jiān)視器 8.記錄儀 9.限流器 10.收集瓶Flow SYNTH連續(xù)流動(dòng)微波系統(tǒng) v連

12、續(xù)流動(dòng)法裝置v微波輔助萃取影響因素：二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素萃取溶劑萃取溶劑萃取溫度萃取溫度微波功率微波功率萃取時(shí)間萃取時(shí)間基體物質(zhì)基體物質(zhì)粒徑粒徑液固比液固比溶液溶液pH影影響響因因素素v微波輔助萃取影響因素v 1、萃取溶劑、萃取溶劑v 根據(jù)目標(biāo)化合物在溶劑中的根據(jù)目標(biāo)化合物在溶劑中的溶解性能溶解性能差異，選用對(duì)目差異，選用對(duì)目標(biāo)化合物溶解度大，而對(duì)基體溶解度小的溶劑。標(biāo)化合物溶解度大，而對(duì)基體溶解度小的溶劑。v 溶劑應(yīng)有一定溶劑應(yīng)有一定極性極性。由于非極性溶劑不能吸收微波。由于非極性溶劑不能吸收微波,為加速萃取過程為加速萃取過程,可在非極性溶劑中加入極性溶劑。可

13、在非極性溶劑中加入極性溶劑。v 微波萃取所選用的溶劑必須對(duì)微波透明或半透明，介微波萃取所選用的溶劑必須對(duì)微波透明或半透明，介電常數(shù)應(yīng)在電常數(shù)應(yīng)在8-28的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。v 溶劑對(duì)萃取成分的后續(xù)測(cè)定溶劑對(duì)萃取成分的后續(xù)測(cè)定干擾少干擾少。二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素常用萃取劑：一元溶劑： 甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯甲烷、四氯甲烷、己烷、異辛烷、 2 , 2 , 4 -三甲基戊烷、四甲基胺等有機(jī)溶劑。 硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等無機(jī)試劑。二元溶劑： 己烷-丙酮、水-甲苯等一些混合溶劑。二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影

14、響因素二、微波輔助萃取及影響因素v微波輔助萃取影響因素v2 2、萃取溫度、萃取溫度v萃取溫度應(yīng)低于萃取溶劑的沸點(diǎn)，不同的物質(zhì)最佳萃取萃取溫度應(yīng)低于萃取溶劑的沸點(diǎn)，不同的物質(zhì)最佳萃取溫度不同。溫度不同。v3 3、微波功率、微波功率v當(dāng)時(shí)間一定時(shí)，功率越高，萃取的效率就越高，萃取就當(dāng)時(shí)間一定時(shí)，功率越高，萃取的效率就越高，萃取就越完全。但是如果超過一定限度，則會(huì)使萃取體系壓力升越完全。但是如果超過一定限度，則會(huì)使萃取體系壓力升高到?jīng)_開容器安全閥。一般所選用的微波功率在高到?jīng)_開容器安全閥。一般所選用的微波功率在200-1000W200-1000W范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。v微波輔助萃取影響因素v 4、粒徑、粒

15、徑v 與傳統(tǒng)提取方法一樣與傳統(tǒng)提取方法一樣,被提取物經(jīng)過適當(dāng)破碎，可以被提取物經(jīng)過適當(dāng)破碎，可以增大接觸面積增大接觸面積,有利于萃取過程的進(jìn)行。有利于萃取過程的進(jìn)行。v 5、萃取時(shí)間、萃取時(shí)間v 萃取率會(huì)隨著時(shí)間測(cè)增長而提高，之后趨于穩(wěn)定。最萃取率會(huì)隨著時(shí)間測(cè)增長而提高，之后趨于穩(wěn)定。最佳萃取時(shí)間與物質(zhì)種類、樣品量、含水量、溶劑體積佳萃取時(shí)間與物質(zhì)種類、樣品量、含水量、溶劑體積和加熱功率等有關(guān)。一般情況下為和加熱功率等有關(guān)。一般情況下為 10-15min。 二、微波輔助萃取及影響因素二、微波輔助萃取及影響因素三、微波在中藥有效成分提取中的三、微波在中藥有效成分提取中的應(yīng)用應(yīng)用三、微波在中藥有效

16、成分提取中的應(yīng)用三、微波在中藥有效成分提取中的應(yīng)用v中藥有效成分的提取和分離中藥有效成分的提取和分離,是現(xiàn)代中藥研究的關(guān)是現(xiàn)代中藥研究的關(guān)鍵與前提。鍵與前提。v常見中藥有效成分有：常見中藥有效成分有： 生物堿類、黃酮類、皂苷類、醌類、萜類、多生物堿類、黃酮類、皂苷類、醌類、萜類、多糖等。糖等。 三、微波在中藥有效成分提取中的應(yīng)用三、微波在中藥有效成分提取中的應(yīng)用v中藥有效成分的提取方法：中藥有效成分的提取方法：傳統(tǒng)方法：傳統(tǒng)方法：浸漬法煎煮法滲漉法回流提取法水蒸氣蒸餾法現(xiàn)代方法：現(xiàn)代方法：超聲波提取法超臨界流體提取法微波萃取法酶提取法逆流色譜提取法三、微波在中藥有效成分提取中的應(yīng)用三、微波在中

17、藥有效成分提取中的應(yīng)用v定性鑒別 薄層色譜薄層色譜 氣相色譜氣相色譜 液相色譜液相色譜 顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)v 定量分析 化學(xué)分析法化學(xué)分析法 分光光度法分光光度法 薄層色譜法薄層色譜法 高效液相色譜法高效液相色譜法 氣相色譜法氣相色譜法 比色法比色法v中藥有效成分常用分析方法中藥有效成分常用分析方法四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用環(huán)境激素環(huán)境激素(Environment Hormone)(Environment Hormone)： 人類在生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生并釋放到環(huán)境中的持久存在、能引起人類或其他生物體內(nèi)天

18、然激素分泌失調(diào)，最終導(dǎo)致病變的一類化學(xué)物質(zhì)。有毒有毒化學(xué)污染物化學(xué)污染物天然激素天然激素人工激素人工激素四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用除草劑除草劑殺蟲劑殺蟲劑防腐劑防腐劑塑料增塑劑塑料增塑劑洗滌劑洗滌劑無機(jī)重金屬無機(jī)重金屬四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用分離富集分離富集化學(xué)修復(fù)化學(xué)修復(fù)生物修復(fù)生物修復(fù)植物修復(fù)植物修復(fù)聯(lián)合修復(fù)聯(lián)合修復(fù) 檢測(cè)檢測(cè)修復(fù)修復(fù)量子點(diǎn)熒光免疫量子點(diǎn)熒光免疫化學(xué)發(fā)光免疫化學(xué)發(fā)光免疫熒光標(biāo)記熒光標(biāo)記- - 毛細(xì)管電泳毛細(xì)管電泳 分子印跡分子印跡- 固相萃取柱固相萃取柱免疫親和色譜柱免疫親和色譜柱離子液體離子液體- 微波輔助萃取微波輔助萃取四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用四、微波在環(huán)境激素提取中的應(yīng)用v微波輔助萃取在農(nóng)殘分析中的應(yīng)用實(shí)例：微波輔助萃取在農(nóng)殘分析中的應(yīng)用實(shí)例： 離子液體離子液體-微波輔助萃取土壤中有機(jī)氯類環(huán)境激素微波輔助