[科普中國]-微波輔助萃取

微波特點MAE特點

MAE是指利用微波能強化溶劑萃取效率，即利用微波加熱來加速溶劑對固體樣品中目標萃取物(主要是有機化合物)的萃取過程。微波具有波動性、高頻特性以及熱特性或非熱特性(生物效應)等特點。

快速高效樣品及溶劑中的偶極分子在高頻微波能的作用下，高速速度變換其正、負極，產(chǎn)生偶極渦流、離子傳導和高頻率摩擦，從而在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量。偶極分子旋轉(zhuǎn)導致的弱氫鍵破裂、離子遷移等加速了溶劑分子對樣品基體的滲透，待分析成分很快溶劑化，使微波萃取時間顯著縮短。

加熱均勻微波加熱是透入物料內(nèi)部的能量被物料吸收轉(zhuǎn)換成熱能對物料加熱，形成獨特的物料受熱方式，整個物料被加熱，無溫度梯度，即微波加熱具有均勻性的優(yōu)點。

微波加熱具有選擇性微波對介電性質(zhì)不同的物料呈現(xiàn)出選擇性的加熱特點，介電常數(shù)及介質(zhì)損耗小的物料，對微波的入射可以說是“透明”的。溶質(zhì)和溶劑的極性越大，對微波能的吸收越大，升溫越快，促進了萃取速度。而對于不吸收微波的非極性溶劑，微波幾乎不起加熱作用。所以，在選擇萃取劑時一定要考慮到溶劑的極性，以達到最佳效果。

生物效應(非熱效應)由于大多數(shù)生物體內(nèi)含有極性水分子，在微波場的作用下引起強烈的極性震蕩，從而導致細胞分子間氫鍵松弛，細胞膜結(jié)構(gòu)電擊穿破裂，加速了溶劑分子對基體的滲透和待提取成分的溶劑化。因此，利用MAE從生物基體萃取待分析的成分時，能提高萃取效率。

MAE技術與其它技術的比較任何一種萃取技術都是為了從基體中快速、高效地分離出待分析成分，但是由于基體的復雜性及萃取技術的不同特點，常常在選取萃取方法的時候必須考慮到分析的目的和分析方法的費用、操作的繁簡、時間的多寡等因素。與傳統(tǒng)的萃取技術相比，MAE技術最突出的優(yōu)點在于溶劑用量少，快速，可同時測定多個樣品；有利于萃取熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，萃取效率高，設備簡單，操作容易。2

微波萃取的機理和特點微波萃取的機理微波是指波長在1mm至1m之間、頻率在300MHz至30000MHz之間的電磁波，它介于紅外線和無線電波之間。微波萃取的機理可由以下兩方面考慮：一方面微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)，到達植物物料的內(nèi)部維管束和腺細胞內(nèi)，由于物料內(nèi)的水分大部分是在維管束和腺細胞內(nèi)，水分吸收微波能后使細胞內(nèi)部溫度迅速升，而溶劑對微波是透明或半透明的，受微波的影響小，溫度較低。連續(xù)的高溫使其內(nèi)部壓力超過細胞壁膨脹的能力，從而導致細胞破裂，細胞內(nèi)的物質(zhì)自由流出，萃取介質(zhì)就能在較低的溫度條件下捕獲并溶解，通過進一步過濾和分離，便獲得萃取物料。另一方面，微波所產(chǎn)生的電磁場，加速被萃取部分向萃取溶劑界面擴散速率，用水作溶劑時，在微波場下，水分子高速轉(zhuǎn)動成為激發(fā)態(tài)，是一種高能量不穩(wěn)定狀態(tài)，或者者水分子汽化，強萃取組分的驅(qū)動力；或者水分子本身釋放能量回到基態(tài)，釋放的能量傳遞給其他物質(zhì)分子，加速其熱運動，短萃取組分的分子由物料內(nèi)部擴散到萃取溶劑界面的時間，而使萃取速率提高數(shù)倍，同時還降低了萃取溫度，大限度保證萃取的質(zhì)量。

微波萃取機理的另一種描述為：由于微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動的頻率相關聯(lián)，所以微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動引起分子運動的非離子化輻射能。當它作用于分子時，促進了分子的轉(zhuǎn)動運動，分子若此時具有一定的極性，便在微波電磁場作用下產(chǎn)生瞬時極化，并以24.5億次/s的速度做極性變換運動，從而產(chǎn)生鍵的振動、撕裂和粒子之間的相互摩擦、碰撞，促進分子活性部分(極性部分)更好地接觸和反應，同時迅速生成大量的熱能，促使細胞破裂，使細胞液溢出來并擴散到溶劑中。在微波場中，不同物質(zhì)的介電常數(shù)、比熱、形狀及含水量的不同，會導致各種物質(zhì)吸收微波能的能力的不同，其產(chǎn)生的熱能及傳遞給周圍環(huán)境的熱能也不同，這種差異使得萃取體系中的某些組分或基體物質(zhì)的某些區(qū)域被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離出來，進入到介電常數(shù)小、微波吸收能力差的萃取劑中。按介電常數(shù)的不同可以分為以下3類物質(zhì)：一類物質(zhì)(如水、乙醇、某些酸、堿、鹽類)可以將微波轉(zhuǎn)化為熱能，這類物質(zhì)能吸收微波，提升自身及周圍物質(zhì)的溫度)另一類物質(zhì)(如烷烴、聚乙烯等非極性分子結(jié)構(gòu)物質(zhì))在微波透過時很少吸收微波能量；第三類物質(zhì)(金屬類)可以反射微波。

微波萃取的特點及與傳統(tǒng)熱萃取的區(qū)別傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導，熱輻射等方式由外向里進行，即能量首先無規(guī)則地傳遞給萃取劑，再由萃取劑擴散進基體物質(zhì)，然后從基體中溶解或夾帶出多種成分出來，即遵循加熱——滲透進基體——溶解或夾帶——滲透出來的模式，因此萃取的選擇性較差；而微波萃取是通過離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動兩種方式里外同時加熱，能對體系中的不同組分進行選擇性加熱，使目標組分直接從基體中分離的萃取過程。1

微波輔助萃取的應用微波輔助萃取在環(huán)境分析中的應用人類因生產(chǎn)、生活而引入環(huán)境中的污染物，不僅對環(huán)境造成了巨大的污染，同時也嚴重危害人類的健康和生存，因此檢測環(huán)境污染物成為人們一直關心的問題。作為一種高效快速、溶劑消耗量少、回收率高、重現(xiàn)性好的的樣品前處理技術，微波輔助萃取在該方面的分析具有明顯的優(yōu)越性，其分析的對象主要包括多環(huán)芳烴、農(nóng)藥殘留、酚類、有機金屬化合物等各種污染物。

微波輔助萃取在天然產(chǎn)物提取中的應用植物中的天然產(chǎn)物往往包埋在堅硬或柔軟表皮保護中的內(nèi)部薄壁細胞或者胞液中，使得提取非常困難。微波具有很強的穿透力，可以在反應物內(nèi)外部分同時均勻、迅速加熱，因此在較短時間內(nèi)即町將植物的組織細胞壁破壞，形成微小的孔洞和裂紋，這樣細胞外的萃取介質(zhì)便非常容易進入細胞內(nèi)，溶解并釋放細胞內(nèi)的物質(zhì)。

微波輔助萃取在食品分析中的應用食品的品質(zhì)對人們的生活和健康至關重要，MAE作為一種省時、簡便的樣品前處理手段，已廣泛用于蔬菜、谷物、肉類等多種食品中各種污染物的檢測。

微波輔助萃取在藥物分析中的應用在藥物分析領域，MAE已用于血樣、尿樣和頭發(fā)等生物樣品中多種藥物的分析。3