超臨界流體概念什么是超臨界流體在密閉的體系中，對(duì)如水、二氧化碳、甲醇等物質(zhì)加壓，當(dāng)它們的氣—液兩相密度因高溫膨脹與因高壓壓縮到正好相同時(shí)，液體和氣體便完全融在一起，由一般狀態(tài)成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的“超臨界流體”。在P—T圖上，上述使氣/液交融的壓力和溫度被稱(chēng)作“臨界點(diǎn)”。溫度和壓力均超過(guò)臨界點(diǎn)狀態(tài)的流體，就成為超臨界流體。如水的臨界點(diǎn)為374℃和220個(gè)大氣壓；CO2的臨界點(diǎn)為31℃和73個(gè)大氣壓；甲醇的臨界點(diǎn)239℃和79個(gè)大氣壓。二氧化碳的相圖

從圖中可以看出，其蒸汽壓曲線1g始于固、液、氣三相交會(huì)點(diǎn)Tp(在三相點(diǎn)，三相呈平衡狀態(tài)共存)，此時(shí)溫度為—56．6℃，壓力為0．518MPa；1g終于二氧化碳的臨界點(diǎn)Cp，此時(shí)溫度為31．4℃，壓力為7．38MPa。

超臨界流體的特性超臨界流體的性質(zhì)十分特別。它既可以象氣體那樣粘度小，容易擴(kuò)散，滲透到其他的物體，又可以象液體那樣有很好的溶解性。超臨界流體還能夠與油脂等物質(zhì)結(jié)合，并有著特殊的結(jié)合力，因而可用其來(lái)脫脂、分離油分、祛除雜質(zhì)等。在臨界點(diǎn)附近，壓力和溫度的微小變化，會(huì)顯著地影響流體的溶劑特性，如密度、擴(kuò)散系數(shù)、界面張力、粘度、汽化熱、溶劑度參數(shù)、介電常數(shù)、水離子積等。因而可通過(guò)控制體系的溫度和壓力來(lái)控制體系的平衡特性(相平衡和溶解度)、傳遞特性(傳熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù))和反應(yīng)特性(反應(yīng)速度、選擇性、轉(zhuǎn)化率)，因而使分離、反應(yīng)或材料加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)可控。超臨界流體萃取SupercriticalFluidExtration（SFE）SFE是利用超臨界流體密度大、粘度低、擴(kuò)散系數(shù)大、兼有氣體的滲透性和液體的溶解性作用的性質(zhì)將樣品中的待測(cè)物質(zhì)溶解并從基體中分離出來(lái)。它能同時(shí)完成萃取和分離兩步操作，具有分離效率高，操作周期短，傳質(zhì)速度快，溶解能力強(qiáng)，選擇性高，無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。。SCF的應(yīng)用研究SCF的應(yīng)用研究開(kāi)始比較緩慢，直到20世紀(jì)70年代后期和80年代初期，SCF工業(yè)化才在西方發(fā)達(dá)國(guó)家得到迅速發(fā)展.如德國(guó)Bermen城建立的從咖啡豆中提取咖啡因的工廠.法國(guó)和英國(guó)也相繼建立起超臨界流體二氧化碳萃取啤酒花工廠等。在食品方面的應(yīng)用

美國(guó)采用超臨界二氧化碳萃取法(SCFE)提取豆油獲得成功．產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，井解決了污染問(wèn)題。目前．已采用該技術(shù)從葵花籽、紅花籽、花生。小麥胚芽、棕櫚、可可豆中提取油脂，提出的油脂中含中性脂質(zhì)，酸含量低，色度低，無(wú)臭味。咖啡中含有的咖啡因?qū)θ梭w有害。西德Max—Plank煤炭研究所的Zesst博士中開(kāi)發(fā)了用該技術(shù)從咖啡豆提取咖啡因的專(zhuān)利技術(shù)，已由西德的Hag公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)．并被世界各國(guó)普遍采用?？Х纫虻暮克葟脑椎?％左右降至0．02％．并可保留咖啡中的芳香物質(zhì)。美國(guó)ADL公司用此技術(shù)開(kāi)發(fā)出提取酒精的方法．還開(kāi)發(fā)了從油膩的快餐食品中除去過(guò)多的油脂．而不失其原有色香味及保有其外觀和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利技術(shù)。在醫(yī)藥保僵品方面的應(yīng)用西德Saarland大學(xué)的Stahl教授對(duì)許多藥用植物采用該法對(duì)其有效成分(如各種生物堿，芳香性物質(zhì)等性組分)實(shí)現(xiàn)了滿意的分離。在抗生素藥品生產(chǎn)中，傳統(tǒng)方法要將所用溶劑完全除去，又不使藥物變質(zhì)非常困難。若采用SCFE法則完全可以符合要求*美國(guó)ADL公司從7種植物中萃取出有治療癌癥的有效成分。J．K．Polak等人從藻類(lèi)中萃取脂類(lèi)物質(zhì)獲得成功，且葉綠素不會(huì)被萃出。另外，用該法還可從銀杏葉中提取銀杏黃酮，從魚(yú)的內(nèi)臟、骨頭等提取多烯不飽和脂肪酸(DHA，EPA)．從沙棘桿提取沙辣油，從蛋黃中提取卯磷脂．從藥用植物蛇床子；桑白皮。甘草根、紫草、紅花、月見(jiàn)草中提取有效成分。3．天然香精香料的提取

用SCFE法萃取香料不僅可以有效地提取芳香組分。而且還可以提高產(chǎn)品純度．能保持其天然香味；從桂花、茉莉花、菊花、梅花、米蘭花．玫瑰花中提取花香精。從胡椒、肉桂、薄荷中提取香辛科，從芹菜籽、生姜，莞荽籽、茴香、砂仁、八角、孜然等原料中提取香油。天然色素的提取

超臨界萃取技術(shù)克服了原有技術(shù)的缺點(diǎn)，我國(guó)用SCFE法提取天然色素(辣椒紅色素)的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際光進(jìn)水平。

在化工方面的應(yīng)用在美國(guó)，超臨界技術(shù)還用米制備液體燃料。最近美國(guó)還研制成功用超臨界二氧化碳既作反應(yīng)劑又作萃取劑的新型乙酸制造工藝。俄羅斯、德國(guó)還把SCFE法用于油料脫瀝青技術(shù)；生物工程方面的應(yīng)用

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)超臨界條件下的酶催化反應(yīng)可用于手性化臺(tái)物的合成和拆分。另外在超臨界或亞臨界條件下的水可作為一種酸催化刑，對(duì)纖維素的轉(zhuǎn)化起催化作用．使其迅速轉(zhuǎn)化為葡萄糖。超臨界色譜(SFC)

SFC是SFE與色譜技術(shù)相結(jié)合．其可兼容GC及HPLC．目前，SFC正朝著GC和HPLC分析法難于分析的領(lǐng)域擴(kuò)展。超臨界流體萃取殘留農(nóng)藥1986年Capriel等開(kāi)始將SFE技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)藥殘留分析，20世紀(jì)90年代，眾多研究者分別就植物樣品、動(dòng)物組織、果實(shí)、土壤、水等樣品中多種殺蟲(chóng)劑、殺菌劑和除草劑進(jìn)行萃取，得到了較為理想的結(jié)果。Seidel等研究認(rèn)為可以將SFE和Soxhlet萃取法并列為分析的首要方法。用于萃取的超臨界流體

用于萃取過(guò)程的流體通常有二氧化碳、二氧化氮、乙烷、乙烯、三氟甲烷、丙烷、丁烷、戊烷、環(huán)己烷、六氟化硫、氮?dú)狻鍤?、氨、水、異丙醇、苯、二甲苯、?duì)二甲苯等。其中二氧化氮?dú)?、乙烯、三氟甲烷、環(huán)己烷、六氟化硫、氨氣等費(fèi)用較高；六氟化硫、氨、異丙醇、苯、二甲苯、對(duì)二甲苯等對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染，因而不常使用；二氧化碳是一種無(wú)毒、廉價(jià)的有機(jī)溶劑，臨界溫度和壓力低、操作條件溫和，因而對(duì)熱敏性物質(zhì)的破壞少，使用過(guò)程中穩(wěn)定，具有不易燃燒、安全、對(duì)環(huán)境友好、易于從提取物中分離等優(yōu)點(diǎn)，因此是目前最常用的萃取劑。超臨界C02流體萃取超臨界C02流體萃取能在接近室溫(35—40cC)及C02氣體籠罩下進(jìn)行提取，有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化分解和逸散。因此在萃取物中保持著天然產(chǎn)物的全部成分和生理活性，而且能把高沸點(diǎn)、低揮發(fā)度、易熱解的物質(zhì)在其沸點(diǎn)溫度以下革取出來(lái)。超臨界流體萃取技術(shù)是最干凈的提取方法，萃取物絕對(duì)沒(méi)有殘留溶媒，防止了提取過(guò)程對(duì)人體的毒害和對(duì)環(huán)境的污染，是100％的純天然。C02氣體價(jià)廉易得、無(wú)毒、惰性、安全性好、運(yùn)行成本低、分離容易、萃取速度快、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)都奠定了超臨界C0z萃取技術(shù)在動(dòng)植物類(lèi)天然藥物、香料、調(diào)味品和化妝用品的提取及食品工業(yè)上的獨(dú)有地位和廣闊的應(yīng)用前景。超臨界CO2萃取原理超臨界流體(一般常用CO2)萃取用于中草藥有效成分的提取是一項(xiàng)較新的技術(shù)。其依據(jù)溫度和壓力對(duì)物質(zhì)揮發(fā)度和對(duì)流體密度等物性的影響，改變流體對(duì)溶質(zhì)的溶解性能。通過(guò)改變過(guò)程的溫度和壓力實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的提取和分離。其過(guò)程為(1)原料吸收CO2；(2)原料吸收CO2的同時(shí)發(fā)生溶劑化過(guò)程；(3)超臨界流體(CO2)萃取溶質(zhì)；(4)被溶解的物質(zhì)遷移到固體外部表面；(5)被溶解物通過(guò)外部界面并有可能發(fā)生相變；(6)被溶解物進(jìn)入超臨界流體主相并隨流體一起離開(kāi)固體物料主體而被萃取出。超臨界CO2特點(diǎn)1)提取溫度低，能最大限度地避免對(duì)有效成分的破壞；(2)對(duì)難揮發(fā)性物質(zhì)溶解度大，傳質(zhì)速率高，萃取速度快；(3)可通過(guò)改變操作溫度和壓力來(lái)調(diào)節(jié)可選擇性；(4)流程簡(jiǎn)單，操作方便；(5)C02惰性無(wú)毒，產(chǎn)品中無(wú)溶劑殘留，對(duì)人和環(huán)境無(wú)害。

首先，在室溫條件下二氧化碳流體的彌漫下進(jìn)行提取，這樣就防止了“熱敏性”物質(zhì)的氧化和逸散，因此，對(duì)于容易揮發(fā)的和易熱解的殺蟲(chóng)劑，該技術(shù)發(fā)揮了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如在對(duì)楝樹(shù)種仁中的殺蟲(chóng)活性成分楝素A（azadirachtinA）的提取過(guò)程中，使用常規(guī)溶劑往往會(huì)導(dǎo)致其氧化分解，SFE提取則可避免活性成分的分解。其次是對(duì)環(huán)境安全，由于不用有機(jī)溶劑，提取的全過(guò)程對(duì)人和環(huán)境無(wú)污染，并且提取效率高，節(jié)約能耗，省工省時(shí)。但二氧化碳的極性較低，對(duì)極性較大的物質(zhì)萃取能力差。研究表明混合使用兩種或多種超臨界流體可以使農(nóng)藥萃取達(dá)到較高的回收率。Spack等將水和二氧化碳混合使用后，對(duì)除草劑二甲戊靈(pendimethalin)的回收率有明顯提高；有學(xué)者認(rèn)為將一定比例的氮?dú)夂投趸蓟旌鲜褂煤?，明顯地提高了對(duì)有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑的萃取。樣品前處理

在分析過(guò)程中，樣品的種類(lèi)、粒度、含水量、pH值、脂肪含量、色素等不僅直接影響對(duì)農(nóng)藥的提取率，而且在提取過(guò)程中容易堵塞超臨界流體萃取儀的收集毛細(xì)管。Lehotay在研究SFE萃取中認(rèn)為樣品的前處理很重要，其中水分和鹽等物質(zhì)對(duì)提取率有明顯影響，他建議應(yīng)該對(duì)樣品進(jìn)行必要的均質(zhì)化過(guò)程(homogenization)和適當(dāng)?shù)母稍锾幚?，干燥劑通常有硅藻?HMX)、干冰、無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水硫酸鎂、無(wú)水硫酸銅等。pH值會(huì)影響改變pH值會(huì)影響對(duì)農(nóng)藥的提取。Rochette等研究發(fā)現(xiàn)將樣品的pH值從1．8調(diào)整到8．3時(shí)(加入苯甲酸)，對(duì)土壤樣品中2，4—D的萃取率可由41％提高到76％；Simon研究后認(rèn)為在角鱉魚(yú)(dogfish)樣品基質(zhì)中加入CaCl2(CaCl2：水＝5：2，質(zhì)量比)來(lái)調(diào)節(jié)樣品的酸性?？梢蕴岣邔?duì)甲基汞(methylmercury)的提取率。水分含量對(duì)農(nóng)藥提取率的影響樣品中水分含量對(duì)農(nóng)藥提取有明顯影響。在對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行殘留提取時(shí)，食品中水分含量多少不僅影響到萃取率，而且由于水分含量大常造成儀器毛細(xì)管的堵塞，同時(shí)水分含量低又不利于流體的滲透，因此有學(xué)者認(rèn)為保持樣品含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20％左右可以顯著提高提取效果。Obana等認(rèn)為萃取前在樣品中加入兩種干燥劑HMX和多分子聚合體物質(zhì)后，對(duì)35種殺蟲(chóng)劑農(nóng)藥進(jìn)行提取試驗(yàn)，其中3／4的農(nóng)藥品種可以達(dá)到好的回收率和較高的靈敏度。水分的改性作用水作為改性劑可以提高流體在土樣中的滲透率，從而更好地達(dá)到對(duì)高水溶性除草劑二甲戊樂(lè)靈的提取。研究者在梨、柑橘、番茄中農(nóng)藥多殘留分析研究中，發(fā)現(xiàn)，在樣品中加入硅藻土和干冰后可以提高提取率，同時(shí)還能提高粉碎樣本的流動(dòng)性，降低殘留農(nóng)藥的繼續(xù)降解速度。有關(guān)樣品中水分含量過(guò)高的處理方法報(bào)道很多。萃取條件

在SFE萃取過(guò)程中，主要有5個(gè)因素影響到對(duì)農(nóng)藥的萃取，即萃取壓力、萃取溫度、方式(靜態(tài)或動(dòng)態(tài))、流體體積及改性劑的使用。Furton研究了影響SFE效力的各種因素，認(rèn)為不僅溫度、壓力(密度)，而且不同樣品種類(lèi)、萃取容器以及接收體積的變化都明顯地影響萃取效力。

改性劑作用加入適當(dāng)改性劑可以提高對(duì)殘留農(nóng)藥的萃取。根據(jù)相似相溶原理，二氧化碳屬于非極性溶劑，對(duì)于極性較高物質(zhì)的提取不太理想，所以改性劑(也有人稱(chēng)夾帶劑)的加入就很必要。通常使用的改性劑有甲醇、丙酮、乙酸乙酯、庚烷、水、己烷等。Taylor等研究認(rèn)為酸性除草劑的回收率與加入丙酮量呈明顯正相關(guān)。2，4—D的回收率添加丙酮后可以從63％提高到88％。2—甲基—4—氯—苯氧丙酸的回收率添加丙酮后卻僅由31％提高到35％。Garde等分別采用己烷和甲醇作為改性劑，對(duì)多種殺蟲(chóng)劑實(shí)現(xiàn)了合理的提取。Kersting等發(fā)現(xiàn)在提取極性較高的乙酰甲胺磷時(shí)加入少量的甲醇作為改性劑可使回收率提高到70％以上。在新疆楊Populusalbavarbolleana、富士蘋(píng)果malluspumilla和國(guó)槐

Sophorajaponica

各部位粉碎樣中對(duì)氧樂(lè)果進(jìn)行添加回收實(shí)驗(yàn)，當(dāng)甲醇的加入量從50μl／g(甲醇體積／樣品質(zhì)量)提高到750μl／g時(shí)，回收率從9．40％增加到80．55％。Breglof等采用14C標(biāo)記的除草劑甲磺隆(metsulfuron—methyl)、甲嘧磺隆隆（sulfometuron—methyl)和煙嘧磺隆(nicosulfuron)對(duì)SFE提取進(jìn)行跟蹤研究。以土壤為基質(zhì)，甲醇為改性劑．當(dāng)加入甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％時(shí)。添加回收試驗(yàn)結(jié)果表明，除了煙嘧磺隆的回收率僅為1％一4％外．對(duì)其它兩種除草劑的回收率可以達(dá)到75％一89％，證實(shí)最佳的蘋(píng)取條件并不一定適用于所有結(jié)構(gòu)相似的化合物。萃取壓力、溫度、方式及流體的體積對(duì)萃取率影響萃取壓力、溫度、方式及流體的體積對(duì)萃取率影響也很大。Pearce等對(duì)草梅中18種有機(jī)磷、有機(jī)氯農(nóng)藥和3種殺菌劑進(jìn)行SFE(CO2)法蘋(píng)取，研究發(fā)現(xiàn)最佳萃取條件為：27．58MPa、50℃、CO2體積為20一30mL，結(jié)果除了異菌脲(iprodione)外，其它農(nóng)藥的回收率范圍在74％一l26％(添加量為0.08—3.7mg/kg)，精確度為3％一l8%。King等研究認(rèn)為當(dāng)壓力為34.48—68．95MPa、60、CO2體積為5一l0mL、lmin靜態(tài)，l4min動(dòng)態(tài)等條件下，對(duì)8種有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑的回收率可以達(dá)到87％一118％。同樣條件下，對(duì)家禽組織中異狄氏劑(endrin)、環(huán)氧七氯(heptachlorepoxide)和狄氏dieldrin(添加劑量為l一3μg／g)等的回收率為96％：。Valverde博土對(duì)番茄和胡椒(pepper)中的7種殺蟲(chóng)劑：吡蟲(chóng)靈(imidacloprid)，methiocarb，毒死蜱(chlorpyrifos)，百菌清(chlorothalonil)，賽丹I、Ⅱ(endosulpllanI，endosulphan

Ⅱ)和賽丹硫酸鹽(endosulphansulphate)等的提取條件為：壓力30.40MPa、50℃、200μl的甲醇作為靜態(tài)改性劑、CO2體積15mL、lmin靜態(tài)后動(dòng)態(tài)收集，收集液為乙酸乙酯，結(jié)果表明除了吡蟲(chóng)靈的回收率低于預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，其它殺蟲(chóng)劑均高于80％。以超臨界流體作為色譜流動(dòng)相的SFC，可以使用各種類(lèi)型的色譜柱；超臨界流體既具有液體的強(qiáng)溶解性能，適合于分離揮發(fā)性差和熱不穩(wěn)定的物質(zhì)；又具有氣體的低粘度和高擴(kuò)散性能，傳質(zhì)速度快，使得分折速度提高。SFC可以在較低溫度下分析分子量較大、對(duì)熱不穩(wěn)定的化合物和極性較強(qiáng)的化合物，與各種GC或HPLC檢測(cè)器匹配以及紅外、質(zhì)譜聯(lián)用：SFC還可通過(guò)調(diào)節(jié)壓力、溫度、流動(dòng)相組成多重梯度，選擇最佳色譜條件，綜合利用了GC和HPLC的優(yōu)點(diǎn)，克服了各自的缺點(diǎn)，成為一種強(qiáng)有力的分離和檢測(cè)手段。

Wheeler等用超臨界C02提取土壤中C標(biāo)記的利谷隆和敵草隆的時(shí)間大大縮短，只需3min，回收率達(dá)99％。對(duì)于含水量高