微波辅助萃取,Microwave Assisted Extraction (MAE),一、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。,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。,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。,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。,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。,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,二、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,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。,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。,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。,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。,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。,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。,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。,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,三、微波辅助萃取装置进展,密闭式微波辅助萃取装置和萃取罐,Phytochem. Anal., 2002, 13: 105113.,图4 开罐聚焦式微波辅助萃取装置的示意图,Phytochem. Anal., 2002, 13: 105113.,图9 在线微波萃取装置,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,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。,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,Milestone公司展会照片,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。,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%。,美国CEM公司,微波精确有机合成系统,聚焦微波消解系统,德国Berghof公司 speedwave MWS-3+ 微波消解系统,样品罐,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,微波萃取/微波合成系统 （上海）,四、微波萃取操作,准确称取一定量的待测样品置于微波制样杯内，根据萃取物情况加入适量的萃取溶剂（不超过50mL）。按微波制样要求，把装有样品的制样杯放到密封罐中，然后把密封罐放到微波制样炉里。设置目标温度和萃取时间，加热萃取直至加热结束。把制样罐冷却至室温，取出制样杯，过滤或离心分离，制成可进行下一步测定（HPLC、GC 或 GC MS）的溶液。萃取液是否要经浓缩或稀释，视待测成分的含量及仪器的检测限定等因素而定。,五、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,大气颗粒物中的多环芳烃萃取分析（气-质）,Anal. Chem. ZSU.,有机分析样品预处理,环境分析,鱼肉样品中有机氯农药萃取分析（气相色谱-ECD检测）, 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, MAE-SPME联用分析蔬菜中的扑草净,MAE-SPME联用,MAE,虎杖,药用植物中有效成分的提取, 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,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.,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.,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,石蒜, 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,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,传统法,微波法,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。,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.,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；,微波辅助萃取技术机理,石蒜鳞茎,虎杖根茎,微波辅助样品前处理技术机理,萃取之前虎杖样品,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,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,芦荟中有效成分的微波辅助提取,本实验室的工作,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。,芦荟甙,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。,芦荟大黄素,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。,建立芦荟甙的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。,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,建立芦荟大黄素的HPLC分析方法,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。,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,微波萃取条件考察,微波萃取溶剂浓度(乙醇:水) 微波萃取时间 萃取体系中溶剂与样品的比率 微波功率,综上实验得，萃取的最优条件为： 80%乙醇溶液; 微波功率为40%; 液固比为15mL/g; 萃取时间为3min。,微波萃取、超声波萃取和索氏提取的实验结果,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