第二章第二章 现代样品前处理技术现代样品前处理技术 1. 1. 检检 验验 技技 术术 基基 本本 原原 则则 和和 要要 求求 2. 2. 现现代代样样品品前前处处理理技技术术( (样样品品制制备备)本本 章章 内内 容容 基基 本本 原原 则则• 质量原则质量原则 要要求求检检测测技技术术保保证证检检测测质质量量，，方方法法成成熟熟，，稳稳定定，，具具有有较较高高的的精精密密度度，，准准确确度度和和良良好好的的选选择择性性，，确确保保实实验验结结果果的的科科学学性性，，可信性和重复性可信性和重复性• 安全原则：安全原则：所使用的方法不应对操作人员和环境造成危害所使用的方法不应对操作人员和环境造成危害 • 快速原则快速原则• 经济原则经济原则• 可操作原则可操作原则第一节 检验技术基本原则和要求 一 般 要 求1.检验方法中采用的名词和单位符合国家规定的标准要求检验方法中采用的名词和单位符合国家规定的标准要求.2.检验方法中使用试剂均为分析纯检验方法中使用试剂均为分析纯, 水为蒸馏水水为蒸馏水.3.检验中所用计量器具必须按国家规定及规程计量和校正检验中所用计量器具必须按国家规定及规程计量和校正.4.检验时必须做空白试验和平行试验检验时必须做空白试验和平行试验.5.有多种检验方法时有多种检验方法时, 必须以国家标准方法的第一法为仲裁方法必须以国家标准方法的第一法为仲裁方法.6.采样必须注意样品的生产日期采样必须注意样品的生产日期, 批号批号, 代表性和均匀性代表性和均匀性.7.样品在检验结束后样品在检验结束后,应保留应保留1个月个月, 以备需要时复查以备需要时复查. 第二节第二节 现代样品前处理技术现代样品前处理技术样本前处理（样本制备）：样本前处理（样本制备）： 指样本分析测定之前的一系列准备工作。
指样本分析测定之前的一系列准备工作 整理整理 清洗清洗 匀化匀化 缩分缩分样本制备样本制备粉碎粉碎匀浆匀浆提取提取净化净化浓缩浓缩衍生化衍生化样品前处理样品前处理过过 程：程： 1.提提取取：：是是指指通通过过溶溶解解、、吸吸附附（（吸吸着着））或或挥挥发发等等方方式式将将样样 品中的残留农药分离出来的操作步骤，也叫品中的残留农药分离出来的操作步骤，也叫萃取萃取 避免：强酸、强碱、高温、剧烈操作避免：强酸、强碱、高温、剧烈操作 极性极性-溶解度、分配系数；挥发性溶解度、分配系数；挥发性-蒸汽压2. 净化：净化： 样品经萃取样品经萃取→被测成分被测成分→萃取液萃取液→含有杂质含有杂质→干扰测定干扰测定※※ 萃取液萃取液→适当处理适当处理→除去杂质除去杂质→纯化3. 浓缩：浓缩：通过减少样品溶液中的溶剂或水分而使组分的浓通过减少样品溶液中的溶剂或水分而使组分的浓度升高 目的：使供测定的样品达到仪器能够检测的浓度，或进目的：使供测定的样品达到仪器能够检测的浓度，或进行溶行溶 剂转换基基 本本 概概 念念 现代样品前处理技术1、进展和发展趋势、进展和发展趋势2、样品处理的原则、样品处理的原则3、样品制备原理、样品制备原理4、现代样品前处理技术、现代样品前处理技术5、其它相关技术、其它相关技术 样品前处理：采样技术和样品制备技术。
采集采集→→样品样品→→适合分析的形态适合分析的形态前处理不好→ 需要灵敏度高、测定范围宽的检测器和分离效率高的分离柱过程→耗时、繁琐、误差发展趋势：1 、进展和发展趋势、进展和发展趋势 ①①制备过程中避免组分发生化学变化；制备过程中避免组分发生化学变化；②②要防止和避免欲测定组分的沾污；要防止和避免欲测定组分的沾污；③③尽可能减少无关化合物引入制备过程；尽可能减少无关化合物引入制备过程； ④④尽可能快速，简单易行尽可能快速，简单易行2、样品处理的原则、样品处理的原则原原 则则: : 3、样品制备原理、样品制备原理 利用被检测物质与样品基质的物理化学物理化学差异差异，使其从检测系统有干扰作用的样品基质中提取分离出来（相似相溶） 极性极性-溶解度、分配系数；挥发性挥发性-蒸汽压 ３－１、分子的极性和水溶性３－１、分子的极性和水溶性1 1、分子的极性、分子的极性: : 提取、净化条件的提取、净化条件的重要参考重要参考依据相似相溶原理：使用与被分析物质极性相近的溶剂为相似相溶原理：使用与被分析物质极性相近的溶剂为提取剂，使被分析物在溶剂中达到最大溶解度提取剂，使被分析物在溶剂中达到最大溶解度。
分子极性判断：电负性、空间构型分子极性判断：电负性、空间构型电负性：电负性综合考虑了电负性：电负性综合考虑了电离能电离能和电子亲合能，首先由莱和电子亲合能，首先由莱纳斯纳斯·鲍林于鲍林于1932年提出它以一组数值的相对大小表示元年提出它以一组数值的相对大小表示元素原子在分子中对成键电子的吸引能力，称为相对电负性，素原子在分子中对成键电子的吸引能力，称为相对电负性，简称电负性元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对简称电负性元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强成键电子的吸引力越强 2、水溶性、水溶性v 被分析物的极性决定其在溶剂中的溶解性被分析物的极性决定其在溶剂中的溶解性影响溶解性的其他因素影响溶解性的其他因素①① 温度：高温度：高→溶解性高溶解性高一般温度每上升一般温度每上升10 ℃℃，溶解度增加一倍，但气体则随温，溶解度增加一倍，但气体则随温度的上升溶解度下降度的上升溶解度下降 ②② 含盐量：盐会降低有机物的溶解度含盐量：盐会降低有机物的溶解度盐析盐析”③③ pH：影响可解离的物质的溶解度：影响可解离的物质的溶解度 极 性溶剂强度溶 剂溶解度（20-25℃）溶剂在水中溶剂在水中（（% %））水在溶剂中水在溶剂中（（% %））非极性强反相弱正相正己烷0.000950.0111异辛烷微溶微溶四卤化碳0.0770.010三卤甲烷0.8150.072二卤甲烷2-四氢呋喃任意混溶任意混溶乙乙 醚醚6.046.041.4681.468乙酸乙酯8.082.94丙丙 酮酮任意混溶任意混溶任意混溶任意混溶乙乙 腈腈任意混溶任意混溶任意混溶任意混溶异丙醇任意混溶任意混溶甲 醇任意混溶任意混溶水任意混溶任意混溶极 性弱反相强正相醋 酸任意混溶任意混溶 ３－２、分配定律３－２、分配定律分配定律：分配定律：在一对互不相溶的两相溶剂系统中，由于物质在非在一对互不相溶的两相溶剂系统中，由于物质在非极性相和极性相中的溶解度不同，当达到平衡时，物质在该两极性相和极性相中的溶解度不同，当达到平衡时，物质在该两相中的浓度比在一定条件下为常数的定律。
相中的浓度比在一定条件下为常数的定律K KD D （分配系数）（分配系数） = [A]= [A]非极性相非极性相 / [B]/ [B]极性相极性相 K KD D 称称为为分分配配系系数数(distribution (distribution coefficient)coefficient)，，其其值值大大小小与与溶溶质质、、溶溶剂剂的的性性质质及及平平衡衡时时的的温温度度等等条条件件有有关关，，与与相相体体积积无无关关K KD D值值越越大大，，存存在在于于非非极极性性溶溶剂剂中中的的分分析析物物越越多多，，越越有有利利于于用用非非极极性性溶溶剂剂向向极极性性溶溶剂剂中中提提取取分分析析物物，，而而K KD D值值越越小小，，则则存存在在于于极极性性溶溶剂剂中中分分析物越多，越有利于用极性溶剂向非极性溶剂中提取分析物析物越多，越有利于用极性溶剂向非极性溶剂中提取分析物 ３－３、挥发性与蒸汽压３－３、挥发性与蒸汽压挥发性：挥发性：液态或固态物质转变为气态的物理性能液态或固态物质转变为气态的物理性能挥发性决定：挥发性决定：物质在气物质在气- -液或气液或气- -固两相中的分布固两相中的分布。
分为沸点和蒸汽压分为沸点和蒸汽压它在气相色谱、顶空提取和吹它在气相色谱、顶空提取和吹扫捕集等提取分析物的常用技术方法中得到应用扫捕集等提取分析物的常用技术方法中得到应用蒸汽压：蒸汽压：固态、液态固态、液态→→气态气态 4 4 、现代样品前处理技术、现代样品前处理技术固相微萃取固相微萃取 超声波提取超声波提取微波辅助微波辅助萃取萃取超临界流体萃取超临界流体萃取样品制备样品制备固相萃取固相萃取 顶空技术顶空技术 4-1、固相萃取技术、固相萃取技术 固固相相萃萃取取(solid (solid phase phase extraction extraction ,SPE),SPE)是是 由由液液固固萃萃取取和和柱柱液液相相色色谱谱技技术术相相结结合合发发展展而而来来, , 近近年年来来得得到到了了快快速速的的发发展展在在样样品品分分离离提提纯纯方方面面发挥了越来越重要的作用发挥了越来越重要的作用. . １１ 、固相萃取、固相萃取(SPE)概念概念SPE SPE ：：Solid Phase ExtractionSolid Phase Extraction是一种液相色谱分离，利用固体是一种液相色谱分离，利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合吸附剂将液体样品中的目标化合物与干扰化合物分离，达到分离物与干扰化合物分离，达到分离和富集目标化合物的目的。
和富集目标化合物的目的 慢慢中等中等快快淋洗液淋洗液 2 、固相萃取的模式及原理、固相萃取的模式及原理反相固相萃取反相固相萃取正相固相萃取正相固相萃取离子交换固相萃取离子交换固相萃取① ① 阴离子交换阴离子交换② ② 阳离子交换阳离子交换 ２－１、反相固相萃取２－１、反相固相萃取流动相：极性（水溶液）或中等极性流动相：极性（水溶液）或中等极性固定相：非极性固定相：非极性分离对象：中等到非极性物质分离对象：中等到非极性物质 ２－２、正相固相萃取２－２、正相固相萃取流动相：非极性、中等极性流动相：非极性、中等极性固定相：极性固定相：极性分析物质：极性、中等极性、非极性分析物质：极性、中等极性、非极性 ２－３、离子交换固相萃取２－３、离子交换固相萃取适用于带有电荷的化合物（水溶液、有机溶液）适用于带有电荷的化合物（水溶液、有机溶液）原理：静电吸引，化合物上的带电荷基团与键合硅原理：静电吸引，化合物上的带电荷基团与键合硅胶上的带电荷基团之间的相互作用胶上的带电荷基团之间的相互作用分为：阴离子交换和阳离子交换分为：阴离子交换和阳离子交换 1 、阴离子（负电荷）交换、阴离子（负电荷）交换LC-SAXLC-SAX、脂肪族季铵类盐、脂肪族季铵类盐 + + 硅胶硅胶SAX 是是脂脂肪肪族族季季铵铵盐盐类类键键合合到到硅硅胶胶上上，，季季铵铵盐盐是是一一个个很很强强的的碱碱，，带带有有一一个个正正电电荷荷，，能能交交换换或或吸吸附附溶溶液液中中的的阴阴离离子子。
季季铵铵盐盐的的pka 很很高高(＞＞14),在在水水溶溶液液中中，，所所有有的的pH 条条件件下下，，都都能能带带上上电电荷荷对对于于阴阴离离子子分分析析物物，，为为了了使使之之带带上上电电荷荷，，其其pH 值值必必须须比比其其pka大大2 个个单单位位大大多多数数情情况况下下，，被被分分析析物物是是强强酸酸性性或或者者是是弱弱酸酸性的 2、阳离子交换、阳离子交换LC-SCXLC-SCX：磺酸基；：磺酸基；LC-WCXLC-WCX：羧酸基团：羧酸基团SCX 是是磺磺酸酸基基键键合合在在硅硅胶胶表表面面磺磺酸酸基基有有很很强强的的的的酸酸性性（（pka＜＜1）），，能能吸吸附附或或者者交交换换溶溶液液中中的的阳阳离离子子在在所所有有的的pH 条条件件下下，，这这种种官官能能团团都都能能带带上上电电荷荷对对所所分分析析的的阴阴离离子子化化合合物物，，其其样样品品的的pH 值值要要比比其其pka 小小2 个个单单位位，，以以保保证证其其带带电电荷荷通通常常分分析析的的化化合合物物是是强强碱碱性性或或弱弱碱性的 ２－４２－４ 溶剂的选择溶剂的选择① ① 目目标标化化合合物物在在极极性性/ /非非极极性性溶溶剂剂中中的的溶溶解解度度，，这主要涉及淋洗液的选择。
这主要涉及淋洗液的选择② ② 目标化合物有无可能离子化（可用调节目标化合物有无可能离子化（可用调节pHpH值实现离子化）值实现离子化）③③ 目标化合物有无可能与吸附剂形成共价键目标化合物有无可能与吸附剂形成共价键④④目目标标化化合合物物和和杂杂质质在在吸吸附附剂剂上上吸吸附附点点的的竞竞争争程度，关系到能否很好分离程度，关系到能否很好分离 ３、固相萃取的装置及操作程序３、固相萃取的装置及操作程序固相萃取的装置固相萃取的装置筛板筛板筛板筛板筛板筛板 1、固相萃取的装置、固相萃取的装置 2、操作程序、操作程序（1）、活化吸附剂 萃取之前要用适当的溶剂淋洗小柱，以使吸附剂保持湿润，可以吸附目标化合物或干扰化合物 2、操作程序、操作程序（2）、上样（吸附） 样品倒入活化后的固相萃取小柱，然后利用抽真空，加压或离心的方法使样品进入吸附剂 2、操作程序、操作程序 3）、洗涤（去除杂质）在样品进入吸附剂，目标化合物被吸附后，可先用较弱的溶剂将弱保留干扰化合物洗掉 2、操作程序、操作程序 4）、洗脱和收集 再用较强的溶剂将目标化合物洗脱下来，加以收集 活化吸附剂活化吸附剂进进 样样洗洗 涤涤洗洗 脱脱 ４、４、SPE分离机制与溶剂的选择分离机制与溶剂的选择分离机制分离机制典型的弱溶剂典型的弱溶剂（保留条件）（保留条件）典型的强溶剂典型的强溶剂（洗脱条件）（洗脱条件）反相SPE缓冲液或低浓度的甲醇或乙腈乙腈、甲醇或溶剂与水的混合物正相SPE正己烷、甲苯等二氯甲烷、甲醇等阳离子交换SPE 低离子强度缓冲液(<0.1mol/L)高离子强度缓冲液（＞0.1mol/L)低反离子强度高反离子强度阴性离子交换SPE低离子强度缓冲液（<0.1mol/L)高离子强度缓冲液(>0.1mol/L) 固相萃取的应用领域固相萃取的应用领域 固相萃取小柱体积的选择：可根据样品的量和固相萃取小柱体积的选择：可根据样品的量和对萃取速度的要求来确定对萃取速度的要求来确定 加拿大加拿大Silicycle公司产品公司产品 4-2、固相微萃取 SPME SPMESPME是是在在固固相相萃萃取取的的基基础础上上发发展展起起来来的的一一种种样样品品前前处处理理技技术术，，集集采采样样、、萃萃取取、、浓浓缩缩、、进进样样为为一一体体，，对对样样品品有有很很强强的的富富集集作作用用，，可可以以大大大大提提高高分析灵敏度。
分析灵敏度 SPME的发展历史的发展历史19891989年，加拿大的年，加拿大的Pawliszyn 提出提出19931993年，商品化年，商品化Fiber-SPME19931993年，年， （管内固相微萃取）（管内固相微萃取）In-Tube-SPME -GC19961996年，商品化年，商品化Fiber-SPME-HPLC19971997年，商品化年，商品化Fiber-SPME-GC19971997年，年， In-Tube-SPME-HPLC19991999年，年，Pat Sandra 提出（搅拌棒吸附萃取）提出（搅拌棒吸附萃取）SBSE技术技术20012001年，一种新形式年，一种新形式In-Tube SPME-GC 原理和方法原理原理: 通过在样品与固相涂层间的平衡来达到分离通过在样品与固相涂层间的平衡来达到分离方法：方法：玻璃纤维浸入样品中玻璃纤维浸入样品中→被分析物质被分析物质→扩散扩散→吸附吸附→平衡平衡→取出玻璃纤维取出玻璃纤维→洗脱洗脱→分析 固相微萃取装置 类似于微型注射器：类似于微型注射器：手柄和萃取纤维头手柄和萃取纤维头关键：关键：石英纤维上涂吸附剂石英纤维上涂吸附剂原原则则：：目目标标化化合合物物是是非非极极性性时时选选择择非非极极性性涂涂层层；；目目标标化化合合物物是是极极性性时时选选择择极性涂层。
极性涂层 固相微萃取装置固相微萃取装置 非极性涂层非极性涂层极性涂层极性涂层中等极性中等极性混合型混合型固定相涂层的类型固定相涂层的类型如如: 聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯(PA)、聚乙二醇、聚乙二醇( C W ) ，适于极性化合物，适于极性化合物如如: 聚聚二二甲甲基基硅硅氧氧烷烷(PDMS)，，适于非极性和弱极性化合物适于非极性和弱极性化合物如如: 聚聚乙乙二二醇醇- 聚聚二二乙乙烯烯基基苯苯(CW-DVB)、、羧羧乙乙基基- 聚聚二二乙乙烯烯基基苯苯(CAR-DVB)、、羧羧乙乙基基- 聚聚二二乙乙烯烯基基 苯苯 - 聚聚 二二 甲甲 基基 硅硅 氧氧 烷烷 (CAR-DVB-PDMS)等等 影响萃取效率的因素1. 涂层性质和厚度的影响涂层性质和厚度的影响 涂层厚度对分析的固相涂层厚度对分析的固相吸附量和平衡时间都有影响吸附量和平衡时间都有影响，， 涂层越厚，固相吸附量越大，灵敏度亦越高；达到分析平均涂层越厚，固相吸附量越大，灵敏度亦越高；达到分析平均的时间越长，解析平衡时间也越长，分析速度慢的时间越长，解析平衡时间也越长，分析速度慢; ; 涂层厚度对分析灵敏度影响较大，对分析速度影响较小。
涂层厚度对分析灵敏度影响较大，对分析速度影响较小2. 萃取时间的影响萃取时间的影响 萃取时间即萃取达到平衡所需的时间，由待分析物的分配系萃取时间即萃取达到平衡所需的时间，由待分析物的分配系数、物质的扩散速率、样品基质、样品体积、萃取头膜厚等数、物质的扩散速率、样品基质、样品体积、萃取头膜厚等因素决定，是影响涂层因素决定，是影响涂层萃取量的一个重要因素萃取量的一个重要因素. 影响萃取效率的因素3. 3. 萃取温度的影响萃取温度的影响 温温度度升升高高，，分分析析物物扩扩散散速速度度增增大大，，蒸蒸汽汽压压也也随随之之增增大大，，可可提提高高分分析析速速度度温温度度升升高高，，使使分分析析物物的的分分配配系系数数减减小小，，固固相相吸吸附附量量减减少少根根据据样样品品的的性性质质确确定定最最佳佳萃萃取取温温度度，，一一般般萃萃取温度为取温度为4 0 4 0 ～～80 ℃80 ℃4. 搅拌的影响搅拌的影响 搅搅拌拌是是影影响响SPMESPME分分析析速速度度的的重重要要因因素素样样品品经经搅搅拌拌后后可可以以促促进进萃萃取取并并减减少少萃萃取取时时间间，，特特别别对对于于大大分分子子量量和和高高扩扩散散系系数数的的组组分分。
一一般般搅搅拌拌形形式式有有磁磁力力搅搅拌拌、、高高速速匀匀浆浆、、超超声声波波等等方方式式，，采取搅拌方式时一定要采取搅拌方式时一定要注意搅拌的均匀性注意搅拌的均匀性 影响萃取效率的因素5. 盐的影响盐的影响 萃萃取取前前于于样样品品中中添添加加无无机机盐盐(NaCl(NaCl、、NaNa2 2SOSO4 4等等) ) ，，水水溶溶液液的的离离子子强强度度增增大大，，有有机机物物的的溶溶解解度度减减小小产产生生盐盐析析，，分分配配系系数数提提高高，，增增加加萃萃取取头头固固定定相相对对分分析析组组分分的的吸吸附附，，可可提提高高分分析析的的灵灵敏敏度度一一般般添添加加无无机机盐盐适适用用于于顶顶空空方方式式，，对对于于浸浸入入方方式式，，盐分容易损坏萃取头盐分容易损坏萃取头6. pH值的影响值的影响 调节至合适的调节至合适的pHpH值，使有机物在水中溶解度减小，增大分配值，使有机物在水中溶解度减小，增大分配系数，提高分析的灵敏度，但系数，提高分析的灵敏度，但pH pH 值过高或过低都会影响固值过高或过低都会影响固定相涂层的使用寿命定相涂层的使用寿命 特 点①①实现了无溶剂化实现了无溶剂化②②减轻了对环境的负担减轻了对环境的负担③③装置便于携带，操作简单，成本低廉，适于推广应用装置便于携带，操作简单，成本低廉，适于推广应用④④并且可以实现野外现场取样分析并且可以实现野外现场取样分析 方 法 研 究 进 展1.1.与与GCGC连用连用: (: (最早最早) )主要适用于小分子量高挥发性物质或半挥发性物质的测定。
主要适用于小分子量高挥发性物质或半挥发性物质的测定缺点缺点: :不适用于热不稳定性物质的萃取测定，也不适用于极性大不适用于热不稳定性物质的萃取测定，也不适用于极性大, , 不易挥发物质的萃取测定不易挥发物质的萃取测定样品脱附样品脱附: : 热解析热解析 几秒几秒2. 2. 与高效液相色谱与高效液相色谱( H P L C ) ( H P L C ) 的联用的联用: :系统还处于发展阶段系统还处于发展阶段, , 适合于极性较大的物质适合于极性较大的物质样品脱附样品脱附: : 溶剂洗脱溶剂洗脱3. 3. 与毛细管电泳与毛细管电泳( CE ) ( CE ) 的联用的联用: : 微量分析微量分析 固相微萃取技术在食品中的应用固相微萃取技术在食品中的应用食食 品品 分分 析析分析食品风味分析食品风味物质的组成物质的组成农药残留农药残留水水果果 蔬蔬菜菜葡葡 萄萄 酒酒肉肉 类类 制制 品品酒酒 类类 风风 味味天天然然调调味味料料茶茶 叶叶 品品 质质水水果果 蔬蔬菜菜 SPME 技术的发展趋势v进一步发展进一步发展SPME 与各种分析仪器的联用，以拓宽其使与各种分析仪器的联用，以拓宽其使用范围用范围;v研制更多新型涂层和涂渍技术的改进研制更多新型涂层和涂渍技术的改进; v使装置自动控制系统更趋完善和成熟使装置自动控制系统更趋完善和成熟;vSPME 装置及外围设备进行改进，使其适应工业和野外装置及外围设备进行改进，使其适应工业和野外自动采样和检测自动采样和检测;vS P M E 的理论也将会得到更进一步的发展。
的理论也将会得到更进一步的发展 4-3 4-3 、、超临界流体萃取超临界流体萃取技术技术• 超临界流体超临界流体• 超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术 1.1 超临界流体的含义 超临界流体（超临界流体（SCF））是指在临界温度和临界压是指在临界温度和临界压力以上的流体高于临界力以上的流体高于临界温度和临界压力而接近临温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状界点的状态称为超临界状态处于超临界状态时，态处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨，故称之以至于无法分辨，故称之为为SCF1. 超临界流体 18221822年，年，Cagniard Cagniard 首次报道物质的临界现象首次报道物质的临界现象18791879年，年，Hanny and Hogarth Hanny and Hogarth 发现了超临界流体对固发现了超临界流体对固体有溶解能力，为超临界流体的应用提供了依据体有溶解能力，为超临界流体的应用提供了依据19431943年，年，MessmoreMessmore首次利用压缩气体的溶解力作为分首次利用压缩气体的溶解力作为分离过程的基础，发展出超临界萃取方法。
离过程的基础，发展出超临界萃取方法19701970年，年，ZoselZosel采用采用sc-COsc-CO2 2萃取技术从咖啡豆提取咖萃取技术从咖啡豆提取咖啡因，从此超临界流体的发展进入一个新阶段啡因，从此超临界流体的发展进入一个新阶段19921992年，年，Desimone Desimone 首先报道了首先报道了sc-COsc-CO2 2为溶剂，超临为溶剂，超临界聚合反应，得到分子量达界聚合反应，得到分子量达2727万的聚合物万的聚合物, ,开创了超开创了超临界临界COCO2 2高分子合成的先河高分子合成的先河1.2 超临界流体的发展 物理特征物理特征 密度密度 （（g/cm3）） 粘度粘度（（g/cm/s）） 扩散系数扩散系数 （（cm2/s）） 气体气体（（0.6-2））*10-3（（1-4））*10-4 0.1-0.4 液体液体 0.6-1.6（（0.2-3））*10-2（（0.2-2)*10-5 SCF 0.2-0.9（（1-9））*10-4（（0.2-0.7)*10-31.3 超临界流体的性质 1密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度微小变化可导致其密度显著变化微小变化可导致其密度显著变化2粘度接近于气体粘度接近于气体, 具有很强传递性能和运动速度具有很强传递性能和运动速度3扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级；扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级； 4SCF的介电常数，极化率和分子行为与气液两相均的介电常数，极化率和分子行为与气液两相均有着明显的差别有着明显的差别;5压力和温度的变化均可改变相变压力和温度的变化均可改变相变 1.4 超临界流体的主要特性 2. 超临界流体萃取技术 2.1 超临界萃取概述p超临界流体萃取超临界流体萃取 (Supercritical Fluid Extraction，，SFE)是一项新型提取技术，它是利用超临界条件下的是一项新型提取技术，它是利用超临界条件下的气体作萃取剂，从液体或固体中萃取出某些成分并进气体作萃取剂，从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。
行分离的技术p超临界条件下的气体，也称为超临界流体超临界条件下的气体，也称为超临界流体(SF)，是处，是处于临界温度于临界温度(Tc)和临界压力和临界压力 (Pc)以上，以流体形式存以上，以流体形式存在的物质通常有在的物质通常有二氧化碳二氧化碳(CO2)、氮气、氮气(N2 )、氧化二、氧化二氮氮(N2 O)、乙烯、乙烯 (C2 H4)、三氟甲烷、三氟甲烷 (CHF3 )等 超临界流体具超临界流体具有选择性溶解物质有选择性溶解物质的能力，并随着临的能力，并随着临界条件（界条件（T，，P）而）而变化超临界流体变化超临界流体可从混合物中有选可从混合物中有选择地溶解其中的某择地溶解其中的某些组分，然后通过些组分，然后通过减压，升温或吸附减压，升温或吸附将其分离析出将其分离析出 2.2 基本原理 超超临临界界萃萃取取剂剂的的临临界界温温度度越越接接近近操操作作温温度度，，则则溶溶解解度度越越大大临临界界温温度度相相同同的的萃萃取取剂剂，，与与被被萃萃取取溶溶质质化化学学性性质质越越相相似似，，溶溶解解能能力力越越大大应应该该选选取取与与被被萃取溶质相近的超临界流体作为萃取剂。
萃取溶质相近的超临界流体作为萃取剂 2.3 超临界流体的选择性 用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件: :v化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物反应；化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物反应；v临界温度应接近常温或操作温度，不宜太高或太低；临界温度应接近常温或操作温度，不宜太高或太低；v操作温度应低于被萃取溶质的分解变质温度；操作温度应低于被萃取溶质的分解变质温度；v临界压力低，以节省动力费用；临界压力低，以节省动力费用；v对被萃取物的选择性高（容易得到纯产品）；对被萃取物的选择性高（容易得到纯产品）；v纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循还用量；纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循还用量；v货源充足，价格便宜，如果用于食品和医药工业，还应考货源充足，价格便宜，如果用于食品和医药工业，还应考虑选择无毒的气体虑选择无毒的气体2.4 超临界流体的选择原则 改性剂实用意义实用意义 混合流动相混合流动相 改性剂改性剂 分别混合分别混合: 2台泵台泵 缺点缺点: a. 不能做梯度洗脱不能做梯度洗脱 b. 彻底清洗容器彻底清洗容器预混合预混合:改改性性剂剂的的添添加加方方式式 胡萝卜在不同丙酮含量下胡萝卜素在胡萝卜在不同丙酮含量下胡萝卜素在CO2中的溶解度和提取率。
中的溶解度和提取率序号序号丙丙酮含量含量（（%））(mol））胡胡萝卜素溶解度卜素溶解度(mg/L3)提取率提取率(%)100.0842272120.234963.2322.60.39888.234300.657597.8 1. CO2超临界萃取具有广泛的适应性，特别对于天然物料超临界萃取具有广泛的适应性，特别对于天然物料 的萃取，其产品称得上是的萃取，其产品称得上是100%纯天然产品纯天然产品2. 可在较低温度下操作，特别适合于热敏性物质，完整保可在较低温度下操作，特别适合于热敏性物质，完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质分离出来分离出来 3. 溶剂没有污染，可以回收使用，简单方便，节省能源溶剂没有污染，可以回收使用，简单方便，节省能源 4. 须在高压下操作，设备与工艺要求高，一次性投资比较大须在高压下操作，设备与工艺要求高，一次性投资比较大2.5 超临界CO2萃取的特点 超临界流体萃取装置组成超临界流体萃取装置组成v（1））超超临临界界流流体体发发生生源源，，由由萃萃取取剂剂储储瓶瓶、、高高压压泵泵及及其其他他附附属属装置组成，其功能是将萃取剂由常温压态转化为超临界流体。
装置组成，其功能是将萃取剂由常温压态转化为超临界流体v（（2））超超临临界界流流体体萃萃取取部部分分，，由由样样品品萃萃取取管管及及附附属属装装置置组组成成，，处处于于超超临临界界态态的的萃萃取取剂剂在在这这里里将将被被萃萃取取的的溶溶质质从从样样品品基基质质中中溶溶解解出出来来，，随随着着流流体体的的流流动动，，使使含含被被萃萃取取溶溶质质的的流流体体与与样样品品基基体体分开v（（3））溶溶质质减减压压吸吸附附分分离离部部分分，，由由喷喷口口及及吸吸收收管管组组成成，，萃萃取取出出来来的的溶溶质质及及流流体体，，必必须须由由超超临临界界态态经经喷喷口口减减压压降降温温转转化化学学常常温温常常压压态态，，此此时时流流体体挥挥发发逸逸出出，，而而溶溶质质在在吸吸收收管管内内多多孔孔填填料料表表面面，，用合适溶剂洗吸收管，就可把溶质洗脱收集备用用合适溶剂洗吸收管，就可把溶质洗脱收集备用 超临界流体萃取装置过程超临界流体萃取装置过程将萃取原料装入萃取釜二氧化碳气体经热将萃取原料装入萃取釜二氧化碳气体经热交换器冷凝成液体，用加压泵把压力提升到交换器冷凝成液体，用加压泵把压力提升到工艺过程所需的压力工艺过程所需的压力(应高于二氧化碳的临界应高于二氧化碳的临界压力压力)，同时调节温度，使其成为超临界二氧，同时调节温度，使其成为超临界二氧化碳流体。
二氧化碳流体作为溶剂从萃取釜化碳流体二氧化碳流体作为溶剂从萃取釜底部进入，与被萃取物料充分接触，选择性底部进入，与被萃取物料充分接触，选择性溶解出所需的化学成分含溶解萃取物的高溶解出所需的化学成分含溶解萃取物的高压二氧化碳流体经节流阀降压到低于二氧化压二氧化碳流体经节流阀降压到低于二氧化碳临界压力以下进入分离釜碳临界压力以下进入分离釜(又称解析釜又称解析釜)，，由于二氧化碳溶解度急剧下降而析出溶质，自动分离成溶质和二氧化碳气体二部分，前者由于二氧化碳溶解度急剧下降而析出溶质，自动分离成溶质和二氧化碳气体二部分，前者为过程产品，定期从分离釜底部放出，后者为循环二氧化碳气体，经过热交换器冷凝成二为过程产品，定期从分离釜底部放出，后者为循环二氧化碳气体，经过热交换器冷凝成二氧化碳液体再循环使用整个分离过程是利用二氧化碳流体在超临界状态下对有机物有特氧化碳液体再循环使用整个分离过程是利用二氧化碳流体在超临界状态下对有机物有特异增加的溶解度，而低于临界状态下对有机物基本不溶解的特性，将二氧化碳流体不断在异增加的溶解度，而低于临界状态下对有机物基本不溶解的特性，将二氧化碳流体不断在萃取釜和分离釜间循环，从而有效地将需要分离提取的组分从原料中分离出来。
萃取釜和分离釜间循环，从而有效地将需要分离提取的组分从原料中分离出来 压缩机压缩机 萃取釜萃取釜 制冷制冷MVC-760L 二氧化碳循环泵二氧化碳循环泵 超临界流体萃取技术在食品中的应用超临界流体萃取技术在食品中的应用食食 品品 分分 析析逐逐 步步 产产 业业 化化天天然然香香料料色色素素的的生生产产食食 品品 脱脱 臭臭油油质质的的提提取取分分离离 应应 用用 范范 围围品品 种种功能性油脂功能性油脂沙棘油、小麦胚芽油、鱼油、葡萄籽油、耐鹊油等沙棘油、小麦胚芽油、鱼油、葡萄籽油、耐鹊油等中药及中药提取物中药及中药提取物穿心莲提取物、当归油、丹参提取物、厚朴提取物、穿心莲提取物、当归油、丹参提取物、厚朴提取物、薄荷油、五味子油、车前子油、柴胡油、川穹油、姜薄荷油、五味子油、车前子油、柴胡油、川穹油、姜黄色素、菟丝子油、枸杞子油、鸦胆子油、天然咖啡黄色素、菟丝子油、枸杞子油、鸦胆子油、天然咖啡因、紫草素、丹皮酚、乳香提取物、野菊花油、苍术因、紫草素、丹皮酚、乳香提取物、野菊花油、苍术油、我术油、香附油、青蒿素、霍香游、紫苏叶油、油、我术油、香附油、青蒿素、霍香游、紫苏叶油、熊果酸熊果酸调味品调味品姜油、辣素、辣椒色素、花椒油、胡椒油姜油、辣素、辣椒色素、花椒油、胡椒油香料、香精香料、香精辛夷花精油、烟叶精油辛夷花精油、烟叶精油 1.德国伍德公司德国伍德公司 云南亚太致兴生物工程研究所 微波辅助萃取微波辅助萃取v微微波波辅辅助助萃萃取取：：微微波波和和传传统统的的溶溶剂剂提提取取法法相相结结合合的的一一种种萃萃取取方方法法，，利利用用不不同同结结构构的的化化合合物物吸吸收收微微波波能能力力的的差差异异，，使使得得细细胞胞内内的的某某些些成成分分被被微微波波选选择择性性加加热热，，导导致致细细胞胞结结构构发发生生变变化化，，从从而而提提高高有有效效成成分分的的溶溶出出程程度度和和速速度度。
2020世世纪纪7070年年代代，，普普通通家家用用微微波波炉炉首首次次走走进进实实验验室室；；8080年年代代，，首首次次发发表表了了微微波波用用于于植植 物物 提提 取取 的的 文文 献献 ；； 9090年年 代代 商商 业业 化化 的的MAP(microwaveMAP(microwave——assisted assisted extractionprooess)extractionprooess)开开始应用于中药有效成分的提取；始应用于中药有效成分的提取； 特 点v质量高质量高,可有效保护食品中的功能成分可有效保护食品中的功能成分v对萃取物具有高选择性对萃取物具有高选择性v省时省时(50-90%)v溶剂用量少溶剂用量少(50-90%) 微波提取在应用中应注意微波提取在应用中应注意的几个问题的几个问题①① 微微波波对对不不同同的的植植物物细细胞胞或或组组织织有有不不同同的的作作用用，，对对细细胞胞内内产产物物的的释释放放也也有有一一定定的的选选择择性性因因此此应应根根据据产产物物的的特特性性及及其其在在细细胞胞内内所所处处的的位位置置的的不不同同，，选选择择不同的处理方式不同的处理方式。
②②微微波波提提取取仅仅适适用用于于对对热热稳稳定定的的产产物物，，如如生生物物碱碱、、黄黄酮酮、、苷苷类类等等，，而而对对于于热热敏敏感感的的物物质质如如蛋蛋白白质质、、多多肽肽等，微波加热能导致这些成分的变性、甚至失活等，微波加热能导致这些成分的变性、甚至失活 ③③ 由由微微波波加加热热原原理理可可知知，，微微波波提提取取要要求求被被处处理理的的物物料料具具有有良良好好的的吸吸水水性性，，否否则则细细胞胞难难以以吸吸收收足足够够的的微微波能将自身击破，使其内容物难以释放出来波能将自身击破，使其内容物难以释放出来 微波萃取技术在食品中的应用食品分析食品分析农农兽兽药药残残留留海海产产品品中中的的重重金金属属真真 菌菌 毒毒 素素 4-6、气体萃取（顶空技术）、气体萃取（顶空技术）取取样样品品基基质质（（液液体体和和固固体体））上上方方的的气气相相部部分分进进行行色色谱谱分分析用用途途：：痕痕量量高高挥挥发发性性物物质质的的分分析析测测定定，，气气体体是是挥挥发发性性物物质的最理想的溶剂质的最理想的溶剂 特特 点点① 操作简单② 可自动化③ 可变因素多④ 灵敏度高：检出限可达10-12水平。
分分 类类静态顶空静态顶空：：在一个密闭的容器中，样品与样品上方气体（1/2）达到平衡动态顶空：动态顶空： “连续气体萃取”方法，不必两相达到平衡经捕集浓缩后进行测定 Ø 生物大分子的细胞破碎与蛋生物大分子的细胞破碎与蛋白质的去除白质的去除生物样品生物样品植物：植物：营养成分、农药残留等动物：动物：体内的药物及代谢产物、 糖类、维生素、氨基酸等微生物：微生物： 待测物的位置待测物的位置体体液液或或细细胞胞外外：：采用萃取方法也可将干扰组分（如蛋白质、DNA、多糖等等）沉淀除去生生物物细细胞胞内内：：首先将细胞破碎，再采用萃取或沉淀等方法 细胞的破碎细胞的破碎目的：目的：就是为了破坏细胞的外壳，使细胞内含物有效地释放出来，获得有效的提取 1 1）细胞的破碎方法）细胞的破碎方法① 组织较柔软：匀浆器研磨② 组织较韧：铰碎→匀浆③ 纤维组织：捣碎器破碎或加砂研磨④ 微生物坚韧的细胞壁：用自溶、冷热交 替、加砂研磨、超声波和加压处理 1、细胞的破碎方法、细胞的破碎方法 2 2）机械法（机械切力））机械法（机械切力）① 高速组织捣碎机： 20000r／min 对象：动植物组织② 匀浆器：铰碎组织。
对生物大分 子破坏较少③ 研磨 ：玻璃砂 3 3）物理法（物理作用））物理法（物理作用）①① 反复冻融法：反复冻融法： -15～～-20℃②② 冷热交替法：冷热交替法： 90℃维持数分钟，立即置维持数分钟，立即置于冰浴中冷却于冰浴中冷却③③ 超声波处理法：用于微生物超声波处理法：用于微生物④④ 加加压压破破碎碎法法：： 加加气气压压或或水水压压，，可可使使90％％以上细胞被压碎以上细胞被压碎 4 4）化学及生物化学法）化学及生物化学法（化学试剂或酶）（化学试剂或酶）① 自溶法： 在一定条件（pH、温度）下， 利用自身的酶系将细胞破坏② 溶菌酶处理： 具有专一地破坏细菌细胞壁的功能 Antifungal activityAntifungal activity例：溶菌酶处理例：溶菌酶处理 蛋白质的去除蛋白质的去除目的：目的：蛋白质的存在，常常严重干扰分析1、加热法 2、盐析法3、膜分离法 4、高速离心5、有机溶剂沉淀法 1 1）） 加热法加热法欲测组分热稳定性好时采用加热到90℃蛋白沉淀后可用离心或过滤除去，能除去热变性蛋白 2 2）盐析法）盐析法原原理理：：利用不同蛋白质在高浓度的盐溶液中溶解度不同程度的降低来沉淀除去蛋白质。
在低盐浓度下，蛋白质溶解度随着盐浓度升高而增加，称为盐溶作用盐溶作用 当盐浓度不断升高时，不同蛋白质的溶解度又以不同程度下降，并先后析出沉淀，称为盐析作用盐析作用 3 3）膜分离法）膜分离法超滤：靠薄膜两侧压力差作为推动力来分离不同分子量的物质将欲测小分子化合物和大分子蛋白质分离 4 4）高速离心）高速离心物质沉降系数、质量、浮力因子等不同，用离心力使物质分离、浓缩、提纯的方法小小中中大大 。