当前萃取分离技术的研究应用与进展

当前萃取分离技术的研究应用与进展摘要：近年关于萃取技术研究进展很快，各种萃取方法层出不穷但各有其优缺点，现通过对几种比较流行的萃取方法进行总结归纳，并对未来萃取分离技术进展的特点做些分析。随着科技水平发展以及对于各种科研需要关于萃取技术这方面的研究不断更新，新的方法不断研究出来，本文简单归纳介绍了以下几种常用方法：1.固相萃取技术2.亚临界水萃取技术3.液相微萃取技术。另外补充说明近年来我国稀土工业发展中萃取技术的应用情况和未来的发展趋势。关键词：萃取分离；稀土；发展趋势引言：传统的提取物质中有效成分的方法复杂，而且产品的纯度不高易含有有毒有害物质在其中。萃取分离法是一种新型的分离技术，是将样品中的目标化合物选择性的转移到另一相中或选择性的保留在原来的相中，从而使目标化合物与原来的复杂基体相互分离方法。通过萃取分离这个重要单元操作步骤，可以达到产品提纯率高，纯度好，能耗低等优点。这种方法不仅在化工医药领域得到广泛应用，而且在食品，烟草，香料，稀土行业得到极大认可。随着科技的更新和进步，萃取分离技术也在不断的改进优化，新型的萃取分离技术不断出现并完善，这项技术在未来具有广阔的发展前景。1.固相萃取技术固相萃取(SolidPhaseExtraction，SPE)技术基于液相色谱原理，可近似看作一个简单的色谱过程16t。原理是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的171。固相萃取可分为在线萃取和离线萃取。前者萃取与色谱分析同步完成，而后者萃取与色谱分析分步完成。两者在原理上是一致的。固相萃取技术在样品处理中的作用分两种：一是净化，二是富集,这两种作用可能同时存在。固体萃取和液－液萃取相比，其长处在于方便和消耗试剂少，短处在于批次间的重复性难以保证。出现这种情况的原因在于：液体试剂的重复性好，只要其纯度可靠，不同年代的产品的物理化学性质都是可靠的。而固体萃取剂就算保证了纯度外，还存在着颗粒度的差异，外形的差异等液体试剂不存在的且难以衡量的因素，不同年代不同批号的萃取性质可能会有较大的区别。从理论上和厂家宣传来看，固相萃取应该在色谱分析的前处理上得到很好的应用：有机溶剂用得很少，可批量处理样品，既可富集，又能除杂质，给人印象是前处理的革命性进步。然而现实情况，起码在国内，虽然推广了多年，实际应用还是相当有限。固相萃取技术很容易掌握，目前利用它开展的工作尚有一定的局限性。主要使用在分析挥发性、半挥发性物质，因此文献报道较多与气象色谱的联用有关，与液相色谱和毛细管电泳联用的技术尚不很成熟，文献报道较少。虽然固相微萃取技术近几年刚刚起步，但由于具有方法简单，无需试剂，提取效果好，变异系数小安等诸多优点已在制药，临床医学，食品，环保方面有众多的应用。2.亚临界水萃取技术亚临界水萃取技术的基本原理亚临界水又称超加热水、高压热水或热液态水，是指在一定的压力下，将水加热到100℃以上临界温度374℃以下的高温，水体仍然保持在液体状态。亚临界状态下流体微观结构的氢键、离子水合、离子缔合、簇状结构等发生了变化，因此亚临界水的物理、化学特性与常温常压下的水在性质上有较大差别。常温常压下水的极性较强，亚临界状态下，随着温度的升高，亚临界水的氢键被打开或减弱，从而使水高到低萃取出来。这样就可以通过控制亚临界水的温度和压力，使水的极性在较大范围内变化，从而实现天然产物中有效成分从水溶性成分到脂溶性成分的连续提取，并可实现选择性提取。此外，由于亚临界水萃取是以价廉、无污染的水作为萃取剂，因此，亚临界水萃取技术被视为绿色环保、前景广阔的一项变革性技术。超临界流体具有高密度、低粘度、高介电常数及扩散系数大的特性，并有良好的流动和传递性质，还可萃取极性小的物质，有较大的萃取容量。从超临界流体性质看，其具有的特点：(1)萃取速度高于液体萃取，特别适合于固态物质的分离提取；(2)在接近常温的条件下操作，能耗低于一般精馏萃取，适合于热敏性物质和易氧化物质的分离；(3)传热速率快，温度易于控制；(4)适合于挥发性物质的分离基于超临界流体萃取技术具有传统萃取技术无法比拟的优势，兼备环境友好、高效廉价的特色，超临界流体萃取技术发展和应用越来越受到人们的关注。同时临界流体萃取技术日趋成熟，相信在不久的未来，随着超临界流体萃取技术和准备的不断拓展和完善，在许许多多的方面都会有超临界流体萃取的技术影子，并会有“更上一层楼”的突破和进展！3.液相微萃取技术直接液相微萃取直接利用悬挂在色谱微量进样器针头或棒端的有机溶剂对溶液中的分析物直接进行萃取的方法，叫做直接液相微萃取法。这种方法一般比较适合于萃取较为洁净的液体样品。但由于悬在色谱微量进样器针头上的有机液滴在样品搅拌时易于脱落，最近有人将多孔性的中空纤维固定在进样器的针头上，用于保护和容纳有机溶剂，同时由于纤维上的多孔性，增加了溶剂与样品接触的表面积，从而提高了萃取率。1.2液相微萃取;后萃取液相微萃取I后萃取又称为液-液-液微萃取，整个萃取过程如下：给体（样品）中的分析物首先被萃取到有机溶剂中，接着又被后萃取到受体里这种方式一般适用于在有机溶剂中富集效率不是很高的分析物，需要通过后萃取来进一步提高富集倍数。如在对酚类化合物进行萃取时，通过调节给体（样品）的ph值来使酚类以中性形式存在，那么它们在给体中的溶解度减少，在搅拌时酚类化合物很容易地被萃取到有机溶剂中，再通过调节受体/K值到强碱性，可以把酚类从有机溶剂中进一步浓缩到富集能力更强的受体（强碱性溶液）里。对芳香胺的萃取也可采用类似的方法，只是在受体中加入了18-冠-6，它可以与芳香胺发生络合作用，实现更佳的富集效果。1.3顶空液相微萃取把有机溶剂悬于样品的上部空间而进行萃取的方法，叫做顶空液相微萃取法。这种方式一般适用于在有机溶剂中富集效率不是很高的分析物，需要通过后萃取来进一步提高富集倍数。如在对酚类化合物进行萃取时，通过调节给体（样品）的PH值来使酚类以中性形式存在，那么它们在给体中的溶解度减少，在搅拌时酚类化合物很容易地被萃取到有机溶剂中，再通过调节受体/K值到强碱性，可以把酚类从有机溶剂中进一步浓缩到富集能力更强的受体（强碱性溶液）里。对芳香胺的萃取也可采用类似的方法，只是在受体中加入了18-冠-6，它可以与芳香胺发生络合作用，实现更佳的富集效果。1.3顶空液相微萃取把有机溶剂悬于样品的上部空间而进行萃取的方法，叫做顶空液相微萃取法。LPME对分析物的萃取受某些几个因素的影响，例如有机溶剂种类、液滴大小、搅拌速率、盐效应、ｐｈ值以及温度等。LPME技术在处理样品时只需一个搅拌器，一只普通的微量进样器或多孔性的中空纤维，这些特点使液相微萃取与便携式的气相色谱仪很容易联用，可望对环境污染物进行简单快捷的现场分析。通过LPME方法对物质进行分析，在环境监测，饮料分析，生物分析等领域已得到广泛应用。4.稀土工业中的萃取技术稀土萃取分离会产生高浓度氯化铵废水的问题，长期以来未能找到良方。通过将介电电泳技术放大应用于膜分离领域，一举实现稀土萃取分离工业废水零排放。这一处理废水的工艺路线属国内首创。所谓介电电泳是指位于非均匀电场的中性微粒，由于介电极化而产生的平移运动。新技术借助介电电泳对粒子产生的推动和紊流效应，使污水中的极细小固体颗粒物和高浓度离子与膜面始终保持一定距离，大大减少有害物质与膜面接触机会，避免膜面污染，提高介质通量。介电电泳膜分离工艺包括固液分离工艺段、离子选择分离工艺段、物质和能源回收工艺段。固液分离工艺段，将氯化铵废水中的煤油乳化物通过微滤渗透膜，在介电电泳力的作用下富积提取再循环利用。离子选择分离工艺段，采取多重介电电泳纳滤工艺，将氯化铵浓缩分离。物质和能源回收工艺段，将分离出的高纯氯化铵溶液输入到阳离子交换膜电解槽中，氯离子向阳极电极移动生成氯气，阴极生成氢气。氯气被输入到太阳能反应器与水反应生成盐酸，太阳能还起到抑制次氯酸的生成；氢气与空气同时输入到氢氧燃料电池发电。介电电泳膜组件与传统膜分离组件比较，提高膜稳定通量2倍以上，分离效率提高3倍以上，节能176倍，可直接用于高浓度、多成分、高黏度液体的分离。目前，我国稀土分离工艺发展比较平稳和成熟，为进一步提高我国稀土提取和分离工艺的水平降低成本和提高质量，增强在国际上的竞争力，还应加强稀土分离过程的自动检测和自动控制过程研究，以实现稀土萃取分离过程关键自动化技术的突破，进一步探索高效廉价的稀土新萃取剂，促进我国稀土工业跨越式发展。5.新型萃取分离技术的研究随着现代工业的飞速发展和科学技术水平的不断提高，一批崭新的萃取分离技术应运而生。乳化液膜和支撑液膜的研究工作非常活跃，分离体系多为金属稀溶液和有机物工业废水。有关机理方面的研究则集中于乳化液膜工作中的液膜稳定性、溶胀和体系破乳等环节。以生物化工制品为分离对象的新型萃取分离方法，如双水相萃取、凝胶萃取、反微团分离技术等研究工作逐渐增多，涉及的内容除基础理论研究外，已包含一定数量的应用基础研究和工艺性研究。目前我国在该领域的研究处于国际先进水平，我们坚持在萃取热力学和基础数据，萃取设备，萃取新工艺和新方法，计算机在液液萃取过程的应用四个方向上努力开拓新的局面。我们就可以在提高学科水平上和推广应用成果上取得更大的成绩。6.萃取分离展望萃取溶剂选取方法已经由被动的选取向有目的的合成新化合物转变，由单一溶剂向混合溶剂转变，筛选的范围更广泛，筛选的溶剂更合理更准确，前期试验工作量大大减少。萃取分离技术发展至今，其发展方向已经从常规萃取分离转向解决普通萃取分离过程无法分离的问题。并且要求低能耗、低成本，向清洁分离发展。在基础研究方面，研究深度由宏观平均向微观、由整体平均向局部瞬态发展；研究目标由现象描述向过程机理转移；研究手段逐步高技术化；研究方法由传统理论向多学科交叉方面开拓。参考文献1.陈磊1，叶凡2，郑辛2《超临界流体萃取技术在环境工程中的应用》，(1.广西大学，南宁530004；2.广西壮族自治区环境保护科学研究院，南宁530022)，新疆环境保护2008，3O(3)：32-342.张荔，吴也，肖兵，李晓东，陈洪《超临界流体萃取技术研究新进展》，(中国地质大学材料科学与化学工程学院，湖北武汉430074)3.杜方岭，王文亮，王兆华《超临界流体萃取技术在食品中的应用研究》，(山东省农科院原子能农业应用研究所，山东济南250100)4.张斌，许莉勇超声萃取技术研究与应用进展浙江工业大学学报第36卷第5期浙江工业大学学报5.李婷，侯晓东，陈文学，豆海港，仇厚援超声波萃取技术的研究现状及展望安徽农业科学6.刘红曾建勇温贤有陈坚文固相萃取技术及其影响因素现代农业科技2010年第117.吴仁铭亚临界水萃取在分析化学中的应用化学进展8.宋海华孙伟萃取精馏溶剂选择的研究发展化学工业与工程2002,199.杜婷稀土金属在金属材料中的作用和机理中国有色金属学报1996,6（2）：13-1810.黄桂文采用模糊萃取分离技术设计3500吨每年氯化稀土分离生产线工程硕士论文A南昌：南昌大学