適用各領域樣品前處理的高效微波萃取技術

2003-11-10

樣品前處理是樣品分析過程中最耗時、最關鍵的環節，在現代實驗室高度重視速度與效率的今天，探索高效、簡便，易自動化的樣品前處理新方法已成為當代分析化學者的重要研究方向。

微波萃取法與傳統萃取方法之比較

萃取是樣品前處理常用的手段之一，這些年來，傳統的 Soxhlet 萃取已風光不再，超音波萃取雖仍為許多實驗室採用，但已不能滿足發展的需要，因而先後提出了超臨界流體萃取(SFE)、微波萃取(MAE)、加速溶劑萃取(ASE)和固相微萃取(SPME)等萃取方法。由於存在技術缺陷或設備複雜、運用成本高等問題，超臨界萃取和加速溶劑萃取的發展和應用受到限制，微波萃取則異軍突起。由於傳統的萃取過程中能量累積和滲透過程以無規則的方式發生，萃取的選擇性很差。有限的選擇性只能通過改變溶劑的性質或延長溶劑萃取的時間來獲得，前者由於同時受溶解能力和擴散系數的限制，選擇面很窄；後者則大大降低了萃取效率和速度。微波萃取由於能對萃取體系中的不同組分進行選擇性加熱，因而成為至今唯一能使目標組分直接從基體分離的萃取過程，具有較好的選擇性；另一方面，微波萃取由於受溶劑親和力的限制較小，可供選擇的溶劑較多；此外熱傳導、熱輻射造成的熱量損失使得一般加熱過程的熱效率較低，而微波加熱利用分子極化或離子導電效應直接對物質進行加熱，因此熱效率高、升溫快速均勻，大大縮短了萃取時間，提高了萃取效率。由於微波萃取是一種新方法，許多研究將其與 Soxhlet 萃取、攪拌萃取、超音波萃取或超臨界流體萃取等，它是作為固體樣品的萃取方法提出的，但由研究顯示，該法同樣適用於液體樣品的萃取。目前，除主要用於環境樣品預處理外，還用於生化、食品、工業分析和天然產物與中藥的提取等領域。

微波萃取法在環境分析中的應用

微波萃取用於環境樣品預處理的研究最多，主要集中在土壤、沉積物和水中各種污染物的萃取分離上。萃取對象包括土壤、沉積物樣品及其參考樣品中的多環芳香烴[3]、有機氯農藥[16,17]、多氯聯苯[18,19]、除草劑[20]、鄰苯二甲酸酯[21]、酚類化合物[22]、總石油烴[23]、有機錫化合物[24]、砷化合物[25]、甲基汞[13]和一些金屬化合物[26,27]，也有萃取各種水樣中農藥、殺蟲劑、除草劑[28,29]、油和油脂[10]、酚類化合物[30]及苯、取代苯[6]等物質的報導。微波萃取法在生化分析中的應用 Zhou 等[31]萃取了蘋果葉中的微量金屬 Ca、Cu、Fe、K、Mg、Mn 和 Ni，回收率 96%~103%，除 Ni 以外 RSD 均低於 3.8%；Croteau 等[32]萃取並測定了豬肝、豬腎和豬肉中的 3 -硝基 4 -羥基-苯胂酸；Hummert 等[33]萃取並測定了海洋哺乳動物脂肪組織中的有機氯化合物。也有利用微波萃取的選擇性進行形態分析的報導。Ｒodriguez 等[34]對從海洋生物組織中萃取的丁基錫和三苯基錫化合物進行了形態分析，並研究了同時萃取和乙基化的可能性。

微波萃取法在食品分析中的應用

微波萃取法也用於食品樣品的預處理過程中，Wieteska 等[35]萃取了蔬菜樣品中的痕量金屬；Akhtar 等[36]萃取了熟肉中的鹽霉素；Wang 等[37]萃取了咖啡、飲料、口香糖和薯條中的調味劑；Greenway 等[38]萃取並測定了牛奶和穀類樣品中的核黃素和黃素單核甘酸。

微波萃取法在化工分析中的應用

目前，微波萃取法在石油化工中主要用於對聚合物及其添加物進行過程監控和質量控制。Costley 等[39]萃取了聚對苯二酸-乙二醇(PET)薄膜中的低聚物；Neilson 等[40]萃取並測定了聚烯添加劑。

微波萃取法在天然產物提取中的應用

微波萃取法的萃取速度和萃取產物的質量使得該技術成為天然產物提取的有力工具。Ganzler 等[11]最早利用微波萃取法從羽扇豆中提取了鷹爪豆生物鹼，從鼠糞中提取了 14C 標記的 N-雜多環抗凝血劑 RGH2981；Carro 等[41]萃取了葡萄汁中的單烯醇；Pare 等[42]從植物和魚組織中提取芳香油和其它油類；從薄荷、海歐芹、雪松葉和大蒜中提取了其它天然產物[43]；Chen 等[44]從植物中提取了重要的油成份；Bichi 等[45]從植物千里光中提取了生物鹼。

微波萃取法在中藥加工與有效成分提取的應用

在中藥加工上，對藥品烘乾與滅菌可採用微波加熱方式，使藥品中細菌體內的蛋白質及核酸成分的高分子極性基因產生高速旋轉振動，一方面生熱，一方面使蛋白質與核酸變性殺死真菌；無孢子菌，而產生明顯的微波滅菌效果。採用微波常壓萃取蒸餾方式亦如同天然物中提取揮發油與多醣成分的功能。美國 CEM MARS 型微波加速反應系統皆能提供微波萃取技術的功能，如 MARS-X與 MARSxS 兩型，可完全適用於上述應用領域。