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微波萃取系统的原理和特点

时间:2008-11-27 01:30:17  浏览:        

根据物质与微波作用的特点,可把物质大致分为三种类型,即吸收微波、反射微波和透过微波的三种物质。简而言之,吸收微波的物质是可以把微波转化为热能的物质,如水、乙醇、酸、碱和盐类,这些物质吸收微波后,自身温度升高,并使共存的其他物质一起受热。透过微波的物质是很少吸收微波能的物质,从分子结构特性上讲是一些非极性物质,如烷烃、聚乙烯等,微波穿过这些物质时,其能量几乎没有损失。反射微波的物质是金属类物质,微波接触到这些物质时发生反射,根据一定的几何形状,这些物质可把微波传输、聚焦或限制在一定的范围内。
由于微波的频率与分子转动的频率相关连,所以微波能是一种由离子迁移和偶极子转动引起分子运动的非离子化辐射能。当它作用于分子上时,促进了分子的转动运动,分子若此时具有一定的极性,便在微波电磁场作用下产生瞬时极化,并以2.45亿次/秒的速度做极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞,促进分子活性部分(极性部分)更好地接触和反应,同时迅速生成大量的热能,促使细胞破裂,使细胞液溢出来并扩散到溶剂中。

微波萃取的机理可从两方面考虑,一方面微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质,到达物料的内部维管束和腺胞系统。由于吸收微波能,细胞内部温度迅速上升,使其细胞内部压力超过细胞壁膨胀承受能力,细胞破裂。细胞内有效成分自由流出,在较低的温度条件下萃取介质捕获并溶解。通过进一步过滤和分离,便获得萃取物料。另一方面,微波所产生的电磁场加速被萃取部分成分向萃取溶剂界面扩散速率,用水作溶剂时,在微波场下,水分子高速转动成为激发态,这是一种高能量不稳定状态,或者水分子汽化,加强萃取组分的驱动力;或者水分子本身释放能量回到基态,所释放的能量传递给其他物质分子,加速其热运动,缩短萃取组分的分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间,从而使萃取速率提高数倍,同时还降低了萃取温度,最大限度保证萃取的质量。
根据微波与物质的作用,微波辅助萃取的高效性主要来自于三个方面:
1.微波与被分离物质的直接作用。由于微波具有穿透能力,因而可以直接与样品中有关物质分子或分子中的某个基团作用,被微波作用的分子或基团,很快与整个样品基体或其大分子上的周围环境分离开,从而使分离速度加快并提高萃取率。这种微波与被分离物质的特殊作用,可以称为微波的激活作用。
2.微波萃取使用极性溶剂比用非极性溶剂更有利,因为极性溶剂吸收微波能,从而提高溶剂的活性,使溶剂和样品间的相互作用更有效。研究成果表明萃取溶剂的电导率和介电常数大时,在微波萃取中显著提高萃取率。由于微波的特点,在微波萃取中,与传统的Soxhlet提取法不同,萃取剂不能完全使用非极性溶剂。
3.密闭反应转子,使微波萃取可在比溶剂沸点高得多得温度下进行,从而显著地提高微波萃取的速率。由于在高的温度和压力下化学反应速率比在常温和低压下高得
  
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