采用能量透明溶剂的微波加热
采用能量透明溶剂进行微波提取可作为微波辅助过程(MAP)的范例.在此过程依据的分配机理中,样品(一种生物材料)在低电介质,弱加热溶剂存在的情况下是良好的电介质.比较传统的微波辅助(溶剂)提取,干燥的基质通常不会吸收微波能,上面的情况便很容易理解.MAP中固有的水分是非常重要的组分,因为水分可以超加热最终使细胞膜破裂并将细胞物质挤压到周围不能吸收的冷却溶剂中然后溶解.此过程的水分含量为40-90%(12).
另一个例子是首例微波提取实验,将极性和非极性溶剂用微波能反复照射30s以提取植物物质(13,14).非微波吸收溶剂---己烷用来提取生物物质,作物食品和制备食品(13).在这一早期工作中,作者没有特别说明水含量,通过机理阐述,假定其超出MAP的范围.在描述这一过程的专利(12)中,微波加热应用于含固有水分的相类似的生物和植物材料.说明的范围虽然是40-90%,但水含量仅为20%的物质在此过程也能处理(15).在非微波吸收溶剂如己烷,苯或异辛烷中,这些物质还不能确定.微波加热后,微敏感或不敏感溶剂作为从基质中提取出来的物质的溶解介质.
总的来说,对此现象的假设是,由于水是良好的微波能的吸收体,所以导致局部水的过热.提取常少于2分钟.当达到或超过水的沸点时,过热水就会使细胞膜破裂,水蒸气从固体的空隙穿过,从而影响目标分析物的传送.将水加入干燥的样品中便会产生MAP影响(12,13,15).此过程一个基本特点是,与传统的溶剂容量加热相比,微波提取物质的温度要低些.由于温度不高,同时分析物又进入周围较冷的溶剂中使热散发,所以分析几乎未被分解(12,13,16).
微波能量调节的
气相提取
另一种MAP微波提取在苯从水溶液提取到
气相中见到,能量有选择性的用在样品基质而非溶剂环境中,该过程在具有一定顶部空间的密闭容器中进行(16,17).在这一系统中,水吸收的能量转化成热传递给苯,由于气压和蒸发热以及热容量小于水,苯挥发后进入顶部空间.气体吸收微波能的程度远小于液体;因此,
液相加热容易观察到并且不影响
气相.通过
气相色谱(GC)对顶部空间取样可确定化合物的存在.含混合污染物如PAHs和苯酚的土壤经微波辐照,极性较强的分析物有选择的吸收能量并先从基质中挥发出来.因此,用微波辐照的潮湿的半固体能充分受热并使蒸汽压最高的污染物最先挥发。顶部空间采样设备如(16,17)所述,设备内固定有一个可移动的半透水膜,在GC分析前将气体压缩到一定的体积。与传统提取方法相比,无论是液-固还是液-气微波提取都是非常清洁的过程,所用有机溶剂毒性更小,量更少,因此减少了废物的处理。
溶剂极性和介质相容性
选择适当的有机溶剂对微波辅助提取的成功至关重要。选择溶剂应考虑目标分析物在溶剂中的溶解度,溶剂与基质的相互作用以及溶剂的微波吸收特性。MAE的主要优点在于能量快速传递到溶剂的整个体积并迅速加热。本节讨论有机溶剂与微波加热有关的重要物理参数,以便理解它们的微波吸收特性和微波加热后的温度能力。
极性
溶剂偶极矩的强度是有机溶剂与微波加热有关的特性的主要因素。偶极矩越大,溶剂分子在微波场振动越强烈。极性溶剂如乙醇,酮和酯能强烈的结合(吸收)微波能。苯,甲苯和直链脂肪烃则是非极性的。它们不与微波场作用,不会被加热。从表I的偶极矩值可以看到,丙酮的偶极矩为2.69,乙晴的偶极矩为3.44,当它们暴露在改变的微波能电场中时容易旋转。这些振动导致与周围分子碰撞从而传递能量,实现加热。为了使微波溶剂提取更有效,必须是热溶液或热样品接触微波能。所以,选择一种溶剂或混合溶剂用于微波提取前必须考虑一定的标准。