超临界CO2流体萃取技术

美国应用分离公司超临界 CO2流体萃取仪

一、超临界流体萃取技术的起源及发展

超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction，SFE) 作为一种技术应用于分离 提取最早可追溯到1879年，当时J.B.Hannay等就发现，用超临界的乙醇可溶解金属卤化物，压力越高，溶解能力越强。1962年E.klesper等首次成功用超临界的二氯二氟甲烷从血液中分离铁卟啉，1966年开始用超临界CO2和超临界正戊烷来分析多环芳烃、染料和环氧树酯等。1978年klesper又将超临界流体技术应用于聚合物工业，从聚合物中提取各类添加剂，使超临界流体萃取技术的应用范围不断扩大。超临界流体萃取技术在工业中也早有应用，最为典型的例子就是用CO2流体萃取咖啡豆中的咖啡因，即脱咖啡因。

二、超临界流体萃取仪的工作原理及特点

超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction，SFE) 是一种以超临界流体作为 流动相的分离技术。超临界流体是指物质高于其临界点，即高于其临界温度和临界压力时的一种物态。它即不是液体，也不是气体，但它具有液体的高密度，气体的低粘度，以及介入气液态之间的扩散系数的特征。一方面超临界流体的密度通常比气体密度高两个数量级，因此具有较高的溶解能力；另一方面，它表面张力几近为零，因此具有较高的扩散性能，可以和样品充分的混合、接触，最大限度的发挥其 溶解能力。在萃取 分离过程中，溶解样品在气相和液相之间经过连续的多次的分 配交换，从而达到分离的目的。

三、超临界流体萃取仪的基本流程和重要部件

典型的超临界流体萃仪的工作流程如下图所示。它大体上可分为三个部分即流 动相系统、分离系统、和收集系统。

Micrometering Valve

Modifier Pump Module

流动相

对流动相的选择首先要考虑它对萃取样品的溶解能力，流动相的密度越大，

其溶解能力越强；次外，在实际应用中还必需考虑流体的超临界条件、腐蚀性和 毒性等。现今，CO2是应用最多的流动相，一方面这是由于它的超临界条件比较 温和，柱温40-50。C已超过超临界温度，在适当压力下即可达到高密度；另一方 面它又有成本低、无毒、不燃烧、容易纯化、腐蚀性小、化学惰性等诸多优点。

界条件较为苛刻，且化学性质活泼、腐蚀、有毒、可燃。为了获得有实用意义的极 性流动相，人们普遍采取了混合流动相的办法，即在非极性的CO2中加入改性剂，

(modifer) ，以提高CO2流动相的极性，当然被添加的改性剂应该和CO2有较好的互

溶性。常用的CO2改性剂有甲醇、脂肪醇、四氢呋喃、2-甲氧基乙醇、脂肪醚等。

改性剂的添加方式大致有两种：一种是预混合，即欲先在CO2流体里按一定配

比加入一定浓度的该性剂，然后通过泵输送到分离系统，这种情况下，改性剂 的浓度是恒定的。该种方法一是不能作梯度分离用，二是在更换流动相时要彻底清 洗所使过的容器。另一种改性剂的添加方法是使用两台泵，一台压缩CO2，另 一台压缩该性剂，并通过预混合器使两者充分混合并输送到分离系统。该法不仅可 调节CO2中改性剂的含量，而且可用于梯度分离。常用改性剂的含量小于10%(重量) 。

高压泵

主要用于控制改性剂的压力和流量。实际工作中一般要求流量在一定范围内可 调，长期操作压力、流量稳定、快速升压且压力脉动尽可能小，此外还应耐腐蚀，

维护使用方便。

分离系统

超临界流体的分离系统主要有萃取釜组成。萃取釜的耐高温和耐腐蚀性能，密 闭性能是保证分离效果的关键因素。

收集系统

收集方式应较为灵活，以保证后续处理及分析的方便。

四、美国应用分离公司超临界CO2流体萃取仪

美国应用分离公司(appliedseparations,ASI) 是一家致力于超临界流体技术研发 和生产的专业性公司，公司总部位于美国宾希法利亚洲。其超临界CO2流体萃取仪在设计上主要有以下几个特点：

1、高压泵系统

采用专业设计的空压机作为增压元件，最大压力680MPa（10000psi），最高流速50L（气体）或25mL/min(液体)，不易产生CO2泄露，无噪音，极少的日常维护工作。

2、温控系统

液态CO2进入高压泵前经水浴冷却（可提高高压泵的效率），进入萃取釜前经系统预加热，可使釜内温度均匀，更好的控制萃取条件。

3、萃取釜（可直接萃取液体样品）

系统可平行处理两个甚至萃取釜，独立控制各釜流速，提高工作效率。萃取釜体积从2.5mL-工业级可供选择，系统即可用于环境固体样品的分析，又可用于天

然产物的工业生产。

4、分离和收集系统

系统可进行动态萃取（流速可调节），在线取样，收集方式可根据萃取样品灵活选择，如固相萃取，液体阱等。

5、安全性能

系统有压力报警装置，高压泵和萃取釜都安装有破裂阀，所有高压配件

（泵，萃取釜，管路）在出厂前都经严格测试（符合ASME美国机械工程师协会标准）。

ASI公司的超临界萃取系统（SFE）-是与美国农业部合作研发的产品，在世界 各地有着广泛的应用。包括工业生产系统，中试系统和实验室系统。ASI不仅提供可靠的设备，而且将为您提供完善的服务：售前咨询，可行性研究，优化工艺条件，售后服务。

分析和研究型SFE系统Spe-ed

Spe-ed SFE 系列是为有严格要求的研究实验室设计的，它操作方便，坚固 耐用，极高的性能价格比，有其他SFE产品所没有的优点。

Spe-ed SFE-2 同时处理2个萃取釜

Spe-ed SFE-4 同时处理4个萃取釜

系统性能：

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 最高操作温度 250°C 最高操作压力 10,000 psi (680 BAR) 最高流量 50L/min（气体）或25mL (液体) 独立控制各釜的流速 模块化的设计，可方便的进行系统调整 平行处理2个（Spe-ed SFE-2）或4个（Spe-ed SFE-4） 萃取釜（0.5mL --1.0L） 萃取物可收集在SPE柱中或玻璃容器 可在线收集 可添加夹带剂 直接萃取液体样品

Spe-ed SFE-NP 天然产物萃取系统

系统性能

 最高操作温度 250°C

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 最高操作压力 10,000 psi (680 BAR) 最高流量 50L/min （气体） 可收集固体，液体和挥发性萃取物 亚临界萃取（液态CO2）---香精香料理想的萃取方式 可添加夹带剂 附加的加热装置可迅速提高萃取釜的温度，克服增加的焦耳

效应

Spe-ed SFE-15000

专业高压设计

最高压力15000 BAR ----满足您研究工作的需要

过程发展型SFE系统

Helix, Matrix 进行过程发展的最佳选择

模块化的设计可根据您的需要进行灵活的系统升级，灵巧

的设计（底面积18‘’*22‘‘）使它可放置在任何实验室。

系统特点：

 最高操作温度 250°C

 最高操作压力 10,000 psi (680 BAR)

 最高流量 50L/min （气体）

 独立控制萃取釜（500mL）和分离釜(300mL)的温度和压力

 可添加夹带剂

 搅拌功能

 液体逆流萃取

 等压逆流吸收

 PSE(压力溶剂萃取) 包

 香料萃取包

 超细微粒制备包（RESS，PCA，GAS）

 气凝胶干燥

 电脑接口

中试系统

2Tech-L/S

多用途的中试系统，可萃取液体和固体样品。模块化的设计，灵活的配置，满足您的 一切需要。

系统特点:

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 最高操作温度 150°C 最高操作压力 10,000 psi (680 BAR) 最高流量 300g/min (CO2) 液体逆流萃取 等压逆流吸收 循环回收CO2 多级高压分离 手动或全电脑控制

工业生产系统

ASI不仅提供设备，而且提供整套解决方案。在以下领域为您提供专业服务：

超临界萃取 超临界印染

超临界反应 超临界清洗

五、超临界流体技术的应用

经过不断的发展，超临界流体技术已经成为现在最为常规的分离手段之一。 在食品工业中，它主要用于从油料、种子中提取脂肪酸、不饱和脂肪酸，从食品中 提取并分析胆ZAI醇、维生素E及天然的香味成份；在天然产物研发及应用领域，

它可用来分离药物活性成份如多元酚、倍半TIE烯、脱皮类固醇、ZAI类激素等； 在环境分析监测中，它可用于从土壤或灰尘中提取有机氯、有机磷、多联苯、二恶英等有害物质；在聚合物工业中，它也有着广泛的用途，可用来从聚合物中提取各 类添加剂、改性剂，如抗氧化剂、抗紫外辐射基等等。