超临界CO2流体萃取技术
随着中国城镇化和工业化的加快，超临界CO2流体萃取技术就成了不可缺少的一种技术了。这是小编为大家整理的，仅供参考!
超临界CO2流体萃取技术篇一
超临界CO2流体萃取软体家具中的新型溴系阻燃剂
摘要：本文以软体家具中的溴系阻燃剂为研究目标，建立了超临界CO2流体萃取/气相色谱-质谱联用法测定2，2’， 4，4’，5，5’-六溴联苯(BB-153)和1，2-二溴-4-(1，2-二溴乙基)环己烷(TBECH)的检测方法。建立的方法灵敏、可靠、环保，可用于软体家具用软质阻燃聚氨酯泡沫中溴系阻燃剂的检测。
关键词：新型溴系阻燃剂，超临界CO2流体萃取，气相色谱-质谱联用法
随着中国城镇化和工业化的加快，建筑材料的需求增长迅速。由于溴系阻燃剂具有非常出色的阻燃性能，在电子产品、纺织品、塑料等产品中大量使用。据统计，2005年-2010年，中国每年溴系阻燃剂的产量为7.0×107kg-8.7×107kg，未来还将以7%-8%的速度增长[1]。研究表明某些溴系阻燃剂对人体神经系统、内分泌系统和生殖系统产生较大的危害。斯德哥尔摩已把六溴联苯、八溴联苯醚、十溴联苯醚列入持久性有机污染物禁用名单[2]。
软体家具包括沙发、床垫、汽车内饰材料，主要成为聚氨酯。2010年11月上海静安区一正在进行外墙节能改造的教师公寓发生大火，造成了58人死亡。2013年12月广州建业大厦发生火灾，损失4000万。这其中聚氨酯材料的燃烧占据了大部分原因。由于聚氨酯具有较大的火灾危险性，众多厂家都把提高其阻燃性能列为重要目标。国外对溴系阻燃剂的添加有严格的限制，而国内标准制定滞后，目前还没有对软质聚氨酯使用何种阻燃剂提出具体的要求，这就加大了溴系阻燃剂滥用可能性，软体家具中随着使用过程溴系阻燃剂有可能接触到人体，造成潜在伤害 。 因此建立软质聚氨酯材料中的溴系阻燃剂检测方法非常有必要。
1 实验部分
1.1原料与试剂
聚醚多元醇(PPG-5623，羟值28.0 KOHmg/g，官能度为3，中海壳牌)，白聚醚(POP CHF-628，羟值28.0KOHmg/g，官能度为3，江苏长化聚氨酯科技有限公司)，甲苯二异氰酸酯(TDI 80/20，官能度为2，上海巴斯夫)，二月桂酸二丁基锡(PUCAT L-33，佛山市普汇新型材料有限公司)，辛酸亚锡(YOKE T-9，江苏雅克科技股份有限公司)，硅油 L-540/STL DR， 2，2’， 4，4’，5，5’-六溴联苯(BB-153)和1，2-二溴-4-(1，2-二溴乙基)环己烷(TBECH)(百灵威科技有限公司)，去离子水(自制)、甲醇(≥95% AR)、乙醇(≥95%，AR)、丙醇(≥95%，AR)购自广州化学试剂厂。
1.2仪器
气相色谱质谱联用仪(7890A 5975C，美国Agilent公司)，超临界CO2萃取装置(美晨高新分离技术公司研制)，旋转蒸发仪(RE-52AA 上海亚荣生化仪器厂)。
1.3 阻燃FPUF的制备
将PPG、POP和适量去离子水加入1000ml塑料烧杯中，然后依次加入适量二月桂酸二丁基锡、硅油、辛酸亚锡和阻燃剂，用机械搅拌器高速搅拌2h，使其混合均匀，料温25℃，最后加入TDI 80/20，高速搅拌均匀4～5s立即倒入模具中自然发泡[3]，模温25℃，固化24h。泡沫密度控制在50±2kg/m3。
1.4 样品前处理
1.4.1 超临界萃取：将样品用剪刀剪碎，准确称取1.0g，用轻薄无纺布包好，放入萃取池中。采用不同的温度、压力夹带剂进行萃取条件优化，收集萃取溶液。定容至100mL，取1mL至样品瓶后进行GC-MS分析。外标法计算加标回收率。
1.5 色谱及质谱条件
色谱条件：HP-5 Trace Analysis 5% Phenyl柱(30 m x 250 μm x 0.25 μm)，程序升温：初始温度100℃保持1min，然后30℃/min到300℃用于2min，运行时间10min。进样口温度280℃;载气为高纯He，流量3Ml/min;不分流进样，进样量1μL。
质谱条件：电子轰击电离(EI)源，电离能量70eV，离子源温度230℃，最大值270℃;四极杆温度150℃，最大值200℃。
2结果与讨论
2.1样品前处理条件的优化
2.1.1 萃取温度的选择
通常情况下，较高的萃取温度对较大分子量或极性较强的化合物提取效果较好。溴系阻燃剂的分子量较大，TBECH为弱极性分子。在20℃～60℃之间，随着温度升高，两种化合物的萃取效率逐渐升高，60℃条件下的萃取效率明显由于其他温度条件下的提取效率。因此选择在60℃条件下进行超临界萃取。
2.1.2 萃取压力
本文在萃取温度60℃，CO2质量流速为8g/min，夹带剂为甲醇(流速为3mL/min)、萃取时间为60min的条件下，改变压力对提取物进行分析。如图2所示化合物的萃取效率随着萃取压力的加大而提高。但萃取压力超过30MPa时，萃取效率接近稳定状态，且更多高沸点化合物会带出来，因此本文选择最佳萃取压力为30MPa。
2.1.3 萃取夹带剂种类及含量
实验发现，未加入任何夹带剂的条件下，即使在在上述萃取最佳温度60℃、最佳压力30MPa的条件下，BB-153和TBECH的萃取效率也仅仅达到32.8%和32.5%。由于TBECH和BB-153均是弱极性的化合物，分别以甲醇、甲苯和正丙醇为夹带剂进行提取发现，提取效率：甲醇≈甲苯>乙醇。
最终优化条件为萃取温度60℃、压力30Mpa，CO2质量流速为8g/min，夹带剂为甲醇(流速为3mL/min)，萃取时间为60min。
2.2 定性与定量
将标准样品按照GC-MS条件进样，得到BB-153、TBECH的全扫描质谱图，BB-153和TBECH的保留时间分别为7.657min和5.141min。BB-153的定量特征离子峰为 m/z 627.5，TBECH的定量特征离子峰为m/z 267.0和187.0。
2.3 线性范围、检出限及回收率
甲苯作溶剂，两种化合物均配置成0.1、0.5、2、5、10、20、50μg/mL的标准溶液。准确吸取1mL标准溶液至样品瓶中，在色谱条件下绘制标准工作曲线，其线性相关系数为0.9995～0.9999，以信噪比S/N=20时对应的物质浓度为检测限，结果见表1。
2.4 实际样品的测定
应用本方法对市场上购买的阻燃软质聚氨酯泡沫(阻燃海绵)进行溴系阻燃剂含量检测，未检出两种化合物。
3结论
本文以软体家具用软质阻燃聚氨酯泡沫为研究对象，对其中可能添加的新型溴系阻燃剂通过气质联用法进行检测。通过优化超临界CO2提取的参数条件，建立了超临界CO2流体萃取/气相色谱-质谱联用法测定软体家具中的BB-153和TBECH的检测方法。该方法前处理操作简单、环保，适用于软体家具中溴系阻燃剂的检测。
参考文献：
[1] Jiang Y Q. Current situation and development of bromine retardant worldwide. [J].Chemical Techno-Economics 2006 24(9)：14，19.
[2]
http：//chm.pops.int/Implementation/NewPOPs/The9newPOPs/tabid/672.
[3] 刘益军. 聚氨酯树脂及其应用. [M]. 北京：化学工业出版社， 2012：122-138.
本项目为广东省质量技术监督局青年培育项目，项目编号：2013PZ03.
超临界CO2流体萃取技术篇二
超临界CO2流体萃取岩白菜中岩白菜素的研究
摘要：目的：研究超临界CO2流体萃取岩白菜中岩白菜素的最佳工艺。方法：用紫外-可见分光光度计法测定岩白菜素的含量为指标，探讨了萃取压力、萃取温度、乙醇浓度及用量等因素对岩白菜素收率的影响，确定超临界CO2萃取岩白菜中岩白菜素的最佳条件。结果：在萃取压力为15MPa，萃取温度为55℃，分离压力为6MPa，分离温度为40℃，乙醇的浓度为70%的条件下所得提取物中岩白菜素的含量最高。结论：在提取的最佳参数组合下，提取物中岩白菜素的含量达12.4%，该工艺条件适宜岩白菜素的提取。
关键词：岩白菜;岩白菜素;超临界二氧化碳萃取
中图分类号：R284.2文献标识码：A
文章编号：1007-2349(2011)03-0060-03
岩白菜为虎耳草科岩白菜属植物岩白菜Bergamapurpurascens(Hook.f.etThoms.)Engl.的干燥根茎，其主要有效成分岩白菜素属于异香豆精类化合物，具有良好的镇咳、祛痰、抗炎、护肝、抗病毒和神经保护等作用，现已广泛应用于临床，主要用于慢性支气管炎的治疗[1]。
超临界萃取技术[2~3]是一种集提取和分离为一体，又基本上不用有机溶剂的新技术。近20年来的研究表明[4~5]超临界萃取技术的自身优势主要有：萃取能力强，提取率高;操作温度低，能较完好地保存中药有效成分不被破坏，不发生次生化，适合那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取;CO2超临界流体对物质溶解作用有一定的选择性，除与目标物的极性、沸点、分子量等因素密切相关外，还与超临界萃取时的温度、压力、夹带剂等关系密切。本实验就温度、压力及夹带剂对萃取岩白菜中岩白菜素的影响进行了初步研究。
1仪器与试药
1.1仪器超临界CO2萃取设备(型号：HA221-50-06，江苏南通华安超临界萃取有限公司);紫外-可见分光光度仪(型号：UV-2450，日本岛津);电子分析天平(型号：PercisaXS-125A，瑞士产);旋转蒸发仪(型号：BUCHI-R-200，瑞士产)等。
1.2试药甲醇、乙醇(均为分析纯)，水(去离子水)，D-101大孔吸附树脂(天津农药股份有限公司树脂分公司生产)，CO2气体(昆明氧气厂，食品级纯度≥99.9%)。岩白菜样品(同一批次)由本院杨树德副教授鉴定为虎耳草科岩白菜属植物岩白菜Bergamapurpurascens(Hook.f.etThoms.)Engl.的干燥根茎，粉碎备用。岩白菜素对照品(供含量测定用，批号：111532―200202)购于中国药品生物制品检定所。
2方法与结果
2.1标准曲线的建立称量适量岩白菜素对照品置于容量瓶中，加甲醇溶解，以甲醇为空白，在200～800nm波长段扫描，结果显示岩白菜素在274nm处有最大吸收，故选274nm作为岩白菜素的测定波长。如图1所示。
2.1.1对照品溶液的配制精密称量3.0mg岩白菜素对照品置于50mL容量瓶中，加甲醇溶解，并定容至刻度，得到60μg/mL的岩白菜素对照品溶液。
2.1.2岩白菜超临界CO2提取率测定
取岩白菜超临界CO2提取物1g用蒸馏水10mL溶解后转移至大孔吸附树脂柱中，静置30min后用300mL去离子水洗脱，弃去水洗部分，再用20%乙醇洗脱，收集洗脱液300mL，取洗脱液0.1mL置10mL容量瓶中稀释摇匀，并定容至刻度，待测。目标成分的提取率按下面的公式计算。
式中P表示提取率(%)，C表示浓度(μg/mL)，A表示吸收值，n表示提取液的稀释倍数，V表示提取液的体积(mL)，W表示岩白菜原料投料量(g)。
2.1.3标准曲线的制备精密量取60μg/mL的岩白菜素对照品溶液1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、5.5mL分别置10mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度。分别以甲醇为空白对照(如图1所示)，在274nm波长处测定吸收度。以纵坐标作为吸收度，以横坐标作为浓度，制定标准曲线，得到标准曲线为y=0.02267c-0.00445(r=0.99986)。如图2所示，结果表明岩白菜素对照品在9.0～33.0μg/mL范围内线性关系良好。
2.2精密度试验取同一浓度岩白菜素对照品溶液连续测定5次，测定结果见表1所示。结果：RSD=0.202%，表明仪器精密度良好。
2.3稳定性试验分别取同一浓度对照品溶液和供试品溶液在0、0.5、1、2、4h时测定浓度，测定结果见表2，结果表明在4h内溶液稳定。
2.4加样回收率取已知浓度萃取物(A：含岩白菜素量)5份，分别精密加入一定量岩白菜素对照品(B)，并溶解定容于10mL，适当稀释(取0.1mL置10mL容量瓶中加适量甲醇溶解，定溶至刻度，测定含量，结果显示加样回收率较好。见表3。
3结果
3.1单因素下岩白菜素萃取条件研究
3.1.1萃取压力对岩白菜中岩白菜素提取率的影响分别选取压力为：10、15、20、25、30MPa。其他因素设定为：萃取温度45℃，80%乙醇用量300mL，萃取时间1.0h，CO2流量20L/h，分离压力6MPa，分离温度35℃。分别进行实验，按2.1.3的纯化方法及公式计算岩白菜素的萃取率。见图3。
由图3可以看出，萃取压力在10～15MPa之间时，提取率随着萃取压力的增加而显著提高，在15MPa时有最佳得率。超过15MPa后，萃取率逐渐下降。但20MPa时岩白菜素的萃取率比10MPa时高，可以看出选用萃取压力在10～20MPa进行萃取较为合适。
3.1.2萃取压力对岩白菜中岩白菜素提取率的影响分别设定温度为：40℃、45℃、50℃、55℃、60℃。其他因素设定为：萃取压力15MPa，80%乙醇用量300mL，萃取时间1.0h，CO2流量20L/h，分离压力6MPa，分离温度35℃。分别进行实验，按2.1.3的纯化方法及公式计算出岩白菜素的萃取率。结果见图4。
图4萃取温度对岩白菜素提取率的影响[KH*3]
由图4可以看出，在55℃时萃取效果最佳，但温度过高可能使流体的密度发生改变，使被萃取物在其中的溶解度下降，从而使得率减少。因此本实验选用萃取温度范围为50～60℃安排正交。
3.1.3乙醇浓度对岩白菜素提取率的影响根据设备条件及预实验，分别选取乙醇浓度为：60%、70%、80%、90%、100%。其他因素设定为：萃取压力15MPa，萃取温度55℃，乙醇用量300mL，萃取时间1.0h，CO2流量20L/h，分离压力6MPa，分离温度35℃分别进行实验，按2.1.3的纯化方法及公式计算岩白菜素的萃取率。结果见图5。
由图5可以看出，在70%乙醇浓度时萃取效果最佳，但过高或过低都会使得率减少。因此本实验选用乙醇浓度为65%～75%进行正交设计。
3.1.4乙醇用量对岩白菜素萃取率的影响分别选取乙醇用量为：100、200、300、400、500、600mL。其他因素设定为：萃取压力15MPa，萃取温度55℃，70%乙醇为夹带剂，萃取时间1.0h，CO2流量20L/h，分离压力6MPa，分离温度35℃分别进行实验，按2.1.3的纯化方法及公式计算岩白菜素的萃取率。结果见图6。
由图6可以看出，在100~500mL范围内，增加夹带剂乙醇用量可以使得率明显增加，当乙醇用量多于500mL后，萃取效果逐渐不明显。考虑提取成本及设备自身原因，也不宜过多使用夹带剂，因此固定乙醇用量为500mL进行实验。
3.2正交试验在单因素试验的基础上，固定CO 2流量20L/h，分离压力6MPa，分离温度35℃，乙醇用量500mL及萃取时间1h等5个因素，选取萃取压力，萃取温度及乙醇浓度3个因素为变量，每个因素取3个水平进行正交设计，因素水平表见表4，L�9(34)正交试验结果见表5，方差分析见表6。
由岩白菜素提取率的正交试验直观分析可以得知，因素的影响顺序为：乙醇浓度>萃取温度>萃取压力。岩白菜较佳的提取工艺组合为：A 2B 2C 2，即浓度为70%的乙醇为夹带剂，萃取压力15MPa，萃取温度55℃。
3.3优选工艺的验证实验为进一步考察上述优选工艺的可行性，按上述最佳工艺条件进行验证实验，岩白菜素的含量分别为：12.2%，12.4%，12.5%，12.4%，12.7%，平均得率为12.4%，证明该工艺可行。
4讨论
未见采用超临界二氧化碳流体技术直接从岩白菜药材中萃取岩白菜素的报道，相关文献[6]也只对萃取结晶岩白菜素进行了研究，本研究采用超临界CO 2流体萃取技术直接萃取岩白菜中岩白菜素，并通过单因素试验、正交试验得出最佳萃取条件为：萃取压力为15MPa，乙醇浓度为70%，萃取温度为55℃，其它条件为固定CO 2流量20L/h，分离压力6MPa，分离温度35℃，乙醇用量500mL及萃取时间1h，岩白菜素的提取率经紫外测定可达12.4%，较为理想。
本研究为民族药材岩白菜再次开发利用及提高相关制剂质量提供了一定的参考和帮助。
参考文献：
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