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什么是超声波萃取技术?

超声波萃取(Ultrasoundextraction,UE),亦称为超声波辅助萃取、超声波提取,是利用超声波辐射压强产生的强烈空化效应、扰动效应、高加速度、击碎和搅拌作用等多级效应,增大物质分子运动频率和速度,增加溶剂穿透力,从而加速目标成分进入溶剂,促进提取的进行。

超声波是一种弹性机械振动波,本质上与电磁波不同。因为电磁波能在真空中传播,而超声波必须在介质中才能传播,其穿过介质时,形成包括膨胀和压缩的全过程。

在液体中,膨胀过程形成负压。如果超声波能量足够强,膨胀过程就会在液体中生成气泡或将液体撕裂成很小的空穴。这些空穴瞬间即闭合,闭合时产生高达3000MPa 的瞬间压力,称为空化作用,整个过程在400μs 内完成。

这种空化作用可细化各种物质以及制造乳液,加速目标成分进入溶剂,极大地提高提取率。除空化作用外,超声波的许多次级效应也都利于目标成分的转移和提取。

成穴现象的重要意义在于气泡破裂时所发生的一切。在某些点位,气泡不再有效吸收超声波能量,于是产生内爆。气泡或空穴里的气体和蒸汽快速绝热压缩产生极高的温度和压力 。由于气泡体积相对液体总体积来说极微,因此产生的热量瞬间散失,对环境条件不会产生明显影响,空穴泡破裂后的冷却速度估计约为1010℃/s 。

超声空穴提供能量和物质间独特的相互作用,产生的高温高压能导致游离基和其它组份的形成 。

在纯液体中,空穴破裂时,由于它周围条件相同,因此总保持球形;然而紧靠固体边界处,空穴的破裂是非均匀的,从而产生高速液体喷流,使膨胀气泡的势能转化成液体喷流的动能,在气泡中运动并穿透气泡壁 。

喷射流在固体表面的冲击力非常强,能对冲击区造成极大的破坏,从而产生高活性的新鲜表面 。破裂气泡形变在表面上产生的冲击力比气泡谐振产生的冲击力要大数倍 。

利用超声波的上述效应,从不同类型的样品中提取各种目标成份是非常有效的。施加超声波,在有机溶剂(或水)和固体基质接触面上产生的高温(增大溶解度和扩散系数)高压(提高渗透率和传输率),加之超声波分解产生的游离基的氧化能等,从而提供了高的萃取能。

超声波本身在化学领域已经有了广泛的应用,将其应用于各种分离也显示了许多优越性。超声波作用于液—液,液—固两相,多相体系,表面体系以及膜界面体系,会产生一系列的物理化学作用并在微环境内产生各种附加效应如湍动效应、微扰效应、界面效应和聚能效应等,从而引起传播媒质特有的变化。

这些作用能提供更多活性中心,也可促进两相传质维持浓度梯度以及促进反应。这些特点是某些常规手段不易获得的,超声波萃取正是利用了这些特点。

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