微波萃取(Microwave Extraction)是產(chǎn)生在分析化學(xué)研究的基礎(chǔ)上的，是制備分析樣品的有效方法之一。采用微波萃取法制備樣品，具有時(shí)間短、節(jié)省試劑、制樣精度高、回收率高等優(yōu)點(diǎn)。微波萃取也可叫微波提取。

隨著技術(shù)的不斷完善，微波萃取已用于農(nóng)藥殘留、有機(jī)污染物、金屬及其化合物、人血(或血清)、中藥物、植物有效成分的萃取分離過程中，其應(yīng)用范圍遍及環(huán)境分析、化工分析、食品分析、天然產(chǎn)物提純、礦物處理、生化分析、臨床應(yīng)用等領(lǐng)域。

微波萃取技術(shù)是食品和中藥有效成分提取的一項(xiàng)新技術(shù)。據(jù)報(bào)道微波萃取較超臨界萃取起步早，微波技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)化臺物萃取的第一篇文獻(xiàn)發(fā)表于1986年，R.N.Gedye等人將樣品放置干普通家用微波爐里通過選擇功率擋、作用時(shí)間和溶劑類型，只需短短的幾分鐘就可萃取傳統(tǒng)加熱需要幾個小時(shí)甚至十幾個小時(shí)的目標(biāo)物質(zhì)。

1987年Crangler曾從棉籽中提取棉實(shí)糖，從豆類中提取豆堿。九十年代初，由加拿大環(huán)境保護(hù)部和加拿大CWT-TRAN公司攜手開發(fā)了微波萃取系統(tǒng)Microwave Assisted Process，簡稱MAP?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用到香料，調(diào)味品、天然色素、中草藥、化妝品和土壤分析等領(lǐng)域，并且于1992年開始陸續(xù)取得了美國、墨西哥、日本、西歐、韓國的專利許可。并用大生產(chǎn)線在薄荷、海藻中提取有效物質(zhì)均獲得成功。

微波是指波長在1mm～1m之間、頻率在300～300000MHz之內(nèi)的電磁波。它介于紅外線和無線電波之間。

微波萃取的特點(diǎn)可涉及兩個方面：微波輻射能穿透萃取介質(zhì)，可到達(dá)物料的內(nèi)部，由于吸收微波能，內(nèi)部溫度迅速上升，增大被分離物質(zhì)在介質(zhì)中的溶解度;微波所產(chǎn)生的電磁場加速被萃取部分成分向萃取溶劑界面擴(kuò)散，用水作溶劑時(shí)，在微波場下，水分子高速轉(zhuǎn)動成為激發(fā)態(tài)，這是一種高能量不穩(wěn)定狀態(tài)，或者水分子汽化，加強(qiáng)萃取組分的驅(qū)動力;或者水分子本身釋放能量回到基態(tài)，所釋放的能量傳遞給其他物質(zhì)分子，加速其熱運(yùn)動，縮短萃取組分的分子由物料內(nèi)部擴(kuò)散到萃取溶劑界面的時(shí)間，從而使萃取速率提高數(shù)倍，同時(shí)還降低了萃取溫度，最大限度保證萃取的質(zhì)量。

在萃取過程中用微波來提高萃取效率。在微波場中，由于不同物質(zhì)的介電常數(shù)不同，吸收微波能的程度各不相同，其產(chǎn)生的熱能及傳遞給周圍環(huán)境的熱能也不同，這種差異使得萃取體系中的某些組分或基體物質(zhì)的某些區(qū)域受熱不均衡。

一類物質(zhì)(如水、乙醇、某些酸、堿、鹽類)可以將微波轉(zhuǎn)化為熱能，這類物質(zhì)能吸收微波，提升自身及周圍物質(zhì)的溫度，另一類物質(zhì)(如烷烴、聚乙烯等非極性分子結(jié)構(gòu)物質(zhì))在微波透過時(shí)很少吸收微波能量;第三類物質(zhì)(金屬類)可以反射微波，物質(zhì)與微波的不同作用產(chǎn)生的受熱不均衡性可以導(dǎo)致被萃取物從基體或體系中分離出來的結(jié)果。

微波萃取是通過偶扳子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)2種方式里外同時(shí)加熱。

與傳統(tǒng)熱萃取相比，微波萃取具有以下特點(diǎn)：質(zhì)量穩(wěn)定，可有效地保護(hù)食品、藥品以及其他化工物料中的有用成分;產(chǎn)量大;對萃取物具有高選擇性;省時(shí);溶劑用量少;低耗能。微波輻射技術(shù)萃取快;產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量好;后處理方便;安全;無污染，屬于綠色工程;生產(chǎn)線組成簡單，節(jié)省投資。微波萃取技術(shù)是食品和中藥有效成分提取的一項(xiàng)新技術(shù)。

1、微波萃取工藝過程

其常規(guī)工藝過程：將極性溶劑(如丙酮)或極性溶劑和非極性溶劑混合物(如丙酮、正己烷混合物)與被萃樣品混合裝入微波制樣容器(一般為聚四氟乙烯材料制成)中，在密閉狀態(tài)下，用微波制樣系統(tǒng)加熱，加熱后樣品過濾得到的濾液可進(jìn)行分析測定，或作進(jìn)一步處理。微波萃取工藝流程：選料--清洗--粉碎--微波萃取--分離--濃縮--干燥--粉化--產(chǎn)品。

微波萃取溶劑應(yīng)選用具有極性的溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮以及水等，純非極性溶劑不吸收微波能量，使用時(shí)可在非極性的溶劑中加入一定濃度的極性溶劑，不能直接使用純非極性溶劑。在微波萃取中要求控制溶劑溫度保持在沸騰溫度以下;或使用溫度在待測物分解溫度以下。

2、影響因素

影響微波萃取的主要工藝參數(shù)包括萃取溶劑、萃取功率和萃取時(shí)間等，其中萃取溶劑的選擇對萃取結(jié)果的影響至關(guān)重要。

①萃取溶劑

溶劑的極性對萃取效率有很大的影響，除此之外，還要求溶劑對分離成分有較強(qiáng)的溶解能力，對萃取成分的后續(xù)操作干擾較少。已見報(bào)道用于微波萃取的溶劑有：甲醇、丙酮、乙酸、二氯甲烷、正己烷、乙睛、苯和甲苯等有機(jī)溶劑及硝酸、鹽酸、氫氟酸和磷酸等元機(jī)試劑，以及己烷丙酮、二氯甲烷甲酵和水甲苯等混合溶劑。

②萃取溫度

萃取溫度應(yīng)低干萃取溶劑的沸點(diǎn)，不同的物質(zhì)最佳萃取回收溫度不同。在微波密閉容器中，由于內(nèi)部壓力可達(dá)到1.0MPa以上，因此，溶劑沸點(diǎn)比常壓下的溶劑沸點(diǎn)提高許多，用微波萃取可以達(dá)到常壓下使用同樣溶劑所達(dá)不到的萃取溫度，既可以提高萃取效率又不致于分解待測萃取。

③萃取時(shí)間

微波萃取時(shí)間與被測樣品量、溶劑體積和萃取罐的加熱功率有關(guān)。不同的萃取樣品和溶劑微波能吸收能力不同，所需要的汽化熱也是不同的，從而決定萃取時(shí)間也是不相同。對一般情況下，萃取時(shí)間在10～15min內(nèi)。在萃取過程中，一般加熱1～2min即可達(dá)到要求的萃取溫度。萃取回收率隨萃取時(shí)間的延長有所增加，但增長幅度不大，可忽略不計(jì)。

④溶液pH值

溶液的pH值也會對微波萃取的效率產(chǎn)生一定的影響，針對不同的萃取樣品，溶液有一個最佳的用于萃取的酸堿度。

⑤試樣中的水分或濕度

熊國華等分別試驗(yàn)了以丙酮一正己烷和二氯甲烷(體積比1：1)為萃取劑時(shí)土壤中水分的大小對微波萃取PAHs回收率的影響，結(jié)果表明，以丙酮一正己烷(體積比為1：1)為萃取劑時(shí)，土壤中適量的水分使萃取回收率提高，最佳水分含量為10%～20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。

Lopez-Avila V等對含水量為10%和30%的試樣接受微波輻射達(dá)到最高溫度的所需要的時(shí)間進(jìn)行了對比，也考察了干濕SRS 113-100進(jìn)行微波萃取的平均回收率，得出平均回收率與土壤試樣濕度的關(guān)系不大的結(jié)論。

⑥基體物質(zhì)

基體物質(zhì)對微波萃取結(jié)果的影響可能是因?yàn)榛w物質(zhì)中含有對微波吸收較強(qiáng)的物質(zhì)，或是某種物質(zhì)的存在導(dǎo)致微波加熱過程土壤基體中的某些成分活化，發(fā)生了一些化學(xué)反應(yīng)。

熊國華等研究了土壤中基體物質(zhì)對PAHs微波萃取過程的影響，結(jié)果表明，有機(jī)碳含量較高的沙土樣萃取效率明顯較低，這說明土壤基體中的有機(jī)質(zhì)對萃取效率有一定影響，而無機(jī)質(zhì)的影響不大。

1、應(yīng)用于環(huán)境分析

農(nóng)藥殘留的微波萃?。何⒉ㄝ腿》ㄐ枰妮腿∪軇┹^少，對于分析農(nóng)藥殘留低的樣品非常有利，相當(dāng)于提高了方法的靈敏度。與常規(guī)方法不同，微波萃取不同基體中的農(nóng)藥殘留，應(yīng)選擇合適的萃取溶劑。微波萃取法可用于土壤、沉積物中農(nóng)藥殘留的分析;還可分析生物樣品農(nóng)藥殘量。

重金屬、有毒元素及其化合物的微波萃?。和寥?、沉積物、生物樣品中存在有重金屬元素及有毒元素(錫、汞、鉛、砷等)，利用微波萃取法分離、富集上述元素及其化合物，具有制樣速度快、試劑消耗少、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。

有機(jī)污染物的微波萃?。和寥?、沉積物、灰塵及水中的有機(jī)污染物包括高聚物、多環(huán)芳烴、氯化物、苯、潤滑油、酚類等，用微波萃取法能快速、用較少溶劑萃取分離有機(jī)污染物。環(huán)境樣品預(yù)處理的研究是微波萃取應(yīng)用最主要方面。

2、應(yīng)用于化工分析

在石油化工中，微波萃取可用于聚合物及其添加物進(jìn)行過程監(jiān)控和質(zhì)量控制。微波萃取可用于萃取PET薄膜中的低聚物;聚烯烴添加劑等過程中，還可用于從聚烯烴產(chǎn)品中分離穩(wěn)定劑。微波萃取法產(chǎn)生于分析化學(xué)的研究中，用于化工分析的更多方面是其發(fā)展的重要方向。

3、應(yīng)用于食品分析及生化分析

用微波萃取法處理食品樣品，可用于天然食品中微量組分的分析。文獻(xiàn)已報(bào)導(dǎo)的結(jié)果有：用微波萃取法萃取蔬菜樣品中的痕量金屬;萃取熟肉中的鹽霉素;萃取咖啡、飲料、口香糖中的調(diào)味劑;牛奶和谷類樣品中的核黃素和黃素單核苷酸。在生化分析方面，微波萃取可用于萃取蘋果葉中的痕量金屬;萃取豬體中的有機(jī)酸物質(zhì);萃取海生動物脂肪中的有機(jī)氯化合物等過程中，還可用于形態(tài)分析中。

4、應(yīng)用于天然產(chǎn)物提取

在天然產(chǎn)物提取過程中，微波萃取可從植物物料中提取精油及其他有效成分。

5、應(yīng)用于礦物處理

微波萃取可用于鎳黃鐵礦的萃取過程等方面。

6、應(yīng)用于臨床

在臨床中，微波萃取可用于萃取人血(或血清)這種萃取法已成功地用于幾個案例的偵破。從血紅細(xì)胞表面分離抗體的微波萃取法僅需10min，而常規(guī)法需60～90min。微波萃取法也已用到了從血漿中分離血清及從血清中分離抗原。

7、微波萃取農(nóng)藥殘留

一般樣品中的農(nóng)殘含量很低(ppm-ppt)，等樣品量用微波法萃取只需較少的萃取溶劑(約1/10)即可，實(shí)際上提高了分析方法的靈敏度。但微波萃取不同基體中的農(nóng)藥殘留，需要選用與常規(guī)法不同的萃取溶劑，以使溶劑不僅能較好地吸收微波能，而且可有效地從樣品中把農(nóng)藥殘留成分萃取出來。

Silgoner和其同事的研究表明，用異辛烷、正己烷/丙酮、苯/丙酮(2∶1)、甲醇/乙酸、甲醇/正己烷、異辛烷/乙腈等作溶劑，在土壤或沉積物有一定濕度的條件下，微波萃取方法僅用3min，就可獲得與Soxhlet提取法用6h才能取得的相同的有機(jī)氯農(nóng)藥殘留回收率。

已應(yīng)用微波法萃取農(nóng)藥殘留的其他樣品有肉類、雞蛋和奶制品，土壤、砂子、吸塵器所得灰塵、水和沉積物，豬油，蔬菜(甜菜、黃瓜、萵苣、辣椒和西紅柿)，大蒜和洋蔥。

8、有機(jī)污染物的微波萃取

土壤、河泥、海洋沉積物、環(huán)境灰塵以及水中的有機(jī)污染物一般指高聚物、多環(huán)芳烴、氯化物、苯、除草劑、潤滑油和酚類等。微波萃取不同基體中有機(jī)污染物的優(yōu)點(diǎn)是只需常規(guī)萃取方法十分之一的溶劑，約萃取5～20min即可。

應(yīng)用微波萃取有機(jī)污染物的技術(shù)有二種，一種是采用多模腔體，此法的特點(diǎn)是一次可以制備多達(dá)14個樣品，萃取時(shí)間短。已用于土壤樣品中多環(huán)芳烴，酚類化合物，河泥、海洋沉積物、環(huán)境灰塵中有機(jī)污染物，水中的多氯聯(lián)苯和其他有機(jī)污染物。

張展霞等人用水和有機(jī)溶劑的混合物作微波萃取試劑，進(jìn)一步降低了試劑的消耗。

9、金屬及其化合物的微波萃取

土壤、河泥、沉積物、海洋生物和一些植物樣品中重金屬元素及有毒元素(如錫、汞、鉛、鋅、砷、銻等)都是需要經(jīng)常檢測的項(xiàng)目。微波萃取法富集和分離這些元素或其化合物，不僅試劑消耗少，制樣快，而且檢測靈敏度高。

影響微波萃取不同基體中金屬及其化合物的主要因素為萃取溫度、溶劑中酸的量、萃取時(shí)間和溶劑(甲苯)量。微波萃取土壤、海洋沉積物、礦物和礦渣中的金屬元素或其化合物，然后用發(fā)射光譜或質(zhì)譜儀器等進(jìn)行測定，結(jié)果令人滿意。

不同基體中元素的微波萃取研究，有海洋生物中甲基汞和砷，生物和植物樣品中銅、鎂、鋅和鉛，河泥中有機(jī)砷、有機(jī)錫和重金屬元素(Cu，Cr，Ni，Pb和Zn)，土壤中的汞、鉛、鋅和銅，煤中砷和硒。

天然植物中有效成分的萃取是化學(xué)研究的重要內(nèi)容，這方面微波萃取法也顯示了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已見于文獻(xiàn)的研究報(bào)告有：迷迭香和薄荷中含有迷迭香或薄荷油混合物的提取;蔬菜類植物中吡咯雙烷基生物堿，不同植物中的嘧啶糖甙、棉子酚和生物堿等的提取，糧食和牛奶中維生素B的提取;植物中的香精香料，中藥中的重樓皂甙的提取。

經(jīng)微波處理后的油菜籽、橄欖籽和葡萄籽可以提高出油率，這種用微波加快和提高植物油產(chǎn)率的成套裝置已由加拿大的CWT-TRAN國際有限公司生產(chǎn)和銷售。這種設(shè)備已被應(yīng)用于大蒜、漿果、姜、香菜、蛇麻子、薄荷、歐芹、人參、紅辣椒、玉米、芹菜等產(chǎn)品，用以提取香精香料和油脂等。