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超聲波萃取技術(shù)綜述
超聲波萃取(Ultrasoundextraction,UE),亦稱為超聲波輔助萃取、超聲波提取。是利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)、擾動(dòng)效應(yīng)、高加速度、擊碎和攪拌作用等多級效應(yīng),增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度,增加溶劑穿透力,從而加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑,促進(jìn)提取的進(jìn)行。
超聲波是一種彈性機(jī)械振動(dòng)波，本質(zhì)上與電磁波不同。因?yàn)殡姶挪茉谡婵罩袀鞑?，而超聲波必須在介質(zhì)中才能傳播，其穿過介質(zhì)時(shí)，形成包括膨脹和壓縮的全過程。
在液體中，膨脹過程形成負(fù)壓。如果超聲波能量足夠強(qiáng)，膨脹過程就會(huì)在液體中生成氣泡或?qū)⒁后w撕裂成很小的空穴。這些空穴瞬間即閉合，閉合時(shí)產(chǎn)生高達(dá)3000MPa 的瞬間壓力，稱為空化作用，整個(gè)過程在400μs 內(nèi)完成。
這種空化作用可細(xì)化各種物質(zhì)以及制造乳液，加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑，大地提高提取率。除空化作用外，超聲波的許多次級效應(yīng)也都利于目標(biāo)成分的轉(zhuǎn)移和提取。
成穴現(xiàn)象的重要意義在于氣泡破裂時(shí)所發(fā)生的一切。在某些點(diǎn)位，氣泡不再有效吸收超聲波能量，于是產(chǎn)生內(nèi)爆。氣泡或空穴里的氣體和蒸汽快速絕熱壓縮產(chǎn)生高的溫度和壓力 。由于氣泡體積相對液體總體積來說微，因此產(chǎn)生的熱量瞬間散失，對環(huán)境條件不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，空穴泡破裂后的冷卻速度估計(jì)約為1010℃/s 。
在純液體中，空穴破裂時(shí)，由于它周圍條件相同，因此總保持球形；然而緊靠固體邊界處，空穴的破裂是非均勻的，從而產(chǎn)生高速液體噴流，使膨脹氣泡的勢能轉(zhuǎn)化成液體噴流的動(dòng)能，在氣泡中運(yùn)動(dòng)并穿透氣泡壁 。
噴射流在固體表面的沖擊力非常強(qiáng)，能擊區(qū)造成大的破壞，從而產(chǎn)生高活性的新鮮表面 。破裂氣泡形變在表面上產(chǎn)生的沖擊力比氣泡諧振產(chǎn)生的沖擊力要大數(shù)倍 。
利用超聲波的上述效應(yīng)，從不同類型的樣品中提取各種目標(biāo)成份是非常有效的。施加超聲波，在有機(jī)溶劑(或水)和固體基質(zhì)接觸面上產(chǎn)生的高溫(增大溶解度和擴(kuò)散系數(shù))高壓(提高滲透率和傳輸率)，加之超聲波分解產(chǎn)生的游離基的氧化能等，從而提供了高的萃取能。
超聲波本身在化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用,將其應(yīng)用于各種分離也顯示了許多*性。超聲波作用于液—液，液—固兩相,多相體系,表面體系以及膜界面體系,會(huì)產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)作用并在微環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生各種附加效應(yīng)如湍動(dòng)效應(yīng)、微擾效應(yīng)、界面效應(yīng)和聚能效應(yīng)等,從而引起傳播媒質(zhì)*的變化。
這些作用能提供更多活性中心,也可促進(jìn)兩相傳質(zhì)維持濃度梯度以及促進(jìn)反應(yīng)。這些特點(diǎn)是某些常規(guī)手段不易獲得的,超聲波萃取正是利用了這些特點(diǎn)。