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【分享】一种全新的分析样品前处理技术——加压溶剂提取技术在中药质量控制中的应用

pli1978

2006/10/25

前处理综合讨论

加压溶剂提取技术在中药质量控制中的应用

化学成分提取是中药定性和定量分析的起点，也是中药质量控制的关键技术之一。目前常用的提取方法有回流提取法、索氏提取法、超声提取法等。但这些提取方法或多或少的存在着一些不足之处，如：提取时间较长，相对较高的溶剂消耗量和较低的提取效率等。近年来，随着实验自动化和快速分析的要求，传统的提取方法已成为阻碍中药质量控制技术发展的瓶颈。为了克服这些缺点，寻求一种新的高效、快速、方便、自动化的提取方法已显得极为重要。
加压溶剂提取技术（PLE, Pressurized Liquid Extraction）的出现顺应了这一发展趋势的要求。最初，这种提取方法主要应用于环境分析中的样品制备，也有用于食品中成分分析的前处理。随着适用范围的逐渐增加和技术发展的日趋成熟，加压溶剂提取在中药质量控制中的应用正在引起我们的重视。本人试从这项技术的基本原理、方法及设备、主要特点以及在中药质量控制中的应用作一简介。
1．基本原理
加压溶剂提取技术的主要原理是在密闭容器内，通过升高压力使提取溶剂的沸点也随之升高，使得提取过程可以在高于正常溶剂沸点的温度而溶剂仍能维持液体状态的情况下进行。
其提高提取效率的主要原理可以从以下两个方面加以说明：
1.1 高温作用
温度是影响提取效率的最主要的因素。首先，升高温度可增加溶剂的溶解性能。在一定范围内，温度越高，待测物在溶剂中的溶解度越大。其次，升高温度可以加快分子扩散的速度，从而加速整个提取过程的质量转移。另外，温度的改变还可以影响表面平衡。加压溶剂提取过程所提供的热能可以提供解吸附过程所需要的活化能，破坏待测物与基质间的交互作用，如范德华力、氢键、偶极矩等。同时，溶剂的粘度和表面张力会因温度的升高而降低。溶剂的粘度和表面张力越低，其渗透性越好，润湿基质的能力就越强。
1.2 高压作用
加压溶剂提取技术可以保证整个提取过程在一个较高的压力下进行。高压可以保证提取溶剂在高于其沸点的温度下仍能维持液体状态。同时，升高压力还可以增加溶剂对基质的穿透能力。基质中若含有水分，在常压下易形成水膜将待测物包裹，而阻止有机溶剂与待测物接触。但加压溶剂提取技术的高压环境使得溶剂较易进入水膜完成提取。另外，高压还可以缩短溶剂在提取管中的填充速度，尤其对于粒径很小的样品。
2．方法及设备
2.1 提取方法
2.1.1 样品的准备
样品的准备是加压溶剂提取程序的第一步，大多数样品都需要在提取前进行适当的前处理。这些准备步骤包括粉碎、分散和干燥。粉碎：我们知道，样品的比表面积越大，与溶剂的接触越多，提取越充分。因此，对于粒径较大的样品在提取前需要适当的粉粹。一般情况下，粉碎后的粒径应小于0.5mm。分散：样品粉碎后的微粒聚集在一起，会阻碍溶剂与其充分接触，因此需要用一些惰性材料（如硅藻土）对这些微粒进行分散。同时，分散剂还可以防止过细的样品微粒堵塞提取管的出口。干燥：对于一些含水的样品，水分的存在会阻碍非极性有机溶剂与被提取物的接触，使用干燥剂是处理这些样品最有效的方法。这里常用的干燥剂主要有：硅藻土、硫酸钠和纤维素。但要注意，当使用甲醇和其他极性溶剂的时候不能使用硫酸钠作为干燥剂，因为硫酸钠会溶解于这些溶剂进而沉积在管线中。
2.1.2 参数优化
加压溶剂提取技术可以从溶剂、温度、压力、循环次数以及时间几个方面对提取过程进行优化。
溶剂：首先应该根据相似相溶的原理来选择溶剂。当被提取的混合组分有一个较大的极性范围，可考虑使用混合溶剂。要注意不能使用强酸（如盐酸或硝酸）或者强碱（如氢氧化钠）性溶剂。
温度：是加压溶剂提取中最重要的影响因素。当设计一个新的方法时，可以从100℃开始。如果你知道被提取物的降解温度，则应该从低于这个温度20℃开始。
压力：改变压力对于样品的回收率影响不大，高压主要用于维持溶剂在高温下始终处于液体状态，大多数情况下压力的范围是1000psi～2000psi。
循环次数：循环的作用是在提取过程中置换新鲜的溶剂以维持提取的平衡，这对于待提取成分浓度很高以及溶剂较难穿透的样品尤其重要。当提取在较低的温度（<75℃）下进行时，也需要进行多次循环提取。
时间：增加提取时间有利于待提取成分从样品基质扩散到提取溶剂中。在具体设计时，为了达到充分的提取，应该将提取时间和循环次数结合起来考虑。
2.1.3 提取过程
一个典型的提取过程主要有以下七个步骤组成：提取管的负载、填充有机溶剂、加热、静态提取、置换有机溶剂、排空提取液、提取管的卸载。
2.2 设备组成
目前应用加压溶剂提取技术的商业化设备主要是由美国Dionex公司生产的Dionex-ASE系列全自动加压溶剂提取仪，该系列主要有100、200、300三个型号，其工作原理相同，差异主要在于分析样品的不同大小及不同处理量所决定的仪器部件的不同规格及不同工作参数。现以最为常用的ASE 200为例介绍一下设备的组成情况。
ASE 200主要由以下五个部分组成：
控制装置：这是整个设备的核心。在未联机的情况下，可以用控制面板对整个工作过程进行控制，包括仪器的启动与停止、提取方法的选择、工作参数的设定以及当前状态的显示等。如果配备了计算机和控制软件，则可以进行联机操作。
提取装置：主要由提取管和加热箱组成。提取管有三种型号可供选择：11ml、22ml、33ml。提取管位于一个可自由旋转的托架上，托架可容纳24个提取管，能一次完成多个样品的提取。加热箱位于仪器内部，可进行提取前的预热和提取过程中的加热。
收集装置：主要由提取液收集管和废液收集管组成。收集管有两种型号：40ml和60 ml。26个提取液收集管和4个废液收集管位于一个可自由旋转的托盘上。废液收集管主要用于收集处理不同样品时为防止干扰而用来清洗系统的冲洗液。
溶剂装置：主要由四个容量为2L的玻璃瓶和相应的气体及液体管线组成。不同的提取溶剂（水或有机溶剂）可按程序设定不同的比例进行混合，以实现对样品的单一或多元溶剂提取。
压力装置：提供提取过程中所需要的高压气体。宜选择氮气作为气源，主要基于两方面的考虑：一是氮气为惰性气体，可以防止某些不稳定的化学成分在高温提取过程中的氧化和降解；二是相比较其他惰性气体，其具有价廉易得的优点。
3．主要特点
3.1提取时间短
和常规的提取方法相比，加压溶剂提取技术能显著地缩短提取时间，结果见表1：
表1 不同提取方法的提取时间比较
提取方法平均提取时间
回流提取法 0.5～1.5小时
索氏提取法 2～6小时
超声提取法 0.5～1小时
加压溶剂提取法 12～20分钟

3.2溶剂消耗少
加压溶剂提取技术在缩短提取时间的同时，还能明显地节约溶剂的消耗，和其它提取方法的比较见表2：
表2 不同提取方法的溶剂用量比较
提取方法平均溶剂用量
回流提取法 50～150ml
索氏提取法 50～100ml
超声提取法 30～150ml
加压溶剂提取法 15～45ml

3.3提取效率高
根据仪器的设定，提取温度最高可达200℃，提取压力最高可达3000psi，在这样高的温度和压力下，加压溶剂提取技术可以显著地提高提取效率，见表3。
3.4操作模式多样化
根据不同提取样品的需要，你可以选择是按方法模式进行提取还是按程序模式进行提取。方法模式下你可以对温度、时间、压力、溶剂组成、溶剂置换比例及循环次数进行设定，然后对每一个样品按方法模式（单一模式）设定的参数进行提取。而程序模式下你可以设定一系列的方法参数，同时对提取管和收集瓶的序列、每个样品所选择的提取方法以及提取间隔是否进行冲洗进行设定，这样可以对不同的样品按不同的模式（程序模式）进行提取。
3.5操作过程自动化
在准备好样品和对提取的方法（或程序）进行设定后，自动进样和自动收集装置就可以连续对最多24个样品自动完成样品的提取和提取液的收集，简单方便。

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pli1978

第1楼2006/10/25

我们研究院应用该技术在中药质量控制领域的研究已有4年，在ISI检索的文章按机构排名我们的论文数量居第三位，可以说积累了相当的经验，如果各位对这项技术感兴趣或是有什么疑问，欢迎大家一起探讨！

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pli1978

第4楼2006/10/29

上传一张仪器照片，型号为ASE 200 （美国戴安公司）

0

dickwang2008

第5楼2006/10/29

请问这种仪器大概多少钱啊？

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pli1978

第6楼2006/10/29

我们是4年前买的，折合成人民币大概60万。

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