超临界流体分离技术

• 超临界流体对于分离具有极其有用的物理性质，这些性
质恰好介于气体和液体之间。表1对气体、液体、和超 临界流体的有关物理性质进行了比较。 表1 气体、液体、超临界流体物理性质的比较
物理特征 气体 密度 （g/cm3） （0.6-2）*103
粘度 （g/cm/s） （1-4）*10-4
扩散系数 （cm2/s） 0.1-0.4
超临界流体色谱在手性药物分离中的优越性
离柱内径0.5-4.6mm。使用粒径为3-10µm的填料填充。如硅胶、NH2、-CN及C18、C8等化学键合相均可用于SFC。其中以极性填料的 分离效果更好。SFC在手性化合物的分离上效果优于HPLC。
• 在实际操作中，往往会因压力变化而产生较大的柱压降，使柱入、出口
处的保留时间有很大差异，所以一般采用高于超临界压力20%左右的 压力以减小影响。在填料的选择上也要注意与所分析的样品相适应，如 分析极性或碱性化合物时，填料覆盖度小，会产生不对称峰。若使用 “封端”填料则会得到改善。
3.3 超临界流体色谱的应用
超临界流体色谱法已被广泛应用于天然 物，药物，表面活性剂，高聚物，农药，炸 药，火箭推进剂等物质的分离与分析.
超临界流体色谱法分离手性药物
手性药物在药物中占有很大的比例,手性对映 体药物通过与体内大分子的不同立体结合,可 产生不同的吸收、分布、代谢和排泄过程,导 致药动学参数的不同,从而具有不同的药理作 用,甚至产生药效拮抗。 而其中一个异构体也可能是其消旋体药物不 良反应的根源。
Extraction，SFE) 是一种以超临界流体作为流 动相的分离技术。
• 超临界流体既不是液体，也不是气体，但它具有
液体的高密度，气体的低粘度，以及介入气液态 之间的扩散系数的特征。一方面超临界流体的密 度通常比气体密度高两个数量级，因此具有较高 的溶解能力
• 另一方面，它表面张力几近为零，因此具有较高
因此,手性药物的分离测定在研究手性药物的 体内药动学过程、确定药动学参数、控制质量 和临床应用等方面都具有重要意义。 超临界流体色谱(Supercritical Fluid Chromatography ,SFC) 采用超临界流体 (SF) 为流动相,具有检测方式和固定相种类多 样的特点,在手性分离方面较好地弥补了高效 液相色谱和气相色谱的不足,体现出良好的应 用前景。
• SFC色谱柱必须借助柱箱以实现精确的温度控制，范围可以
从室温至450°C，同时配低温控制系统，可在-50℃以下 工作。
（3）流动相
SFC的流动相：超临界流体；CO2、N2O、NH3
CO2应用最广泛；无色、无味、无毒、易得、对各类有机物
溶解性好，在紫外光区无吸收；缺点：极性太弱；加少量甲醇 等改性；
• 以往工业上除咖啡豆中咖啡因采用二氯乙烷萃取。缺点有二：
其一，残留二氯乙烷影响咖啡品质；其二，二氯乙烷同时将
部分有用香味物质（芳香化合物）带走。
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• SFE除咖啡因：浸泡过的咖啡豆直接置于萃取容器中，连续
（循环）用超临界CO2萃取（T＝70－900C；p＝16－20MPa） 10小时，气体中的咖啡因用水吸收除去，蒸馏可回收咖啡因。 经SFE处理后的咖啡豆中咖啡因含量从0.7-3%降低到0.02%。
• 填充柱在重现性、载样量等方面要优于毛细管柱，操作简便，
也有用微填充柱的，将3-10μm的填料填充到内径几个毫米 或更小的毛细管柱中。
• ②毛细管柱 • 较长用的填充毛细管柱内径≤0.5mm，柱长为10-30mm；
开管毛细管柱主要是内径为50-100μm化学交连的各种硅 氧烷柱或其它类型的交连柱。
2.主要部件
（1）SFC的高压泵
无脉冲的注射泵；通过电子压力传感器和流量检测器，计算
机控制流动相的密度和流量
（2）SFC的色谱柱和固定相
可以采用液相色谱柱和交联毛细管柱 SFC的固定相：固体吸附剂（硅胶）或键合到载体（或毛细
管壁）上的高聚物；专用的毛细管柱SFC
色谱柱
• ①填充柱 • 填充柱与HPLC柱相似，基于分配平衡实现分离，柱长可达25cm，分
传统的脱萜方法是水蒸气蒸馏,因为该方法操作温 度高会引起萜类物质分解,因而操作温度低的SFE 就成了脱萜浓缩的首要替代方法。
柑橘挥发油含95 %以上的萜烯烃类物质,近年来 对柑橘油进行脱萜浓缩的报道已有很多
在过去的十年间,人们总是试图通过调节温度和压力来达到 选择性脱萜的目的,但效果欠佳。
Barth等人通过在超临界流体体系中引进一种吸附剂来提 高分离选择性,Simoes 等人用连续逆流萃取脱萜浓缩挥发 油。 近年来天然产物中萜类物质的SFE 应用日渐增 多,Semiond 等从藏红花中萃取出具有特殊香味的西红花 醛;
食品工业
酒花萃取 植物色素提取 天然香料萃取 化妆品原料提取精制
化妆品香料
SFE在萜类化合物中的应用
萜类是一类天然的烃类物质,其基本单元为异戊 二烯。其中单萜为挥发油的主要组成成分,但它 并不是挥发油香味的主要来源,即它对香味的贡 献较小,而且很容易氧化变质,影响挥发油的品质 及存放寿命。因此有些挥发油在应用中往往要 预先脱萜浓缩。
2.2 超临界流体萃取的方法
图1.超临界流体萃取装置
• 典型的超临界流体萃仪的工作流程如下图所示。 • 它大体上可分为三个部分即流动相系统、分离系
统、和收集系统。
Micrometering Valve Oven Module
Vessels
SPE CO2
Neat
Air source
CO2 Pump Module
----08级药剂（2）班
姓名：邓雪姣 学号：20085320204
主要内容
超临界流体概述 超临界流体萃取 超临界流体色谱
1、超临界流体概述
• 1.1 超临界流体的概念 • 1.2 超临界流体的发展 • 1.3 超临界流体的特性
1.1 超临界流体的概念
• 超临界流体
（Supercritical Fluid，SCF）是指
• •
超临界CO2作为萃取剂与常规的有机溶剂相比的 优点： 无毒无害、不易燃易爆 低粘度、低表面张力、低沸点、合理临界特性等
• SFE的优点:
萃取剂在常温常压下为气体，萃取后可以方便地 与萃取组分分离。 在较低的温度和不太高的压力下操作，特别适合 天然产物的分离。 超临界流体的溶解能力可以通过调节温度、压力、 夹带剂（如：醇类）在很大范围内变化；而且还 可以采用压力梯度和温度梯度。
Kohler用SFE 从黄花蒿中分离出具有抗恶性 疟疾的青蒿酸和青蒿素; Vandana等用乙醇改性的N2O 从红豆杉树皮 中萃取出具有抗癌活性的紫杉醇; Johnson 等用甲醇改性的CO2 从印度苦楝树 籽中萃取出三萜类化合物;
Van 等从银杏叶中分离出银杏内酯。
从咖啡豆中除去咖啡因
• 大量饮食咖啡因对人体有害。
在临界温度和临界压 力以上的流体。高于 临界温度和临界压力 而接近临界点的状态 称为超临界状态。处 于超临界状态时，气 液两相性质非常接近， 以至于无法分辨，故 称之为SCF。
1.2 超临界流体的发展
• 1822年，Cagniard 首次报道物质的临界现象。 • 1879年，Hanny and Hogarth 发现了超临界流体对固体有
HPLC与SFC比较
3.2超临界流体色谱的方法
1.超临界流体色谱仪的结构与流程
图2. 超临界流体色谱仪（SFC）流程图
1-超临界流体源；2-控制阀；3-过滤器；4-高压泵；5-脉冲抑制器 6-压力表；7-进样口；8-泄压口；9-检测器（FID）；10-放大器； 11-记录仪及数据处理装置；12-分离柱；14-预平衡柱； 14-冷冻装置；15-恒温箱；16-限流器
（4）检测器
可采用液相色谱检测器，也可采用气相色谱的FID检测器
• ①使用气相色谱检测器，以FID为多用，应用时可将色谱柱
的流出物分流，部分流出物通过限流器变为气态进入检测器， 若用FID检测时，流动相中不能加入改进剂，否则改进剂本 身将给出信号干扰测定，FID对小分子量化合物可得到很好 的结果，对分子量大的化合物常得不到单峰，而是一簇峰。 如把检测器加热可使分子量大于2000的化合物获得满意的 分离。
• 在SFC中也可以使用氮磷检测器（NPD）、火焰光度检测器
（FPD）等。
②使用液相色谱检测器。在进入检测器之前应将超 临界状态转为液态，可增加检测的灵敏度，使谱带 变窄，而且可以在室温下操作，UVD是用改性剂流 动相的填充柱SFC的最常用的检测方法。要求检测 器必须耐高压。如使用毛细管柱，UVD的流通池可 由一段熔融石英毛细管构成，内容积在200nl左右， 这样不会影响柱效；荧光检测器（FD）也可以如此 应用。对于填充柱，蒸发光散射检测器也是一种常 用的通用检测器。
的扩散性能，可以和样品充分的混合、接触，最 大限度的发挥其溶解能力。
• 在萃取 分离过程中，溶解样品在气相和液相之
间经过连续的多次的分配交换，从而达到分离的 目的。
超临界流体的选择原则：
化学性质稳定，对设备无腐蚀。
临界温度应接近室温或操作温度，不能太高，也 不能太低。 操作温度应低于被萃取组分的分解、变质温度。 临界压力应较低（降低压縮动力）。 对被萃取组分的溶解能力高，以降低萃取剂的消 耗。 选择性较好，易于得到纯品。
分离系统
•
超临界流体的分离系统主要有萃取釜组成。萃取 釜的耐高温和耐腐蚀性能，密闭性能是保证分离 效果的关键因素。
收集系统 • 收集方式应较为灵活，以保证后续处理及分析的
方便。
2.3 超临界流体萃取的应用
超 临 界 流 体 萃 取 的 应 用
医药工业 化学工业
中草药提取 酶，纤维素精制 金属离子萃取 烃类分离 共沸物分离 高分子化合物分离 植物油脂萃取
Modifier Pump Module
流动相
对流动相的选择首先要考虑它对萃取样品的溶解能力，流 动相的密度越大， 其溶解能力越强；次外，在实际应用中还必需考虑流体的 超临界条件、腐蚀性和 毒性等。现今，CO2是应用最多的流动相，一方面这是由 于它的超临界条件比较 温和，柱温40-50。C已超过超临界温度，在适当压力下 即可达到高密度；另一方 面它又有成本低、无毒、不燃烧、容易纯化、腐蚀性小、 化学惰性等诸多优点。
2.原理
SFC的流动相：超临界流体；CO2、N2O、NH3
SFC的固定相：固体吸附剂（硅胶）或键合到载体（或毛细
管壁）上的高聚物；可使用液相色谱的柱填料。填充柱SFC和 毛细管柱SFC
分离机理：吸附与脱附。组分在两相间的分配系数不同而
被分离； 通过调节流动相的压力（调节流动相的密度），调整组分 保留值；
反应，得到分子量达27万的聚合物,开创了超临界CO2高分 子合成的先河。
1.3 超临界流体的特性
密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温

度微小变化可导致其密度显著变化 粘度接近于气体,具有很强传递性能和运动速度 扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级 SCF的介电常数，极化率和分子行为与气液两相均 有着明显的差别 压力和温度的变化均可改变相变
液体
SCF
0.6-1.6
0.2-0.9
（0.2-3） *10-2
（0.2-2)*10-5
（1-9）*10-4 （0.2-0.7)*10-3
“超临界状态是一种亚稳定状态”
2、超临界流体萃取
超临界流体萃取的基本原理
超临界流体萃取的方法
超临界流体萃取的应用
2.2 超临界流体萃取的基本原理
• 超临界流体萃取(Supercritical Fluid
3、超临界流体色谱
超临界流体色谱的基本原理
超临界流体色谱的方法
超临界流体色谱的应用
3.1 超临界流体色谱的基本原理
1.概念
• 超临界流体色谱（supercritical fluid
chromatography，SFC ）是以超临界流体做流动相是
依靠流动相的溶剂化能力来进行分离、分析的色谱过程， 是20世纪80年代发展和完善起来的一种新技术。
溶解能力，为超临界流体的应用提供了依据。
• 1943年，Messmore首次利用压缩气体的溶解力作为分离过
程的基础，从此才发展出超临界萃取方法。
• 1970年，Zosel采用sc-CO2萃取技术从咖啡豆提取咖啡因，
从此超临界流体的发展进入一个新阶段。
• 1992年，Desimone 首先报道了sc-CO2为溶剂，超临界聚合