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超声波萃取机的原理及优点

  超声波萃取是利用超声波辐射压强产生的强烈空化应效应、机械振动、扰动效应、高的加速度、乳化、扩散、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。

  工作原理

  超声波是一种弹性机械振动波,与电磁波本质上不同。因为电磁波在真空中传播,而超声波必须在介质中传播,穿过介质时,形成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。

  空化作用细化物质以及制造乳液,加速目标成分进入溶剂,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发生的反应。一些点位,气泡不再吸收超声波能量,而产生内爆。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。

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  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。

  纯液体中,空穴破裂时,由于周围条件相同,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,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。

  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,在有机溶剂和固体基质接触面上产生的高温、高压,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。

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  优点

  (1) 同常规萃取方法相比,超声波萃取技术萃取效率高、萃取时间短;

  (2)超声波萃取不容易受使用溶剂的限制,允许添加共萃取剂,以进一步增大液相的极性,提高萃取效率;

  (3)与超临界CO2萃取和超高压萃取相比,超声波萃取设备简单,萃取成本低;

  (4)大多数情况下超声波萃取操作步骤少,萃取过程简单,不易对萃取物造成污染,萃取温度较低,适合热敏目标成分的萃取


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2018-11-14

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