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1、超臨界流體技術及其應用,Introduction to Supercritical Fluid Technology:Principles and Applications林華經引光生物科技有限公司中華民國98年11月30日,從咖啡談起,您喝咖啡嗎?您喝過無咖啡因咖啡嗎?您喜歡喝無咖啡因咖啡嗎?無咖啡因咖啡:超臨界流體技術最早商業化應用的產品,何謂超臨界流體,當物質所處的壓力、溫度同時都大於其臨界壓力及臨界溫度時，則進入所謂的超臨界態 此物質則稱之為超臨界流體,二氧化碳的相圖,Gas,超臨界流體的特性,不是氣體，又有點像氣體不是液體，又有點像液體同時具備氣體及液體的雙重特性,二氧化碳的物理性質
2、,超臨界流體的優點,幾乎無表面張力低黏度高擴散係數高密度高溶解能力溶解能力可調,常見的超臨界流體之臨界性質,Source:“SFE and Its use in Chromatographic Sample Preparation”Ed.S.Westwood.Chapter 1,使用超臨界二氧化碳的優點,低臨界點操作安全取得容易環保於常溫常壓下為氣體,超臨界流體之重要發展史,1822 Cagniard de la Tour發現物質的超臨界狀態1861 Core描述Naphthalene溶解在二氧化碳中的現象1869 Andrews量測二氧化碳的臨界點1879 Hanny首先研究超臨界流體的溶解
3、度1939 Horwarth申請利用超臨界二氧化碳流體來濃縮果汁的第一份專利1954 Francis蒐集464個物質的相圖，並描述261種有機化合物在液態二 氧化碳中的溶解度1963 Zosel申請利用超臨界二氧化碳來萃取68種不同物質的專利1963-1972 蘇聯Krasnodar研究學會利用超臨界流體來萃取80餘種不同植物 能源危機與環保政策對傳統有機溶劑的管制漸趨嚴格，使得超臨 界二氧化碳的研究與利用被大量開發,超臨界流體技術之應用,超臨界流體萃取 Supercritical Fluid Extraction超臨界流體層析 Supercritical Fluid Chromatograp
4、hy超臨界流體清洗 Supercritical Fluid Cleaning超臨界流體乾燥 Supercritical Fluid Drying超臨界流體反應 Supercritical Fluid Reaction超臨界流體發泡 Supercritical Fluid Foaming超臨界流體造粒 Supercritical Fluid Particle Formation超臨界水氧化 Supercritical Water Oxidation 其他 Others,超臨界流體萃取,Supercritical Fluid Extraction(SFE),Restrictor,SFE 示意圖,L
5、iquid Carbon Dioxide(requires a dip tube),SFE 萃取機制,SC-CO2+dissolved analyte to the trap,High PressureLiquidCO2,SC-CO2 diffuses matrix,dissolves and resolvesanalyte from the matrix,Heat,二氧化碳洩壓過程,Trapping SolidHigh Surface AreaAdequate AmountTrapping LiquidHigh Surface TensionAnalyte is SolubleLow Vol
6、atilityPressurized Cryogenically Cooled,GaseousCO2,GaseousCO2,CO2 is changingfrom a SF(2 ml/min)to an expanded gas(1 L/min)Analyte no longer solubleMechanical movementof analyte due to therapid expansion requiresthe use of trappingmaterial,SFE 萃取技巧,PressureIncrease pressure increases density=increas
7、e in solubilizing power.TemperatureIncrease temperature may decreases density=decrease in solubilizing power(ie CO2 at 100 bar)Extraction TimeFlow RateFluid CompositionCo-solvents/modifiersReactant AdditiveStatic vs.Dynamic Extraction,SFE 萃取技巧,Role of Modifiers in SFEChanges in Solvent PolarityInter
8、action with MatrixInteraction with AnalyteMethods of AdditionDirectly into extraction cell(spiking)On line modifier addition(uses a second pump),超臨界流體萃取應用,Applications of Supercritical Fluid Extraction,超臨界流體萃取應用,食品製藥天然物萃取動物飼料化學分析環保分析刑事案件,超臨界流體萃取應用在食品上的優點,無有機溶劑殘留的問題 可萃取易熱分解及高揮發性之成分無殘留萃取後的裂解物,超臨界流體萃取在
9、食品上的應用,咖啡豆及茶葉的咖啡因去除啤酒苦味花的萃取植物精油萃取香辛料的萃取與保存天然色素的萃取小麥胚芽的萃取淡味菸草的製造高價值魚油的精製中草藥及天然物的萃取,環保分析應用,MatricesSoilTissueClaySandy LoamSludgeRiver SedimentMarine SedimentFly AshIncinerator Ash,Target AnalytesTPHPAHPCBsPesticidesDibenzofuransDioxins,環保分析官方法規,US EPA 3560-TPH in Soil:Supercritical Fluid Extraction o
10、f Total Recoverable Petroleum Hydrocarbons US EPA 3561-PAH in Soil:Supercritical Fluid Extraction of Polyaromatic Hydrocarbons US EPA 3562-PCB and OCP:Supercritical Fluid Extraction of Polychlorinated Biphenyls(PCBs)and Organochlorine US EPA 3545:Pressurized Fluid Extraction(PFE)USDOE STD-3013-99:De
11、termination of Residual Water in Impure Plutonium OxidesAOAC draft:SFE-GC/MS determination of pesticide residues in non-fatty fruits and vegetables,超臨界流體層析Supercritical Fluid Chromatography,SFC is a separation technique similar to HPLC and GC where the mobile phase or carrier gas is replaced by a su
12、percritical fluid,Limitations of GC and HPLC,GC Sample Limitations:Volatility Thermal stability Low molecular weight HPLC Analytical Limitations:No universal detector Low efficiency Low resolution,SFC Overcomes Limitations of GC and HPLC,Extends molecular weight range of GCLower operating temperatur
13、e than GCFaster separation time than HPLCHigher separation efficiency than HPLCUniversal detector can be used,FIDBoth packed(HPLC-type)and GC-type columns can be used,SFE/SFC 示意圖,SFC Applications,Industrial:Synthetic oligomers,polymers/additives Surfactants(polyglycols)Oligo/polysaccharides,sucrose
14、polyesters Pesticides Isocyanates Dyes Waxes,SFC Applications,Biochemical:Steroids Prostaglandins Fatty acids/lipids Antibiotics Drugs of abuse,SFC Applications,Fossil Fuels:Fractionation of petroleum and coal-derived fluids Hydrocarbon group analysis Simulated distillation,超臨界流體清洗,原理:以超臨界二氧化碳將不要的東西
15、(雜質)自目標物(待清洗物)中帶出,超臨界流體清洗應用,超臨界二氧化碳乾洗金屬零件去除油汙晶圓清洗及去光阻生醫材料清洗及去熱敏原台灣義美食品洗米技術應用,超臨界流體乾燥,原理:以超臨界二氧化碳將殘餘水份(或溶劑)自目標物(待乾燥物)中帶出,超臨界流體乾燥應用,化學(有機合成)製藥最後乾燥金屬零件乾燥半導體元件乾燥氣凝膠及半通透膜乾燥生醫材料乾燥矽晶粉之回收,超臨界流體反應,原理:以超臨界二氧化碳將反應物帶入目標物(如多孔性觸媒載體)中進行反應,超臨界流體反應之應用,多孔性觸媒之製備奈米複合材料之製備高分子複合材料之改質膨脹流體中觸媒催化之氫化及烷化反應,超臨界流體發泡,原理:以超臨界二氧化碳取
16、代傳統之化學發泡劑 來製造高分子發泡產品,超臨界流體發泡應用,運動器材衣著、鞋底3C家電外殼、電子產品零件汽車內裝及外殼零件包裝材料家俱、家庭飾品及裝潢材料透光隔熱材料,超臨界流體造粒,原理:依據物質在超臨界二氧化碳中的溶解度高低 溶解度高者:採超臨界溶液快速膨脹法(RESS)Rapid Expansion of Supercritical Solution 溶解度低者:採壓縮反溶劑沉澱法(PCA)Precipitation by Compressed Anti-solvent,超臨界流體造粒應用,藥物吸收藥物釋放控制奈米粒子製備奈米複合材料製備,超臨界水氧化技術,原理:水於超臨界(及次臨界)態時酸性增強，具有 強氧化力及強腐蝕性,超臨界水氧化技術之應用,高毒性有害事業廢棄物之處理高毒性有機廢液之處理高效能氧化技術廢棄彈藥之處理廢棄生化武器之處理核廢料之處理,超臨界流體技術之其他應用,超臨界二氧化碳地質封存超臨界二氧化碳滅菌超臨界二氧化碳高分子加工超臨界二氧化碳超重力法吸附及脫附超臨界甲醇轉酯化法製備生質柴油超臨界水發電,Thanks For Your Attention!,林華經引光生物科技有限公司台北市中山區吉林路150號4F-5TEL:(02)2541-2572FAX:(02)2541-6579,
