微波萃取的原理

1.  微波是波長為0.1-100cm (即頻率為1011-108Hz)的一種電磁波，具有波粒二象性。人們對微波的利用是在通訊技術中作為一種運載信息的工具或者它本身被作為一種信息，而微波協助萃取是把微波作為一種與物質相互作用的能源來使用。微波作為能源，還可用于食物的烹飪，物料的烘干，促進化學反應。目前，用作能源的微波，其頻率是2450MHz。
微波協助萃取是在傳統的有機溶劑萃取基礎上發展起來的一種新型萃取技術。它有如下特點：快速，只需幾分鐘；節省能源；降低環境污染；是又一種萃取方法，具有萃取選擇性
；可避免樣品的許多成分被分解；操作方便；提取回收率高。

2. 方法原理:

作為一種電磁波，微波具有吸收性、穿透性、反射性，即：它可為極性物如水等選擇性吸收，從而被加熱，而不為玻璃、陶瓷等非極性物吸收，具穿透性。金屬要反射微波。
分子對微波具有選擇性吸收，極性分子可吸收微波能，然后弛豫，以熱能形式釋放能量，或者說由于極性分子的兩偶極在微波的較低頻電磁場中將有時間欲與外電場達成一致而振蕩，但微波頻率要比分子轉動頻率快，迫使分子在轉動時太快速取向而通過碰撞、磨擦放能生熱。分子對不同頻率的微波吸收能力不同。將水與含有金屬離子的水溶液相比，用微波輻射，后者溫升更高。這可用微波的傳導機理解釋：溶液中的離子在交變電場作用下遷移，由于不斷碰撞產生熱能。水要吸收微波，加上鹽的作用，鹽水吸收微波后溫升更高。從實驗看，相比于一般的熱源，微波有使被加熱物溫度升高快的優點，象加熱用的容器：玻璃、塑料不會升溫，而內盛的含水物升溫快，表面無孔的物體（如雞蛋）在加熱前，必須劃開表皮后，再放入微波爐中加熱，否則表面無孔的物體受熱膨脹，會爆裂。用塑料帶裝含水物體，用微波輻照加熱時，須敞口，否則含水物體加熱后，氣體膨脹出現炸裂現象。這些事實表明微波加熱是“內加熱”。用電爐加熱則是利用了空氣的對流，玻璃器皿的熱傳導作用，這種加熱方式能量損失大。
微波被物質選擇性吸收的程度，可用物質的介質損耗角正切Tanδ來描述:
tanδ= ε’’/ ε’
式中, ε’’為物質的介電損失因子，ε’為物質的介電常數。實驗表明：丙酮和乙醇的介電常數相同，但是它們的微波介電損失因子不同，乙醇表現出溫度升高較丙酮高得多。

3. 操作注意事項

我國對高功率微波設備規定，出廠時距設備外殼5cm處漏能不能超過1mw/cm2。微波泄漏要損害人體。但低于10mw/cm2的功率密度不會超過動物體溫調節的代償能力而導致明顯的體溫升高。
微波協助萃取,如下操作事項須注意:
a) 保持爐門和門框清潔，不要在門和門框之間夾帶抹布或紙張的情況下使爐子啟動工作，以免造成微波泄漏。
b)不要疏忽，隨意啟動微波爐，以免空載運行損害儀器。
c)微波爐內不得使用金屬容器，否則會減弱加熱效果，甚至引起爐內放電或損壞磁控管。
d)進出排氣孔要保持暢通，以免爐子過熱，引起熱保護裝置動作，關閉爐子。微波加熱的時間不宜過長，要多加觀察，防止過熱起火，尤其是對易燃的溶劑。
e)萬一爐內起火，請勿打開爐門，應立即切斷電源，即可自然熄滅。
f)如果爐子跌落，引起門鉸鏈或外殼損壞，應立即修理，否則可能引起微波過量外泄。
g)勿將普通的水銀溫度計放入爐中測定溫度，以免引起打火或損壞。

4. 影響微波協助萃取的因素

除了溶劑，一些被萃取物本身能吸收微波，故選用同樣的溶劑，有微波輻照的提取和傳統的提取，其提取選擇性是不同的（即提出液所含成分不同）。實際應用中，微波協助萃取所用溶劑待實際考察。
微波在樣品中的傳播有反射性，故待提取樣品的形狀、粒度要影響對微波的吸收，加熱效果。
微波進入樣品后，能量被逐漸吸收，場強和功率要衰減，其衰減程度可用半功率穿透深度D1/2（功率減弱到表面處功率的一半時對應的距離）描述，
D1/2=3λ0 / (8.686π    tanδ)
（式中，λ0為所用電磁波的波長， 為被輻射物的相對介電常數，Tanδ為損耗角正切）
Tanδ愈大，則D1/2愈小，故對于易吸收微波的被萃取物樣品，用量不能太大，否則因半功率穿透深度小，中間的部分沒有受到微波輻射，中間的部分是通過傳統方式受熱的。
由于存在微波功率衰減的問題，微波協助萃取時，微波功率選擇得恰當亦很重要。選大了，浪費功率；選小了，樣品加熱不夠，內部靠傳統方式受熱。
總之，要注意靠實驗選擇上述這些條件。

5.  結語

目前微波協助萃取主要是用在提取有效成分的工作中，微波也可以用于樣品的消化。如果用酸提取金屬離子不成功（或共存的有機物對測定有干擾），對樣品消化處理，破壞有機物，釋放天然結合的金屬離子則是必須。微波消化具有高效能，實用方便。
隨著微波萃取技術的研究與發展，微波萃取在很多行業都有廣泛的應用。到目前為止，已見報導的微波萃取技術主要應用于分析土壤分析、食品化學、農藥提取、中藥提取、環境化學，以及礦物冶煉等方面。由于微波萃取具有快速高效分離及選擇性加熱的特點，微波萃取逐漸由一種分析方法向生產制備發展。