微波萃取技術(Microwave Extraction)

微波萃取技術起步較微波消解技術晚，還處于初始階段。微波消解應用得到充分驗證以后，N. Gedye等人于1986年將微波技術應用于有機化合物萃取，他們把將樣品放于普通家用微波爐中，通過功率/時間模式激發微波，幾分鐘就能萃取得到了傳統加熱需要幾個小時甚至十幾個小時才能得到的分析物。從此微波輻射技術應用研究激發了人們的興趣，逐漸從消解應用發展到了萃取應用。上世紀90年代，由加拿大環境保護部和美國CEM公司經過多年的研究，開發了新一代的微波萃取系統（MARSX），該系統采用了能量最小化技術，有效的防止了萃取物的分解，并提高了萃取回收率和重現行，并經過美國加州環保局對MARSX認證后，批準MARSX作為唯一標準萃取儀器。微波萃取技術的成功應用，因此微波萃取技術被美國環保局（USEPA）認定為標準方法EPA3546，應用于環境樣品中揮發性有機物和半揮發性有機物的萃取，也被ASTM采用為標準萃取方法。微波萃取技術現已廣泛應用到土壤分析、化工、食品、香料、中草藥和化妝品等領域。

1.微波萃取機理
微波萃取的機理可從兩方面考慮，一方面微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質，到達物料的內部維管束和腺胞系統。由于吸收微波能，細胞內部溫度迅速上升，使其細胞內部壓力超過細胞壁膨脹承受能力，細胞破裂。細胞內有效成分自由流出，在較低的溫度條件下萃取介質捕獲并溶解。通過進一步過濾和分離，便獲得萃取物料。
另一方面，微波所產生的電磁場加速被萃取部分成分向萃取溶劑界面擴散速率，用水作溶劑時，在微波場下，水分子高速轉動成為激發態，這是一種高能量不穩定狀態，或者水分子汽化，加強萃取組分的驅動力；或者水分子本身釋放能量回到基態，所釋放的能量傳遞給其它物質分子，加速其熱運動，縮短萃取組分的分子由物料內部擴散到萃取溶劑界面的時間，從而使萃取速率提高數倍，同時還降低了萃取溫度，最大限度保證萃取的質量。 還有的文獻是這樣描述的：由于微波的頻率與分子轉動的頻率相關連，所以微波能是一種由離子遷移和偶極子轉動引起分子運動的非離子化輻射能。當它作用于分子上時，促進了分子的轉動運動，分子若此時具有一定的極性，便在微波電磁場作用下產生瞬時極化，并以2.45億次/秒的速度做極性變換運動，從而產生鍵的振動、撕裂和粒子之間的相互摩擦、碰撞，促進分子活性部分（極性部分）更好地接觸和反應，同時迅速生成大量的熱能，促使細胞破裂，使細胞液溢出來并擴散到溶劑中。

2.微波萃取優點  
微波是指頻率為300到300 000MHz 的電磁波，介于紅外線和無線電波之間。民用微波頻率一般采用2450MHz，所對應能量大約為0.96J/mol，能級屬于范德華力（分子間作用力）的范疇，與化合物鍵能相差甚遠。USEPA通過對17種稠環芳香碳氫化合物、14種苯酚類化合物、8種堿性、中性化合物以及20種有機農藥的研究認證了微波萃取法不會破壞任何被測分析物的分子結構。
微波與物質相互作用主要是兩種方式：極性分子(如H2O)在微波電磁場中快速旋轉和離子在微波場中的快速遷移，從而相互摩擦而發熱。微波加熱方式與傳統加熱方式不同，微波將能量直接作用于被加熱物質，空氣和器皿基本上不會損耗微波能量，這保證了能量的快速傳遞和充分利用。
很多研究者在微波萃取作用理論上還存在分歧意見，但是微波對極性物質的提取的優越性已得到了眾多研究者的肯定和支持。

微波萃取的優勢在于：
(1)選擇性好。微波萃取過程中由于可以對萃取物質中不同組份進行選擇性的加熱，因而能使目標物質直接從基體中分離。
(2)加熱效率高，有利于萃取熱不穩定物質，可以避免長時間高溫引起樣品分解。
(3)萃取結果不受物質水分含量影響，回收率高。
(4)試劑用量少，節能、污染小。
(5)儀器設備簡單、低廉，適應面廣。
(6) 理批量大，萃取效率高，省時。基于以上的優點，微波萃取被譽為“綠色分析化學”。