Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Другие методы извлечения. Микроволновая экстракция. Часть 8

Фокусированная экстракция Сокслета с помощью микроволн (FMASE) представляет собой гибрид между MAE и традиционной экстракцией Сокслета. Процесс экстракции представляет собой обычную экстракцию с обратным охлаждением при температуре кипения растворителя при атмосферном давлении в открытом сосуде. В отличие от закрытых систем, в которых микроволновая энергия рассредоточена по всей печи, коммерчески доступные системы атмосферного давления основаны на использовании микроволн, которые фокусируются в емкости. Образец и растворитель вводятся в стеклянный контейнер, оборудованный конденсатором, для предотвращения потери летучих веществ и растворителя, и помещаются в защитную стеклянную оболочку. Микроволновое излучение (параметры: 2,45 ГГц, а также от 30 до 300 Вт) может взаимодействовать с растворителем на дне сосуда и точно фокусируется для повышения воспроизводимости. Органический растворитель кипятят с обратным охлаждением. Магнитное перемешивание образцов позволяет эффективно извлекать даже большие количества образцов. Типичные рабочие условия: 30 мл растворителя для экстракции 1–30 г образца.

В системе открытого типа отдельные сосуды для проб нагреваются последовательно. Концентрированные экстракты с использованием микроволн необходимо уменьшать до небольшого объема в несколько мл с помощью роторного испарителя. Принцип FMW включает нагрев как растворителя, так и матрицы за счет взаимодействия микроволн с веществом. Микроволновая энергия преобразуется в тепло с помощью двух механизмов: дипольного вращения и ионной проводимости. Таким образом, нагревание является селективным, к нему чувствительны только полярные или умеренно полярные соединения. Благодаря использованию низкой микроволновой энергии структура целевых молекул остается неизменной. Преимущества метода FMW заключаются в том, что выполняется однородная и воспроизводимая обработка образца (благодаря принципу фокусировки), достигается быстрый нагрев до температуры кипения (1 мин при 30 Вт). Также этот метод безопасный (атмосферное давление, нет опасности взрыва), не происходит разложения соединения (экстракция до точки кипения), он незначительно зависит от матрицы, а после экстракции не требуется охлаждение. Кроме того, отмечаются низкие требования к растворителям и значительная экономия времени (типичное время экстракции 10 мин).

Теперь рассмотрим процесс с использованием микроволновой печи, который в западной литературе обычно обозначают аббревиатурой MAP. В MAP микроволны (2,45 ГГц, 500 Вт) непосредственно нагревают экстрагируемый материал, который погружен в прозрачный для микроволнового излучения растворитель (например, гексан, бензол или изооктан). MAP радикально отличается от обычной работы по подготовке проб в аналитической лаборатории. Технология была впервые внедрена для жидкофазной экстракции, но была расширена до газофазной экстракции (анализ свободного пространства). MAP представляет собой относительно новую серию технологий, которые относятся к новым методам улучшения химии с использованием микроволновой энергии. MAP использует физические явления, которые принципиально отличаются от применяемых в современных методах подготовки проб. Ранее использование микроволновой энергии в качестве источника тепла, в отличие от резистивного источника нагрева, основывалось на способности селективно нагревать экстрагент над матрицей. Фундаментальный принцип MAP прямо противоположен. Он основан на том факте, что разные химические вещества в разной степени поглощают микроволновую энергию. В этом случае микроволны свободно проходят через прозрачный для микроволн растворитель и достигают матрицы, где они избирательно взаимодействуют (и нагревают) молекулы с высокой диэлектрической проницаемостью.

Локальный нагрев разрушает структуру матрицы и позволяет очень быстро извлекать материал. Обычно экстрагент выбирают таким образом, чтобы он был прозрачным для микроволн и, следовательно, оставался холодным, что важно для желаемых лабильных или летучих компонентов, снижает риск артефактов и разложения аналита. Однако, если допустим некоторый нагрев среды, она может быть частично прозрачной. Очевидно, что растворитель следует выбирать с учетом его способности растворять желаемый продукт. В результате избирательного приложения энергии прямо в полимерную матрицу, MAP является единственным процессом экстракции, который обеспечивает прямую миграцию требуемых компонентов из матрицы. В других процессах экстракции используется общий механизм действия, а именно случайная передача энергии контейнеру, экстрагенту и полимерной матрице. Затем экстрагент диффундирует в матрицу и солюбилизирует различные компоненты (например, Сокслета) или уносит их (например, перегонка с водяным паром) из полимерной матрицы. Таким образом, большинство процессов экстракции основаны на фундаментальной важности коэффициента диффузии, а природа таких процессов в значительной степени предотвращает селективную экстракцию.