Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Описание методов. Часть 12

Неинвазивные ультразвуковые измерения в настоящее время еще не получили широкого распространения из-за ограничений в технологии высокотемпературных преобразователей и обработки сигналов в реальном времени. Недавно были рассмотрены новые ультразвуковые методы для определения и контроля процессов в производстве (для связи структура-свойство), например, такие как ультразвуковая спектроскопия, которая используется для характеристики материалов. В большинстве экстракций, однако, в качестве основного параметра используется температура. Только в некоторых традиционных методах экстракции давление также играет определенную роль, но в большинстве случаев при нормальной температуре кипения. Был разработан ряд новых методов экстракции, которые имеют одну общую черту, а именно регулируемое давление. Это экстракция сверхкритической жидкостью (SFE), экстракция в микроволновой печи в закрытом сосуде (MAE), ускоренная экстракция растворителем (ASE) или усиленная экстракция растворителем (ESE) (впоследствии обе называются экстракцией жидкости под давлением, PFE) и горячая (подкритическая) вода под давлением извлечения (PHWE или SWE).

Если во время экстракции на растворитель оказывается достаточное давление, можно использовать температуры выше нормальной температуры кипения экстрагирующего растворителя. Растворимость, эффекты массопереноса и нарушение поверхностного равновесия являются основными причинами повышения эффективности экстракции жидких растворителей при повышенных температурах и давлениях. Более высокая температура увеличивает способность растворителей растворять аналиты, быстрее возникают скорости диффузии и улучшается кинетика. Кроме того, повышение температуры может нарушить сильное взаимодействие растворенного вещества с матрицей и снизить вязкость жидких растворителей, что обеспечивает лучшее проникновение для частиц матрицы. Давление также облегчает извлечение из образцов, в которых аналиты были захвачены в порах матрицы. Для образцов, в которых аналиты уже легко доступны, давление дает преимущество по аналогии с жидкостной хроматографией. Большинство экстракций растворителя под высоким давлением выполняется в диапазоне от +75 до +150 °C (SFE, MAE, PFE), но некоторые могут достигать температуры +250 и даже +300 °C (PHWE, SWE).

Например, коэффициент диффузии SCF является промежуточным между жидкостью и газом, а вязкость аналогична газу. Плотность SCF может быть изменена путем изменения давления, приложенного к жидкости, и может варьироваться от значения, которое проявляет газ, до значений, подобных жидкости, когда жидкость сжимается при высоких давлениях. Поскольку плотность SCF обычно в 100–1000 раз выше плотности газа и более сопоставима с плотностью жидкости, молекулярные взаимодействия могут быть сильными из-за коротких межмолекулярных расстояний. Следовательно, сольватирующие свойства аналогичны свойствам жидкостей, но имеют значительно меньшую вязкость и более высокие коэффициенты диффузии. Более низкая вязкость в 10–100 раз и более высокие коэффициенты диффузии в SCF в 10–100 раз по сравнению с жидкостями приводят к значительному увеличению массопереноса растворенных веществ при экстракциях с SCF по сравнению с обычными экстракциями с жидкостями. Поскольку сила растворителя SCF напрямую связана с его плотностью, сольватирующую способность SCF по отношению к конкретному виду можно легко изменить путем изменения давления экстракции (и, в меньшей степени, температуры). Более высокое давление при постоянной температуре увеличивает плотность и сольватирующую способность, тогда как более высокая температура при постоянном давлении уменьшает плотность и, следовательно, сольватирующую способность.

Короче говоря, SCF по существу представляет собой растворитель с непрерывно регулируемой мощностью. В качестве растворителя scCO2 эмулирует гексан при низких давлениях (плотностях) и метиленхлорид-ацетон-хлороформ при более высоких давлениях. «Настраиваемая» концентрация растворителей SCF делает возможной селективную экстракцию. Способность варьировать плотность жидкости и, следовательно, растворимость растворенного вещества путем регулирования температуры и давления — неоспоримое преимущество, ведь это нелегко сделать при обычной экстракции растворителем. О способности SCF растворять твердые вещества впервые сообщили Ханней и Хогарт в 1879 году. Позднее было установлено, что растворимость низколетучих органических растворимых веществ в SCF на порядок выше, чем ожидалось. Низкая вязкость и поверхностное натяжение SCF позволяют жидкостям входить в пористую матрицу, растворять данный компонент и выходить без каких-либо проблем, обычно связанных с жидкостями. Использование растворителей выше их нормальных условий температуры и давления, вплоть до сверхкритического состояния, расширяет спектр аналитических методов. Основы и применение SCF рассмотрены и описаны в многочисленной литературе.