استخراج با سیال فوق بحرانی روشی بر اساس به کارگیری حلال ها در دما و فشار بالاتر از نقطه بحرانی آن‌ها است. سهولت در تغییر شرایط عملیات به منظور افزایش قدرت حلالیت، این فن آوری را گزینه ای مطلوب برای بازیافت انتخابی چندین نوع ماده کرده است.ویژگی های فیزیکی سیال فوق بحرانی بین گاز و مایع است.(شکل 1) دانسیته نزدیک به مایعات دارد و ویسکوزیته و کشش سطحی آن نزدیک به گازها است.قدرت حلالیت سیال می تواند با تغییرات اندک در فشار و دما، به حد مطلوب برای استخراج ترکیب هدف یا ترسیب ماده حل شونده محلول در سیال فوق بحرانی برسد.
دی اکسید کربن فوق بحرانی
در گذشته فن آوری سیال فوق بحرانی به طور گسترده برای استخراج ترکیبات هدف از انواع ماتریکس ها در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی به کار رفته است.دی اکسید کربن، حلال اصلی بکار رفته در این روش است به ویژه زمانی مولکول هدف غیرقطبی باشد. به هر حال سیستم های آب زیر بحرانی نیز برای استخراج ترکیبات قطبی وجود دارد.نقطه بحرانی در آب بسیار بالا است (C ◦374 یا MPA 22/064) بنابراین آب زیربحرانی نمی تواند برای استخراج ترکیبات حساس به حرارت بکار رود.درحالی که دی اکسید کربن دمای بحرانی به نسبت پایینC ◦ 31/1 و فشار بحرانی پایین MPA 7/4 دارد.علاوه بر ویژگی های فیزیکی، دی اکسید کربن ایمن و با قابلیت خوراکی است و به طور گسترده و با قیمت به نسبت پایین و خلوص بالا در دسترس است.
اجرای عملیات
روش عمومی استخراج با سیال فوق بحرانی در سه فاز صورت می گیرد. در آغاز فرآیند استخراج، حلال فوق بحرانی به درون ماتریکس نفوذ می کند و مقاومت به انتقال جرم کاهش می یابد. پس از این مرحله ترکیبات محلول درون سیال فوق بحرانی حل می شوند و با پدیده انتشار ابتدا سطح مواد جامد انتقال می یابند و سپس وارد سیال فوق بحرانی می شوند. فرایند استخراج با انتقال ماده حل شونده به همراه فاز سیال و خروج از استخراج کننده پایان می یابد.طراحی اولیه تجهیزات به کار رفته برای استخراج با سیال فوق بحرانی در شکل (2) نشان داده شده است که شامل یک نگهدارنده حلال استخراجی ، یک پمپ برای اعمال فشار به سیال، یک آون حاوی ظرف استخراج، و یک محدود کننده برای حفظ فشار بالا درون سیستم است.
عوامل استخراج با سیال فوق بحرانی
ماده خام
مواد خام در اینجا منظور نمونه ای است که استخراج روی آن صورت می گیرد. به منظور استخراج با سیال فوق بحرانی نمونه ها به صورت جامد یا مایع به کار می روند و لازم است عملیات تا حدودی اصلاح شوند. در مورد نمونه های جامد، وضعیت فیزیکی نمونه ممکن است تاثیر زیادی داشته باشد.
فشار و دما (حلالیت)
یکی از مزایای سیال های فوق بحرانی تنظیم حلالیت آن است که به شدت وابسته به فشار و دما است. حلالیت بیشتر اجزاء سازنده در سیال فوق بحرانی با افزایش دانسیته بیشتر می شود که می تواند با افزایش فشار استخراج همراه باشد.
قطبیت (استفاده از کمک حلال)
چنانچه قبلا گفته شد، امروزه دی اکسید کربن به طور گسترده به عنوان سیال فوق بحرانی به کار می رود اگر چه قطبیت پایین آن کاربرد آن را برای استخراج ترکیبات با قطبیت پایین /آبگریز محدود می سازد.به منظور افزایش دامنه کاربردها، اغلب یک کمک حلال همراه با دی اکسید کربن فوق بحرانی به کار می رود.
استخراج ترکیبات زیست فعال با سیال فوق بحرانی
استخراج با سیال فوق بحرانی روشی کارآمد برای استخراج ترکیبات مقاوم به حرارت مانند کارتنوئیدها از ماتریکس جامد یا مایع با استفاده از دی اکسید کربن فوق بحرانی به عنوان حلال استخراجی است. بطور کلی ، دمای استخراج (C ◦60-40)، فشار (bar 400-300) زمان (min 120-30) سرعت جریان دی اکسید کربن (ml/min 5-1 ) عوامل بحرانی برای استخراج کارتنوئیدها با سیال فوق بحرانی هستند.
برای توضیحات بیشتر و دقیق تر این مقاله در شماره 37 «فصلنامه تخصصی دانش آزمایشگاهی ایران»، بهار 1401 منتشر شده است.
منبع: http://ijlk.ir