微波萃取原理特点影响因素
发展
1986年，匈牙利学者Ganzler K首先提出利用微波进行萃取的方法 [1] 。在微波萃取过程中，高频电磁波穿透萃取介质，到达被萃取物料的内部，微波能迅速转化为热能而使细胞内部的温度快速上升。当细胞内部的压力超过细胞的承受能力时，细胞就会破裂，有效成分即从胞内流出，并在较低的温度下溶解于萃取介质，再通过进一步过滤分离，即可获得被萃取组分。
原理
微波萃取的机理可从以下3个方面来分析 [1] [2] [3] ：
1）微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。由于吸收了微波能，细胞内部的温度将迅速上升，从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力，结果细胞破裂，其内的有效成分自由流出，并在较低的温度下溶解于萃取介质中。通过进一步的过滤和分离，即可获得所需的萃取物。
2）微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。例如，以水作溶剂时，在微波场的作用下，水分子由高速转动状态转变为激发态，这是一种高能量的不稳定状态。此时水分子或者汽化以加强萃取组分的驱动力，或者释放出自身多余的能量回到基态，所释放出的能量将传递给其他物质的分子，以加速其热运动，从而缩短萃取组分的分子由固体内部扩散至固液界面的时间，结果使萃取速率提高数倍，并能降低萃取温度，最大限度地保证萃取物的质量。
3）由于微波的频率与分子转动的频率相关连，因此微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的非离子化辐射能，当它作用于分子时，可促进分子的转动运动，若分子具有一定的极性，即可在微波场的作用下产生瞬时极化，并以24.5亿次/s的速度作极性变换运动，从而产生键的振动、撕裂和粒子间的摩擦和碰撞，并迅速生成大量的热能，促使细胞破裂，使细胞液溢出并扩散至溶剂中。在微波萃取中，吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取物质从基体或体系中分离，进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。
特点
加热迅速
传统热萃取是以热传导、热辐射等方式自外向内传递热量，而微波萃取是一种“体加热”过程，即内外同时加热，因而加热均匀，热效率较高 [4] 。微波萃取时没有高温热源，因而可消除温度梯度，且加热速度快，物料的受热时间短，因而有利于热敏性物质的萃取。
选择性加热
由于微波可对萃取物质中的不同组分进行选择性加热，因而可使目标组分与基体直接分离开来，从而可提高萃取效率和产品纯度。
高效节能
常规加热设备的能耗主要有物料升温的热损失、 设备预热及向外界散热的损失，后两项的热损失占总能耗的比例很大，使常规加热能量利用率较低 [4] 。 微波加热时，主要是物料吸收微波能，金属材料只能反射而不能吸收微波。 因此，微波加热设备的热损失仅占总能耗的极少部分。 再加上微波加热不需要高温热介质，绝大部分微波能量被物料吸收转为升温的热量，形成能量利用率高的加热特征，与传统的溶剂提取法相比，可节省50%~90%的时间。
易于控制
控制微波功率即可实现立即加热和终止，而应用人机界面和PLC可实现工艺过程的自动化控制。
安全环保
微波萃取过程中，无有害气体排放，不产生余热和粉尘污染。
伴随产生生物效应
微波加热过程中除产生热效应外，还可伴随产生生物效应( 非热效应) [3] 。 由于生物体内的水分是极性分子，在微波的交变电磁场作用下引起强烈的极性震荡，导致细胞分子间氢键松弛，细胞膜结构破裂，加速了溶剂分子对基体的渗透和待提取成分的溶剂化。
影响因素
萃取溶剂
萃取溶剂 、萃取功率和萃取时间等是影响微波萃取效率的主要工艺参数 [4] [1] 。萃取溶剂的选择对萃取结果的影响至关重要。微波萃取中首先要求溶剂必须有一定的极性，以吸收微波能进行内部加热；其次，所选溶剂对目标萃取物必须具有较强的溶解能力； 此外，还需考虑溶剂的沸点及其对后续测定的干扰。
溶剂的极性对于萃取率影响很大。 ①用于微波萃取的溶剂有：甲醇、丙酮 、二氯甲烷、正己烷 、苯和甲苯等有机溶剂 ；②硝酸、盐酸 、氢氟酸等无机试剂；③己烷-丙酮、二氯甲烷-甲醇和水-甲苯等混合溶剂。如用正己烷作溶剂，从薄荷和大蒜等生物物料中微波萃取精油；用正己烷- 酮 (1:1) 混合溶剂从土壤和沉积物中提取多环芳烃等有机污染物。
物料中的水分或湿度
物料的含水量对回收率影响也很大 [4] 。水是极性分子，因此物料中含有水分才能有效吸收微波能产生温度差。若物料不含水分，就要采取物料再湿的方法，使其具有足够的水分 。也可选用部分吸收微波能的半透明溶剂浸渍物料，置于微波场中进行辐射加热的同时发生萃取作用。有研究表明，以异辛烷为萃取剂分离沉积物中的杀虫剂时，样品水分为15%时微波萃取效率最高。
萃取温度
在微波密闭容器中，由于内部压力达到十几个大气压，使得溶剂沸点比常压下要高 [4] [1] 。因此，用微波萃取可以达到常压下使用相同溶剂所达不到的萃取温度，从而提高萃取效率，但又不至于分解待测萃取物 。萃取率随温度升高而增大的趋势仅表现在不太高的温度范围内，且各物质的最佳萃取温度也不同 。
萃取时间
微波萃取时间与被测物样品量、溶剂体积和加热功率有关 [4] [1] 。一般情况下，萃取时间在10～15 min内 。在萃取过程中，一般加热1～2 min 即可达到所要求的萃取温度 。有研究结果显示，萃取率随萃取时间延长而有所提高，但提高幅度不大，可忽略不计。
溶液的pH值
溶液的pH也会对微波萃取率产生一定的影响 [4] 。针对不同样品，溶液有一个最佳的用于萃取的酸碱度。从土壤中萃取除草剂三嗪时分别用NaOH、NH3-NH4Cl、HAc、NaAc和HCl调节溶剂pH值，发现当溶剂的pH值介于4.7～9.8时，除草剂三嗪的回收率最高。
