超临界流体制备超细微粒实验装置的设计

超临界技术是一种新的制备超细微粒的方法,与传统的方法比较,其制备条件温和,不需要和溶剂接触,生成的微粒粒径小且分布均一[1],对热敏性,易氧化的生物活性物质的微细化尤其适用,因此成为了国外研究的热点之一。目前超临界技术制备超细微粒,按照其实验原理可分为超临界溶液快速膨胀法(RESS)和超临界流体溶剂法(SAS),而SAS按照操作模式又分为液体分批模式(liquid batch operation),气体分批模式(gas batch operation)和连续模式(continuousoperation)[2]。

1　实验装置的设计

1.1　设计思路

超临界技术制备超细微粒,实验装置的建立是一个前提。无论RESS,还是SAS,实验装置建立的依据有两点:(1)符合各方法本身的原理,由于超临界状态是通过加压和升温获得,所以装置使用的材料有一定要求,必须耐高压和好的密封性。(2)应该尽量能够独立的控制实验过程中各种参数的影响。下面是装置设计过程中需要考虑的参数:RESS过程需要控制的参数以溶质结晶过程前后分类可分为预膨胀条件(preexpansion condtions)和后膨胀条件(postexpansion condtions),其中,预膨胀条件指提取压力Pe和提取温度Te,喷嘴的口径和长度,喷嘴温度Tn;后膨胀条件主要指晶体收集室的压力和温度。

SAS过程虽然分为液体分批模式,气体分批模式和连续模式,但其结晶的原理一样,都是因为液体溶剂由于和超临界流体混合而发生膨胀,溶解度急剧降低而使溶质结晶,所以其控制的主要参数基本相同,主要包括:结晶釜的温度Te和压力Pe;溶剂的选择;液体溶液的浓度。当然,在SAS液体分批模式中,结晶釜的升压速率是一个重要的参数,在SAS气体分批模式和连续模式中,喷嘴的选择是一个重要的参数。

1.2　实验平台的建立

图1就是自行设计的超临界流体装置的流程图,其基本物理参数如下:管道口径为6mm;提取釜(结晶釜)容量1升,温度由水浴控制,压力通过进口和出口阀门控制,数值由仪表直接读出。图1装置的物料入口有两个:进入阀门3的是经过了制冷和加压以后的超临界二氧化碳(前面装置已省略);经过了单向阀以后进入阀门5的是液体溶液,液体溶液经过此管道通过液压泵(已省略)打入萃取釜。

2　实验装置的解析

2.1　RESS过程的解析

进行RESS实验时,打开阀门3,阀门1,阀门7,阀门8,其余阀门都关闭,也就是取通道3-1-7-8。超临界二氧化碳经过阀门3,阀门1,进入提取釜,把提取釜中的物质提取出以后经过阀门8,通过喷嘴装置喷入结晶釜中,由于超临界二氧化碳快速泻压变成气体,被制备物质快速结晶析出在结晶釜中,结晶釜温度和压力为室温和大气压。A是喷嘴装置,B为喷嘴,C为加热套。在RESS实验中,喷嘴A是整个装置的核心,目前国外使用的喷嘴有烧结型[3],有毛细管型[4],下面对自行设计的喷嘴作进一步的解析。