第一篇：分子印迹技术原理及其在分离提纯上的应用剖析
生物分离的新技术——分子印迹
—创新论坛—工业生物技术专家报告会
2008级生命学院3班微生物与生化药学专业
2008001243 宋汉臣
目 录
1分子印迹技术的原理与方法…………………………………………3
1.1 MIP的制备过程…………………………………………………………3 1.2制备MIP的方法………………………………………………………3 1.2.1预组装法——共价键作用…………………………………………4 1.2.2自组装法——非共价作用…………………………………………4 1.2.3 共价作用与非共价作用联合法……………………………………5 分子印迹技术在分离上的应用………………………………………5
2.1 MIP作为固定相的分离技术…………………………………………6 2.1.1MIP作为固定相分离天然产物………………………………………6 2.1.2MIP作为固定相检测食品中药物的残留…………………………7 2.2分子印迹膜(MIM)分离技术……………………………………………7
3问题与展望…………………………………………………………………8 参考文献……………………………………………………………………9摘要：分子印迹技术[1](Molecular Imprinting technique，MIT)是一种新的、很有发展潜力的分离技术。由于其具有选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等优点，分子印迹聚合物已广泛应用于生物工程、临床医学、环境监测及食品工业等众多领域，在分离提纯、免疫分析、酶模型以及生物模拟传感器等许多方面显示出良好的应用前景，引起了人们的广泛关注，其有望在三聚氰胺的快速痕量检测上发挥作用。
关键字：分子印迹 生物分离
分子印迹聚合物 前言：
分子印迹技术最初出现源于 20世纪 40年代的免疫学，当时Pauling[3]首次提出抗体形成学说为分子印迹理论的产生奠定了基础，1993年Mosbach等人有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道，使这一技术在生物传感器、人工抗体模拟及色谱固相分离等方面有了新的发展，得到世界注目并迅速发展。基于该技术制备的分子印迹聚合物具有亲和性和选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等特点,因此分子印迹技术在许多领域，如色谱分离、固相萃取、仿生传感、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离等领域得到日益广泛的研究和开发，有望在生物工程、临床医学、天然药物、食品工业、环境监测等行业形成产业规模化的应用。目前，全世界[3]至少有包括瑞典、日本、德国、美国、中国、澳大利亚、法国在内的 10多个国家、100个以上的学术机构和企事业团体在从事分子印迹聚合物的研究和开发。
分子印迹技术是近年发展起来的一种新方法[2]，它可为人们提供具有期望结构的性质的分子组合体。当体系中存在着模板分子时，功能单体可以通过聚合使这些模板分子以互补的形式固定下来。聚合后，模板分子可被除去，于是在这一过程中，体系变动的“快照”就可被“拍摄”或记录下来，此对模板分子具有“记忆”功能，再遇到模板分子时就表现出独特的识别性能。从而使获得的分子组装体能专一性地键合模板分子以及它的类似物。
1分子印迹技术的原理与方法
分子印迹技术是指制备对某一特定分子具有选择性识别能力的聚合物的技术。模板分子与功能单体相互作用形成超分子复合物，再在交联剂作用下形成聚合物；当在一定条件下除
[4]去模板分子后，即可得到分子印迹聚合物(MIP)。
[5]1.1 MIP的制备过程
MIP的制备过程主要由如下 4步构成：（1）印迹分子与功能单体通过共价或非共价键作用相互结合，形成印迹分子-单体配合物（图1步骤3）
（2）在配合物中加入交联剂，受引发剂、热或光引发，印迹分子-单体配合物周
围产生聚合反应。在此过程中，聚合物链通过自由基聚合将模板分子和单 体配合物“捕获”到聚合物的立体结构中。常用交联剂有：双甲基丙烯酸乙二醇酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三甲氧基丙烷、三甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯等。（图1步骤4）
[6]（3）洗脱印迹分子，得到印迹聚合物，形成含有与印迹分子形状和功能基团排列相匹配的空穴。分子印迹的3个过程可用图1来描述。（图1步骤5）因此MIP对印迹分子有“记忆”功能，对其具有高度的选择性。
图1分子印迹示意图(4)后处理。在适宜的操作条件下对印迹分子聚合物进行成型加工和真空干燥等后处理。所制备的分子印迹聚合物应具备良好的物理化学和生物稳定性、高吸附容量和使用寿命、特定的形状尺寸，以获得较高的应用效率。
[2]1.2制备MIP的方法
根据印迹分子和功能单体之间的作用可将制备MIP的方法分为以下三种： 1.2.1预组装法(Pre-organized approach)——共价键作用
共价键法是由Wullf等人创立发展起来的。该方法中印迹分子(目标分子)和功能单体以共价键的形式结合生成单体—模板配合物，单体—模板配合物于交联剂反应生成聚合物
[3] 后，进一步在化学条件下打开共价键使印迹分子脱离。此时形成的共价键既稳定又可逆，这似乎是相互矛盾的双重特性，所以注定了其生成的分子稳定性高、抗性好、选择性强，但产物的洗脱困难的特性。共价键法主要应用于制备各种具有特异识别功能的聚合物，如糖类及其衍生物、甘油酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物、香酮、醛类及甾醇类物质。1.2.2自组装法（Self-assembly approach）——非共价作用
非共价键法是由Mosbach等人发展起来的，即把适当比例的印迹分子与功能单体和交联剂混合，通过非共价键结合在一起生成非共价键印迹分子聚合物。非共价作用不必合成共价的单体-模板配合物，可在温和的条件下很快的将模板从聚合物中除去，拥有较快的反应速度，但这些也恰恰反映了非共价作用的缺点：选择特异性不强、生成的聚合物不稳定。此法主要应用于下列物质的分离中: 染料、二胺、维生素、氨基酸衍生物、多肽、肾上腺素功能药物阻抑剂、茶碱、二氮杂苯、核苷酸碱基、非甾醇类抗感染药莱普生和苄胺等。
共价键法和非共价键法的主要区别在于：单体与模板分子的结合机理不同，非共价键法中通过弱的相互作用力在溶液中自发地形成单体模板分子复合物，而共价键法是通过单体和
[3]模板分子之间的可逆性共价键合成单体模板分子复合物的，见(图13)。
图13 共价作用与非共价作用过程1.2.3 共价作用与非共价作用联合法
近来 Vulfson等人又发展了一种称之为“牺牲空间法(sacrificial spacer method)”的分子印迹技术。该法实际上是把分子自组装和分子预组织两种方法结合起来形成的方法，其制备过程如图 14所示。
[3]
图 14 牺牲空间法示意图模板分子与功能单体以共价键的形式形成模板分子的衍生物(单体—模板分子复合物)，这一步相当于分子预组织过程，然后交联聚合，使功能基固定在聚合物链上，除去模板分子后，功能基留在空穴中。当模板分子重新进入空穴中时，模板分子与功能单体上的功能基不是以共价键结合，而是以非共价键结合，如同分子自组装。那么整个过程也就是制备时模板分子与功能单体共价结合，反应时底物分子和聚合物非共价结合。这样就同时拥有了稳定性
高、抗性好、选择性强等预组装法过程的优点，和反应快，易分离的自组装法优点。
[7]2 分子印迹技术在分离上的应用
MIP具有良好的操作稳定性和特异的识别性质，不受酸、碱、热、有机溶剂等各种环境因素影响的特点。MIP的印迹分子范围广阔，MIP的最重要的用途之一就是用于分离混合物，MIP用于分离中最主要的用途之一是作为色谱固定相，并已用于高效液相色谱(HPLC)、毛细管电色谱(CEC)、以及薄层色谱(TLC)分离中，还用于膜分离、固相萃取等重要分离技术。2.1 MIP作为固定相的分离技术
分子印迹固相萃取具有：对目标物能选择性吸附；能耐高温高压、耐有机溶剂；重复使
[8]用次数高等优点。自从Sellergren于1994年将MIPs用于戊脒的固相萃取以后，基于MIPs的固相萃取(MISPE)技术已被广泛应用于药物、生物、食品、环境样品分析，作为监测药物生物大分子、烟碱、除草剂、农药、硝基酚等的前处理 2.1.1MIP作为固定相分离天然产物
天然产物有效成分含量低，难于富集；体系复杂，大分子和小分子、生命和非生命物质共存，存在结构相近的异构体，分离纯化难度大；许多天然产物具有热敏，易水解等特点。将MIP应用于中药成分的分离纯化就是以待分离的化合物为印迹分子(也称模板、底物)，制备对该类分子有选择性识别功能的MIPs，然后以这种MIPs作为吸附材料用于中药成分的分离纯化。其最大的特点是分子识别性强，选择性高，成本低，而且制得的MIPs有高度的交联性，不易变形，有良好的机械性能和较长的使用寿命，这无疑是一种高效的中药有效成分分离技术。
[9]尹艳凤等以大黄素分子为模板,甲基丙烯酸为单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,甲苯和十二醇为混合致孔剂,在优化的合成条件下制得的分子印迹整体柱能有效地分离大黄[10]素及其类似物。程绍玲将MIP用于葛根提取物的分离，有效地从葛根提取物中分离出葛根素、大豆苷元和大豆苷，并且所得产品中葛根素纯度为78％，收率为83％，远要高于普通
[11]大孔吸附树脂对葛根提取液的分离结果。雷启福等制备了以没食子儿茶素没食子酸酯为模板分子，采用本体聚合法制备了分子印迹聚合物，研究了其特异的分子识别能力，利用聚合物的高选择性和结合能力，对茶叶提取物茶多酚中有效成分进行固相萃取剂分离富集，实现了产物的色谱分离检测。
[12]长春碱与长春新碱具有很高的理化相似性很难分离，冯建涌等将制备的长春碱（VLB）分子印迹聚合物填充于固相萃取小柱中，用甲醇:冰醋酸（6：4，v/v）为溶剂抽提聚合物，抽提后的聚合物通过氢键等非共价键作用能特异性地吸附模板分子VLB，而对VLB的结构类似
[13]物长春新碱没有选择性。向海艳以白藜芦醇为模板分子合成了对天然活性物质白藜芦醇具有较好选择性的MIPs，对白藜芦醇有较高的吸附性能和选择性：将虎杖提取物经白藜芦醇MIPs固相萃取，得到主要含白藜芦醇及少量结构与其相似的白藜芦醇苷组分，显示出分子印迹分离法在中药有效成分分离纯化中可喜的应用前景！2.1.2MIP作为固定相检测食品中药物的残留
食品安全性问题日益突出，食品中农药、兽药残留等问题已对环境造成污染，给人类带来危害，最近的三聚氰胺事件再一次为食品检测敲响警钟。许多食品样品的基体和组成相当复杂，被分析物处于痕量状态，易受到干扰。MIP具有优越的识别性和选择性。我国非常重视此项技术的研究和发展，“十一五”开局的2006年，国家863计划将分子印迹技术在食品中农药、兽药残留检测领域的应用作为重点技术进行支持，并以现代农业技术领域专题的形式进行立项。
乐果是一种高效广谱性杀虫杀螨剂,具有强烈内吸和触杀作用,对害虫击倒快，对人、畜
[14]毒性较高。2007年北京化工大学的Lv Yongqin“研究了以杀虫剂乐果(dimethoate)为模板分子制备乐果印迹聚合物，并用该印迹聚合物装填的固相萃取柱对茶叶中的农药乐果进行 6 了分离纯化，获得了满意的效果，加标的乐果样品在MISPE柱中的回收率达100%。农药精喹禾灵是一种新型的具有光学活性的芳氧苯氧基丙酸酯类除草剂，具有高效低毒、使用安全等优点。自1995年在我国实现工业化生产并投入应用以来，得到了迅速发展和广泛应用。虽然其毒性较小，但仍对人畜有一定的毒副作用，尤其对藻类、鱼类毒性较高，而且能在土
[15]壤、环境水、果实中残留。阿布力克木·阿布力孜等采用分子印迹技术合成了对农药精喹禾灵有高选择性的印迹聚合物。该聚合物以精喹禾灵为模板分子，甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈(AIBN)作为自由基引发剂。以Scatchard分析表明，精喹禾灵与MAA形成两类不同的结合位点，离解常数分别为33Kd1=810mol/L和Kd2=1.34×l0 mol/L表明该聚合物对精喹禾灵呈现出高的选择性，可以作为快速检测精喹禾灵残留的方法。
动物性食品中残留的甾醇激素对人们的身体健康具有潜在的危害，成为食品安全领域的[16]研究热点。朱秋劲等，研究了分子印迹技术对奶粉样品中残留的痕量17—β一雌二醇的检测。该聚合物采用沉淀法聚合，以三氟甲基丙烯酸作单体和三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯作交联剂。用MISPE柱和商品C一18柱对4种固醇标准液(孕酮、17一α一雌二醇、17—β一雌二醇、雄(甾)烯二酮)和奶粉中提取的17—β一雌二醇的吸附性能作比较，实验结果表明：用MISPE柱吸附量为3．612 mg/g，而用C一18柱吸附量为2.617mg/g，而且MISPE柱的重现性达85.5%。研究表明：分子印迹聚合物对奶粉类的复杂生物样品中的痕量17—β一雌二醇分离
[17]纯化的效果优于商品C一18柱。王慧等应用分子印迹方法合成了对青霉素有特异性吸附能力的印迹聚合物PenG-MIP，在牛乳中的吸附平衡时间为6h．在牛乳中青霉素印迹聚合物对青霉素表现出高特异性。用一定量颗粒吸附处理含有青霉素的牛乳。实现分子印迹技术用于牛乳中青霉素残留的快速定量检测，检测下限为5μg/L或以下，结果准确度高，操作简便，且PenG—MIP颗粒可以反复使用，极大的降低了检测的成本。
以上两种关于牛奶中化合物的分子印迹检测法，对现在牛奶中三聚氰胺的快速痕量检测方法的发明具有指导意义！2.2分子印迹膜(MIM)分离技术
[18]分子印迹膜(MIM)是一种兼具分子印迹技术与膜分离技术的优点的新兴技术，近年来已成为分子印迹技术领域研究的热点之一。目前的商品膜如超滤、微滤及反渗透膜等都无法实现单个物质的选择性分离，而MIM为将特定目标分子从其结构类似物的混合物中分离出来提供了可行有效的解决途径；MIM作为一种分子印迹技术，可具有分子特异识别能力，同传统粒子型MIPs相比，MIM具有无需研磨等繁琐的制备过程，扩散阻力小，易于应用等独特的优点；同时比一般生物材料更稳定，抗恶劣环境能力更强，在传感器领域和生物活性材料领域具有很大的应用前景；将MIM应用于分离领域，由于其具有连续操作、易于放大、能耗低、能量利用率高等优点，可在医药、食品、化工和农业等行业的分离、分析与制备过程中实现“绿色化学”生产。
[19]Mathew-KrtozJ和Shea KJ报道了选择性运输和分离中性分子的模板聚合物膜的制备技术。以 9-乙基腺嘌呤为模板，将反应混合物的N，N-二甲基甲酰胺溶液涂在硅烷化的玻璃切片上，在 65～ 70℃和氮气保护下聚合制备出MAA和EDMA基体的聚合物膜，用甲醇洗去模板分子，在一个H型双层液池中进行膜运输实验，结果表明腺嘌呤的流通量明显大于胞嘧啶和胸腺嘧啶，腺苷的流通量大于鸟苷，这种运输是腺嘌呤和膜中结合位点可逆结合和交换的结果。而且膜的稳定性和机械强度明显优于生物膜。这是分子印迹技术在生物膜仿生中一个突破性进展，给分子印迹聚合物的研究增添了新的生命力。
异丙酚为临床上广泛应用的烷基酚类短效麻醉剂，及时监测其血药浓度对指导临床用药[20]有重大的意义,李魏嶙用紫外光照射的方法制备异丙酚分子印迹复合膜，为今后监测异丙
[21]酚的血药浓度奠定基础。张春静、钟世安采用多孔醋酸纤维膜为支撑体，制备了奎宁分子 7 印迹复合膜，并对膜的选择结合性及分离性能进行了研究．研究结果表明，奎宁分子印迹复合膜对模板分子奎宁具有较好的选择结合性，奎宁在膜上结合量达到20．6μmol/g，奎宁/辛可宁的分离因子则为5．6；膜透过实验表明辛可宁透过奎宁分子印迹复合膜速率远大于奎宁的透过速率，该透过机理符合膜渗透的“溶解-扩散”模型。3问题与展望
尽管目前分子印迹技术发展的速度比较快，而且也得到比较广泛的应用，但仍然存在许多问题：
(1)分子印迹过程和分子识别过程的机理和表征问题、结合位点的作用机理、聚合物的形态和传质机理不明确。(2)目前使用的功能单体、交联剂和聚合方法都有较大的局限性。尤其是功能单体的种类太少，以至于不能满足某些分子识别的要求，这就使得分子印迹技术远远不能满足实际应用的需要。
(3)目前分子印迹聚合物大多只能在有机相中进行聚合和应用，而天然的分子识别系统大多是在水溶液中进行的，如何能在水溶液或极性溶剂中进行分子印迹和识别仍是一大难题。
(4)目前能用于分子印迹的大多是像药物、氨基酸和农药这样的小分子，而像多肽、酶和蛋白质这样的大分子虽有报道，但并不多见。
分子印迹技术最大的特点是分子识别性强，选择性高，成本低，而且制MIPs有高度的交联性，不易变形，有良好的机械性能和较长的使用寿命，这是别的方法技术所不能比拟的，另外分子印迹技术在痕量检测方面的杰出表现，预示着其必然能在食品、药品的快速检测有很大的作为。相信不久的将来就会有三聚氰胺的分子印迹快速检验被发明，还会有各种各样检验有毒物质的分子印迹快速检验试剂出现在市场上！
综上所述，分子印迹技术作为一种新兴的化学分析技术，已经引起普遍关注，我们相信，随着人们进一步的研究与开发，必将在以上领域取得新的进展。
参考文献
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第二篇：计算机分子模拟技术在石油化工领域的应用
计算机分子模拟技术在石油化工领域的应用
摘要:计算机分子模拟技术自九十年代初以来发展迅速,在新材料的设计开发领域已成为一种十分重要的方法和工具,从产品设计方法学来说,也是一种卓有成效的革命。本文介绍了该技术在石油化工领域的高分子材料、分子筛催化剂以及油品添加剂产品设计开发方面的应用现状及发展前景。
关键词:分子模拟,分子建模,高分子,分子筛催化剂,添加剂
一、前言
计算机分子模拟技术在材料科学领域的应用至九十年代初进入一个新的阶段,它不仅能提供定性的描述,而且能模拟出分子体系的一些结构与性能的定量结果。计算机模拟使得理论物理学家、实验化学家、实验物理学家可以直接在计算机屏幕上模拟逼真的分子运动图象。分子力场、模拟分子体系算法及计算机软硬件的发展为分子模拟方法的发展奠定了坚实的基础。
分子模拟技术集现代计算化学(ComputationalChemistry)之大成,包括量子力学法、MonteCarlo法,分子力学法及分子动态法等。分子模拟法是用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为,进而模拟分子体系的各种物理化学性质。分子模拟不仅可以模拟分子的静态结构,也可以模拟分子的动态行为(如氢键的缔合与解缔、吸附、扩散等)。分子模拟法可以模拟现代物理实验方法还无法考察的物理现象与物理过程,从而发展新的理论;研究化学反应的路径、过渡态、反应机理等十分关键的问题;代替以往的化学合成、结构分析、物性检测等实验而进行新材料的设计,可以缩短新材料研制的周期,降低开发成本。
分子模拟法不但可以模拟分子体系中的物理问题和化学反应过程,也可以模拟分子体系的各种光谱(如晶体及非晶体的X光衍射图,低能电子衍射谱等等)。光谱的模拟可以使我们能够更合理地解释实验结果,进行产品(如新型分子筛)的结构解析。
进入九十年以来,分子模拟技术在分子筛催化剂、高分子材料及其它固体化学、无机材料研究开发领域的应用已非常广泛,许多大公司如MOBIL、Shell、Dow、EXXON等积极应用分子模拟技术来推动高分子材料、分子筛催化剂的研究开发工作。
二、分子模拟技术在分子筛催化剂研究开发领域的应用 1.研究沸石催化剂的吸附和扩散性质
鉴于沸石在分离方面的重要地位,以及吸附是研究沸石结构的一种工具,有关沸石吸附方面的文献是大量的,而沸石的扩散性质对确定沸石催化剂能达到的优异选择性是十分重要的,在以前由于缺乏进行预测的理论根据,每一个有研究价值的体系的扩散系数必需通过实验测定[1]。
分子模拟技术的发展及应用,为研究沸石催化剂的吸附和扩散性质、温度对扩散系数的影响、选择合适的沸石结构及进行精细调节提供了优良的工具。
对寻找可以用于形态选择性反应的可能的催化剂这方面的工作来说,一种高效的方法是建立沸石和被吸附分子的计算模型。采用分子图形法(moleculargraphics)可以很快在计算机屏幕上显示出各种反应物或产品的分子与候选的(candidate)沸石孔的形状与尺径的匹配程度[2],用量子力学[3-5]或分子动力学[6]研究沸石内的分子扩散可以提供对所显示的分子图像的证明。
线性双烷基萘是一种在生产液晶高分子以及其它特殊高分子材料过程中有重要作用的中间体,2,6-DIPN可通过萘和丙烷在酸性固体催化剂的作用下进行萘的丙基化获得,然而,无定形的酸性固体催化剂生产出等量混合的异构体2,6-和2,7-DIPN[9],二者的分子平均分布十分相似,要分离它们很困难,费用很高。2,6-和2,7-DIPN在分子形态上的不同足以使它们在某一指定沸石中的扩散速率产生足够大的差异。文献[7]在SGI工作站上用INSIGHTⅡ软件[10]对可能的沸石进行检索,研究发现,丝光沸石的孔径形态和2,6-异构体的匹配要比与2,7-异构体的匹配好得多,对2,7-异构体存在足够大的势垒,而2,6-异构体可以很顺利地通过。文献[7]还将计算和预测的结果与各种催化剂催化萘异丙基化的反应结果进行了对比,证实了计算结果的可靠性。
苯与聚丙烯的烷基化反应是一个重要的石油化工过程,其产物异丙基苯用于酚与酮类产品的合成中,传统的工业化过程使用AlCl3或“固体磷酸”催化剂,在安全性、腐蚀及废物处理等方面存在诸多问题,避免这些问题的一个有效途径就是使用分子筛催化剂。最近几年已经开发出了一些这样的催化剂如FAU,MOR及β沸石等等,.Millini[8]采用MSI软件的SolidsDocking模块计算了异丙基苯和该反应的副产物在上述分子筛中的能量最低的扩散路径,上述所有分子筛均显示出了对产品的形态选择性。
沸石的三维网状结构为气体的分离提供了一个理想的场所,对于某一具体的分离过程应该可以从大量的已经很成熟的可能结构的沸石中找到一种满足分离效率的要求,这种搜索的传统方法的实验工作量是很大的。文献[11]应用Cerius软件中的Sorption模块预测氧气和氮气及氮氧混合气在沸石中的吸附等温线,为搜索可能的沸石结构提供了一种快捷、耗资少的方法。该研究发现Li-X是一种理想的氮气优选吸附剂,可用于生产纯净的氧气。
非均相催化开始于有机分子在催化剂表面的吸附。在吸附过程中,催化剂和有机分子的形态(shape)会因为吸附剂与吸附质之间的非键合相互作用均会发生改变,这种改变在产生吸附中心及影响系统的反应动力学起着至关重要的作用。ZSM-5沸石在吸附二甲苯过程中,其空间结构将从单斜晶变化成斜方晶[12],文献[13]用Cerius的Sorption模块模拟了对位和间位二甲苯分别在T,M和O-ZSM-5沸石上的吸附过程。2.沸石结构的解析
分子模拟方法可以将建模技术和分析实验方法紧密结合起来,衍射数据、组成及几何特征数据、孔的坐标及体积数据、EXAFS和固体NMR数据可以从原子水平的模型直接模拟出来。上述模型的变化对模拟谱图的影响可由结构和分析数据之间的动态联系直接控制。扫描电子显微镜、电子衍射和高分辩率晶象测定的晶粒的形态学性质也可以用原子水平的模型直接模拟。通过分子模拟技术,可以在屏幕上观察到晶体结构的不断变化、模拟的衍射曲线和实验曲线的不断拟合。红外光谱和拉曼光谱等晶体振动光谱的模拟,可以表征晶体的构象及原子间相互作用的特征[14,15]。
沸石材料的骨架结构的几何特征及拓扑特征的识别对于理解它们在催化和分离过程中的行为是至关重要的。由于大部分新合成的沸石为粉状,其结构的解析用传统的单晶X射线技术难以实现,需要由粉末X射线衍射或粉末中子衍射技术来进行结构解。分子模拟技术可以用来对从X射线衍射数据得到的沸石结构模型进行精修以产生精确的模型,文献[16]报道了分子模拟技术应用于该领域的工作,并给出了利用分子模拟软件Cerius确定沸石骨架结构的几何特征过程的流程图。3.新型分子筛的设计
由于分子模拟技术在综上所述的各个方面对分子筛催化剂研究开发工作的卓有成效的帮助,它已经成为分子筛催化剂专家们手中重要的、甚至是必不可少的先进工具。分子模拟技术作为工具至少可以在以下几个方面对新型分子筛的设计提供有效的支持:(1)利用分子模拟软件中的分子筛数据库中提供的已知的分子筛结构及其有关参数考察现有分子筛是否符合所要解决的具体问题的要求,使搜索可能的分子筛结构的速度大大提高而费用大大减少。
(2)利用分子模拟技术可以从多个方面确定分子筛的框架结构并对其进行精修,可以得到晶胞参数,原子位置,原子占有率,温度因子等性质,如利用与已发表的结构或模拟实验数据进行结构精修;利用Rietveld方法,通过对比实验X-Ray衍射数据进行结构精修;利用距离优化法(DLS)进行结构精修。
(3)利用分子模拟技术可以对任意建造的分子筛结构预报其稳定性及相应的参数,分子筛设计专家可以在计算机屏幕上进行新型分子筛的设计。
(4)利用分子模拟技术可以进行分子筛光谱波谱的模拟及其结构的表征与解析。
(5)利用分子模拟技术可以很直观很方便地“观察”到分子筛的吸附散现象以及温度等因素对吸附的影响,可以考察分子筛催化剂的催化机理,有目标地设计新型高效的分子筛催化剂。
三、分子模拟技术在高分子材料研究开发领域中的应用 1.研究弹性材料的结构和性质
计算机模拟目前在弹性材料(elastomericmaterials)的结构表征和性质(性能)的解析及预测方面起着越来越重要的作用[18-20],其在该领域中的应用主要包括以下几个部分:(1)对表现出可逆转弹性性质(reversibleelastomericproperties)的材料的开发而进行的对凝胶过程(gelationprocess)的模拟,其目的在于充分表征溶胶相(solphase)的量和构成以及凝胶相(gelphase)的结构以预测它们的模量(moduli)[21,22]。
(2)对多环分子(macrocyclicmolecules)的立体构像的模拟,尤其是对其“孔径”的表征,可用以预测其在端连接过程中的捕获效率[23]。
(3)高聚物的结晶目前也是一个引人注目的研究方向。Windle等[24]发展了一些模型来模拟含两种可结晶组分的共聚物的链的序列。Madkour[25,26]用MonteCarlo法研究了二甲基硅氧烷和二苯基硅氧烷的共聚结晶。
(4)某些高分子材料因其具有很好的透气性能而被考虑应用在气体分离工作中,考察的高分子材料有无定形聚乙烯(PE)和聚二甲基硅氧烷(PDMS),参见文献[27,28]。
(5)研究共聚物的结构和性能的关系。Subramanian等[29]用分子模拟技术研究理想的支化的乙烯-丙烯共聚物(EPcopolymer)的结构,发现和线性共聚物相比,支化共聚物具有较小的回转半径,和溶剂的相互作用较小,粘度较低。EP共聚物经常被用于调整各种润滑剂(如内燃机油)的粘温性能[30],该项研究具有很强的实用价值。
2.高分子共混体系的预报
通过共混的物理方法得到具有工程上要求的特定物理性质的高分子材料而无须再去进行具有类似性质的共聚物的设计。目前,尚没有简单可循的方法来判断哪些高分子能够共混,从经验上可以提出很多共混的高分子组份的方案,要从实验上(包括化学合成,结构鉴定和物性检验等环节)寻找有效的方案,费用很大。用分子模拟的方法来判断哪些高分子能够共混,会极大地缩短所用的时间,整个过程可分为两个部分,其一是用分子模拟技术来评价各方案的可行性,其二是优化的几个方案的实施[31]。
3.催化剂选择性的设计
分子模拟技术可以建立催化剂中心与反应分子相互作用的模型,计算出各种取向的构型之间的能量差,能量低的其存在的几率大于能量高的,由此可以评价、筛选各种设计方案,得到对催化剂选择性机理的正确认识,得到优秀催化剂设计方案的可靠选择。(1)Ziegler-Natta催化剂和金属茂催化剂
文献[32]介绍了用于丙烯等规(isotatic)聚合的Ziegler-Natta催化剂的分子模拟设计,利用电子结构从头计算技术结合经验力场分子动力学技术,研究了环桥1,2-亚乙基双茚基锆Ziegler-Natta催化剂的定向性;基于外消旋1,2-亚乙基双茚基锆和外消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂的等规立构实验观测结果可以和计算结果相吻合;提供了内消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂的无规立构性质;报导了模拟修正后的外消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂对等规立构度的影响(增加或减少)。
近来有关分子动力学在有机金属化学中的应用的报道包括不少对环戊二烯基类化合物的研究[33-36]。对于这类化合物,最近的研究包括用于连接金属的处于Cp环中心的模拟原子(pseudoatom)[35,36]。
EniChem的Longo等[43]利用MSI的DMOL模块研究了基于金属茂催化剂的烯烃聚合反应的机理,得出了许多重要的结论。(2)INSITE技术中的分子结构控制
单一活性中心催化技术的出现导致了一系列新的聚合物的产生,它对产品开发的新途径的进一步开拓,正在改变着塑料工业的现状。作为MSI分子模拟软件主要用户之一,Dow公司结合分子模拟技术,近年来开发了INSITE技术[37],并用该技术开发生产了AFFINITY聚烯烃塑性体系列(POPs)和ENGAGE聚烯烃弹性体系列(POEs)。
Dow的INSITE技术主要由两种方法结合而成,其一是并行开发技术[38](concurrentdevelopmentapproach),其二则是分子结构控制(moleculararchitecturecontrol)。Dow的分子结构控制技术可以使得设计者打破原有的设计规则,控制所用的分子的类型(如支化长链,支化短链,Mw分布等)。将这种分子设计和过程动态控制结合起来,可以使设计者直接制造出高分子而勿需采用工业应用中原有的失败-尝试法,可使材料科学家用模型方法探索新的结构-组成关系,开发新产品,缩短开发周期。4.分子光谱波谱的模拟
对非晶体衍射(如玻璃体)的衍射图已达到很精确的程度,可以用于确定分子链内的构像特征[39]。用粉末晶的衍射曲线来确定分子晶体的结构已成为现实。NMR谱作为X射线等其它分析方法的重要补充已被广泛应用于测定分子的溶液结构,这一工作的数据量很大,应用分子模拟技术,将其和多维光谱分析技术结合起来以形成一种集成系统,可以方便高效地进行数据处理和更准确地预报结构。
分子动态模拟法的发展为模拟真实的分子体系的振动光谱奠定了坚实的基础。分子动态模拟法可以按时间序列描述分子的每个原子的运动轨迹,从而模拟分子的各种层次上的运动行为,可以预报分子的振动频率、谱带的强度,还可以模拟谱带的形状。分子模拟法可以计算多分子体系、非晶态分子、溶液体系、表面或界面上分子的光谱[40]。
四、分子模拟技术在添加剂研究开发领域的应用
分子模拟技术在一定程度上可以应用于油品添加剂的设计开发工作中。油品添加剂种类和产品很多,随着工程技术的进步而提出的要求,油品添加剂的新产品还在不断涌现,利用分子模拟技术,可以辅助新产品的开发;可以;预测其物理与化学性质。其中,研究添加剂的结构对性能的影响可由分子模拟领域的三维QSAR分析技术来实现。
QSAR技术近年来发展迅速,该技术虽然是针对药物分子设计而开发的,但因其卓越的分析化合物结构与性能关系的统计分析能力和计算化合物分子各种结构性质的大量有效的工具和方法,已逐步从药物分子设计领域渗透到其它的产品设计领域,如配方(formulations)、润滑剂、添加剂设计领域。QSAR的全称是“定量的结构-活性关系”(QuantitiveStructureActivityRelationship),当前的QSAR研究工作集中于开发一些理论和方法以将构像和分子的形态(shape)的物化性质带入QSAR开发过程中,由此而导致了可比较的分子场分析技术(CoMFA)、分子形态分析技术(MSA)以及接受体模型方法(ReceptorModel)的开发和发展,这种类型的QSAR被称为三维QSAR。另外,GFA(GeneticFunctionAnalysis)技术为研究结构-组成关系提供了一种新的高效的遗传函数分析方法,该方法可以快速生成统计上合理的一组结构-性能模型,而不是一个模型,这样就可以发现那些其它技术发现不了的关系[41]。如为防止油井管因无机沉淀物的生长而导致管道堵塞,Bendickson[42]等应用Cerius2的QSAR+模块研究了24种聚合物对抑制碳酸钙和磷酸钙晶体生长的作用,对Calgon公司在这一领域12年的研究成果进行了极为有效的总结,成功地描述了防垢剂的结晶抑制过程。另外还有一些应用QSAR的成功报道,如判断洗涤剂的流变学性质、聚合物的熔态粘度、防锈剂的开发等等。
第三篇：新型分离技术在化工生产中的应用
新型分离技术在化工生产中的应用
摘要：本文主要介绍了膜分离技术、超临界萃取技术、分子蒸馏技术、耦合分离的技术原理及应用
关键词：化工分离、分离工程、膜分离、萃取、吸附分离
引言：化工分离技术是化学工程的一个重要分支, 任何化工生产过程都离不开这种技术，原料的精制、中间产物以及产品的分离提纯、废气废水的处理等等，都离不开化工分离技术。化工分离技术应用领域广泛、分离要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性。精馏、萃取、吸收、吸附等都是传统的化工分离技术，无论是技术还是应用方面都发展得很成熟。然而，随着基础工业和高科技的发展，分离技术越来越面临着新的挑战：石油、天然气、煤炭等资源的不可再生要求分离过程必须充分得利用资源，降低能耗；迅速发展的生物医药工程对产品纯度、活性等指标的限制对分离技术提出了更高的要求；由环境保护意识的增强提出的各种废弃物排放限制越来越严格也给分离技术带来了难题；此外新材料的开发、食品工业和天然资源综合利用等领域的迅速发展也对分离技术提出了更高的要求。所有这些需求都推动了人们对新型化工分离技术的探索。
正文：
国内外对分离技术的发展十分重视，但由于应用领域十分广泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性。按机理划分，可大致分为五类，即：生成新相以进行分离（如蒸馏、结晶）；加入新相进行分离（如萃取、吸收）；用隔离物进行分离（如膜分离）；用固体试剂进行分离（如吸附、离子交换）和用外力场或梯度进行分离（如离心萃取分离、电泳）等。现在运用较多且有很大发展前景的新型分离技术有超临界流体萃取技术、分子蒸馏技术和膜分离技术。
1超临界流体萃取技术及其应用
超临界流体萃取是一种以超临界流体代替常规有机溶剂对目标组分进行萃取和分离的新型技术，其原理是利用流体（溶剂）在临界点附近区域（超临界区）内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动来实现分离的。超临界流体具有一系列重要的性质：
1）超临界流体相当粘稠，其密度接近于液体，具有较大的溶解能力；
2）超临界流体的扩散系数比液体大23个数量级，其粘度类似于气体，远小于液体。这对于分离过程的传质极为有利，缩短了相平衡所需时间，大大提高了分离效率，是高效传质的理想介质；
3）具有不同寻常的、巨大的压缩性，使得压力的微小变化将会引起流体密度和介电常数的很大变化。
由于二氧化碳具有无毒、不易燃易爆、廉价、临界压力低、易于安全地从混合物中分离出来，所以是最常用的超临界流体。相对于传统提取分离方法（煎煮、醇沉、蒸发浓缩等）具有以下优点：萃取效率高、传递速度快、选择性高、提取物较干净、省时、减少有机溶剂及环境污染、适合于挥发油等脂溶性成分的提取分离。1.1 超临界流体萃取技术特点
1）由于在临界点附近，流体温度或压力的微小变化会引起溶解能力的极大变化，使革取后溶剂与溶质容易分离。
2）由于超临界流体具有与液体接近的溶解能力，同时它又保持了气体所具有的传递性，有利于高效分离的实现。
3）利用超临界流体可在较低温度下溶解或选择性地提取出相应难挥发的物 质，更好地保护热敏性物质。
4）萃取效率高，萃取时间短。可以省却清除溶剂的程序，彻底解决了工艺繁杂、纯度不够、且易残留有害物质等问题。
5）萃取剂只需再经压缩便可循环使用，可大大降低成本。
6）超临界流体萃取能耗低，集萃取、蒸馏、分离于一体，工艺简单，操作方便。7）超临界流体萃取能与多种分析技术，包括气相色谱、高效液相色谱、质谱等联用，省去了传统方法中蒸馏、浓缩溶剂的步骤。避免样品的损失、降解或污染，因而可以实现自动化。1.2 超临界流体技术之应用 1）中药制药
中药有效成分、有效部位的提取。利用超临界二氧化碳萃取技术来提取丹参、干姜、木香、姜黄、莪术、牡丹皮等中药中的有效成分，一步即可取得，含量一般可达50%，最高可达90%。中药新药的生产。柴芩菊感冒胶囊、口疮泰软胶囊等都是以多种中药材为组成成分，通过超临界二氧化碳萃取技术萃取而获得。
中药的二次开发或浓缩回收。超临界二氧化碳萃取分离改良复方丹参片、心痛宁滴丸的分离技术，使得药品有效率明显提高。2）农产品加工
由于超临界流体萃取技术在农产品加工中的应用日益广泛，已开始进行工业化规模的生产。例如：原西德、美国等国的咖啡厂用该技术进行脱咖啡因；澳大利亚等国用该技术萃取啤酒花浸膏；欧洲一些公司也用该技术从植物中萃取香精油等风味物质，从各种动物油中萃取各种脂肪酸，从奶油和鸡蛋中去除胆固醇，从天然产物中萃取药用有效成分等等。迄今为止，超临界二氧化碳萃取技术在农产品加工中的应用及研究主要集中在五大方面： 第一，农产品风味成分的萃取，如香辛料、果皮、鲜花中的精油、呈味物质的提取； 第二，动植物油的萃取分离，如花生油、菜籽油、棕橱油等的提取；
第三，农产品中某些特定成分的萃取，如沙棘中沙棘油、月见草中(一亚麻酸、牛奶中胆固醇、咖啡豆中咖啡碱的提取；
第四，农产品脱色脱臭脱苦，如辣椒红色素的提取、羊肉嬗味物质的提取、柑桔汁的脱苦等； 第五，农产品灭菌防腐方面的研究。
2分子蒸馏技术
分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，在极高真空下操作。它是根据不同物质其分子运动有不同的平均自由程这一物理特性而达到分离的目的，因而能使液体在低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离。
由于其具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，因而能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护了热敏物料的品质。与常规蒸馏相比，具有明显地优点：分离程度比常规蒸馏的高，蒸馏压强极低，蒸发温度低，受热时间短等。2.1 分子蒸馏技术的主要特点
1）分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作的；
2）分子蒸馏是在很低的压强下进行操作，一般为×10-1Pa数量级(×10-3托数量级)，可使物料避免氧化受损；
3）物料受热时间短，避免了因受热时间长造成某些组分分解或聚合的可能； 4）分子蒸馏的分离程度更高，能分离常规蒸馏不易分开的物质； 5）无毒、无害、无污染、无残留，可得到纯净安全的产物；
6）可进行多级分子蒸馏，适用于较为复杂的混合物的分离提纯，产率较高； 7）特别适合于不同组分分子平均自由程相差较大的混合物的分离； 8）更适用与对热敏感、产物附加值高的粘性物料； 9）可与超临界流体技术和膜分离技术等配合配套使用。2.2 分子蒸馏技术之应用
分子蒸馏技术主要在农产品加工中应用广泛，且工艺日趋成熟。1）天然维生素E的浓缩精制
为避免植物油加工过程中维生素E的损失，通常采用直接提取法，即脱胶、脱酸后进行分子蒸馏，制得的Ⅶ浓缩物可以达到药典指标。对油脂脱臭馏出物中的天然维生素E的进行浓缩精制，成品有机农药残留很低，安全f生和氧化稳定性提高，成品附加值很高。
2）高碳脂肪醇的精制
二十八烷醇等高碳脂肪醇因对人体具有众多生理活性而倍受人瞩目，若应用分子蒸馏精制，可有效地避免溶剂残留，工艺过程简单，操作安全可靠，自动化程度高。
3）风味物质的获取
分子蒸馏技术尤其适用于易挥发的风味物质。目前已经成功地应用涂膜式分子蒸馏技术和降膜式分子蒸馏技术从果汁、山核桃、奶酪、扇贝及调味大料油等香辛料中分离获取了香气成分，分离出的香气浓缩物还原性好。
4）DHA和EPA的富集
根据EPA和DHA的沸点高低不同，运用分子蒸馏法分离富集。分离脂肪酸甲酯和乙酯的效果比分离脂肪酸的效果更好。
5）食用植物油的提取
运用分子蒸馏技术从葵花籽、红花籽、黄豆、花生、麦胚、棕榈、苏籽、鳄梨、可可豆等中提取的食用植物油脂，话性成分含量高，氧化稳定性强，磷含量低，着色度低，无臭味，回收率高，且不存在溶剂萃取法的溶剂分离回收问题。
6）胡萝h素的回收
红棕榈油中含有0．昕％的胡萝卜素，将红棕榈油在低温下用甲醇甲酯化后，用三级分子蒸馏回收胡萝卜素，可获得40％以上的天然胡萝卜素，且其质量要优于传统方法得到的胡萝卜素。
分子蒸馏技术还可应用于其他食品加工过程，如(一3不饱和脂肪酸的浓缩、牛奶内酯的获取、二聚脂肪酸的制取、米糠中有效成分的分离等。
3膜分离技术
膜分离技术是人们掌握的最节能的物质分离和浓缩技术之一。近二十年来发展极其迅速, 已从单独的海水与苦咸水脱盐、纯水及超纯水的制备、工业用水的回用, 逐步拓展到环保、化工、医药、食品等领域中, 发展前景备受关注。目前工业化的膜技术主要有微滤、超滤、纳滤、电渗析、膜电解、气体分离等。
微滤主要从气相和液相物质中截留微米及亚微米的细小悬浮物、微生物、微粒、细菌等, 以达到净化和浓缩的目的。膜孔径大约0.1μm，其分离的实质是利用膜的“筛分”功能，通过颗粒的机械截留、颗粒间的相互作用、颗粒与膜表面的吸附、颗粒间的桥梁作用实现分离。
超滤主要用于分离液相物质中诸如蛋白质、核酸聚合物、淀粉等大分子化合物、胶体分散液和乳液等。膜孔径在10-100nm，其分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程。
纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行，是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。膜孔径在1-10nm，纳滤膜的分离机理模型目前的看法有：空间位阻-孔道模型，溶解扩散模型、空间扩散模型、空间电荷模型、固定电荷模型。
反渗透广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业，产水质量高，运行成本低、无污染、操作方便、运行可靠，是现代工业中水处理的首选技术。反渗透又“高滤”，膜孔径小于1nm，其过滤实质是利用反渗透膜具有选择透过溶剂而截留离子物质的性质，分离过程以静压差为推动力。
目前膜分离技术在许多方面得到广泛应用，而且在某些方面应用得还比较成熟。在对产品质量要求不断提高、生产成本要求不断降低的今天，膜技术的优势越来越明显, 其必将取代传统的低效分离技术。但膜分离技术的大量应用毕竟是近几十年开始的，许多方面还不成熟，还有待进一步深人的研究，目前还存在诸如选择性问题、通量稳定性问题和产值问题。4耦合分离技术
两种或多种不同的单元操作耦合或结合在一起并用于分离的过程的方法，即为耦合分离技术。近年来诸如催化剂精馏、膜精馏、吸附精馏、反应萃取、络合吸附、反胶团、膜萃取、发酵萃取、化学吸收和电泳萃取等新型耦合分离技术不断发展, 并成功地应用于生产。
总结
目前，各新型分离技术日新月异，已逐步走向工业化，并在中药制药、农产品加工、环境治理与保护等多领域的综合技术。由于受工艺技术和仪器发展水平的限制，我国对这些技术的应用研究还只是刚刚起步，要赶上国际先进水平还有待于进一步的努力。
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第四篇：浅谈多媒体技术在军事领域上的应用
浅谈多媒体技术在军事领域上的应用
〔内容摘要〕
科学技术在军事上的运用是推动军事变革和发展的主要因素，20世纪70年代以来兴起的信息技术革命势不可挡地推动着世界军事的发展。“军事多媒体牵引技术的发展”是世界各主要军事强国长期坚持的一项政策，多媒体技术的主要作用是缩短用户与计算机之间的距离，提高最终用户的使用能力。其在部队的作战、训练和武器装备管理等方面显得日益重要。文章主要对其在军事信息分析、武器装备研制生产和应用、军事模拟仿真训练、作战指挥、军事部队教育训练、武器库保安监控等方面的作用进行了简要的分析。
〔关键词〕多媒体技术,CI,多媒体系统，多媒体技术军事发展前景
前言：
自从1984年APPLE公司推出世界上第一台具有多媒体特性的计算机一一MACINTOSH计算机以来，多媒体技术就一直活跃地发展着。在十七次中央政治局集体学习中，总书记提出要“改变机械化战争的思维定势，树立信息化战争的思想观念”使“信息化”成为军事创新和变革的核心，也使得计算机多媒体技术发展成为军事发展的核心，其在军事上的应用已经成为军事信息革命的新热点。正文：
多媒体技术是当今信息技术领域发展最快、最活跃的技术，是新一代电子技术发展和竞争的焦点。融计算机、声音、文本、图像、动画、视频和通信等多种功能于一体,能够方便、实时、有效地处理数据、文字、图
[1]
3形、声音等多种信息。
目前,多媒体技术在军事领域中的应用主要有以下几方面: 1多媒体技术在军事信息分析中的应用
在现代战争中，信息能成为一个非常重要的概念，主要得益于全世界信息产品的广泛应用和信息技术的不断进步。而信息在军事中代表什么呢？与民用的信息概念有所区别，大范围意义上军事中的信息包括：双方的军事情报、战场上的各种数据参数、双方的资源配置。从某一个具体的场合来看，信息包括有各种武器具体的参数、动态获得的参数、探测设备所获得的信息等。这些原始的信息在运用多媒体处理之前，指挥员分析起来较为困难，有时会因此而耽误战机，而运用多媒体技术对所获得的数据、文字、图形、声音等多种介质信息参数进行方便实时有效地综合处理，抽象的信息就会变得具体明了，一目了然，指挥员就能更好地分析敌情，并迅速作出正确的判断，定下战斗决心。
现在许多国家都在努力实现国防部门对本国现有的许多大型数据库的现代化和集成化，为此，人机对话的“灵境环境”成为了一个重要的方面。例如：军事地理系统中，如果在地图的屏幕上移动军标，那么便可以在另一个窗口上看到实际的相应的地理情况，还可以听到实际的声音。这种全景化的、交互化的地理系统既不同于3D生成的技术环境，也不同于平面抽象的地图，真正使军事人员有“身临其境”的感觉。美军将多媒体应用在地理信息系统上，该系统能够从不同的方面和角度观察实际地形和地貌，一方面是军事侦查，利用高分辨率遥感影像获取热点地区的情报，另一方面是军事地图，利用测绘卫星获取的遥感影像进行立体测图，获得军事地图。数字化地图库与传感器图像相结合，能快速而精确地确定目标位置以及各种地形地貌条件。此外，在多媒体装备信息管理系统、多媒体后勤支援系统、情报信息管理系统、和科研信息管理系统中，都采用了多媒体技术，从而大大提高信息管理工作的质量。[2]2多媒体在武器装备的研制、生产及应用中的应用
多媒体制导技术在现代战争中是一种主要的作战技术，已成为打击对方目标的主要方式［3］，多媒体技术能使制导武器与所获取的信息紧密结合在一起，大大增强打击的威力。在武器装备研制生产过程中,由于采用了多媒体数据和模型可视化技术,使武器的研制与生产周期大大缩短,产品质量得到提高,差错率大大降低。比如在巡航导弹防御第一论证阶段，通过演示来探索对付超视距巡航导弹的作战能力；美国陆军在推出著名的“爱国者”导弹的时候也大量采用了多媒体技术，大大提高了这种导弹在实战中的可靠性。在战斗机驾驶员座舱中，由于采用了多媒体综合控制技术，有效地减小了驾驶员的紧张心理，提高了作战反应能力。
再比如多媒体技术和人工智能技术相结合, 给第三代机器人一一军用智能型机器人的研制技术带来新的突破。这种机器人的模式识别能力得到很大的提高, 可以自动识别战场环境、武器类别, 并能听懂人的声音。由于机器人在恶劣环境(如核、生、化)监侧、深海作业、排雷等急、难、险、重任务中能够发挥常人所无法替代的作用, 因此世界各国都很重视发展智能型机器人。
3多媒体在军事模拟和仿真中的应用
所谓军事模拟和仿真，就是在军事方面进行建模，然后利用仿真的技术进行模拟战局、战略、战术的方法。这种方法应用系统论的观点，并且利用数学建模和多媒体技术等多种建模方法。在实践中的军事模拟对于军事作战的指挥有着很大的指导作用。这方面的典型应用有作战指挥自动化(CI)系统,其它如多媒体作战对抗模拟系统、多媒体作战指挥远程会议系统、虚拟战场环境等也都大量采用了多媒体技术。3.1多媒体在CI系统中的重要应用
CI是指挥（Command）、控制（Control）、通信（Communication）、情报（Intelligence）等词的英文缩写，这个系统也就是军队自动化指挥33
3[4]系统［5］。该系统产生于20世纪70年代，是一个以计算机为核心的，集收情报、传递信息、指挥决策与战术控制为一体的高效作战指挥系统。因为现代高技术战争使战场成为陆、海、空、电、磁五位为一体的战场，战场上各种兵种及武器系统之间就需要密切联系、协同作战。而多媒体应用于CI系统中，可以有效、迅速地向各级指挥官提供丰富的信息，以保证指挥人员正确做出决策，有效实施指挥控制。这使得CI系统在现代战争中成为军队的神经中枢，它与电子战装备、精密制导武器一起构成了克敌制胜的三大法宝。它主要由侦察探测系统、通信系统、指挥系统和战术控制系统等四个部分组成。侦察探测系统借助于卫星等高技术手段，探测和跟踪监视敌方飞机、导弹和军队，为国家军事指挥机构提供所需要的准确情报；通信系统凭借数字化技术，建立一个上至国家最高军事指挥机构下至基层作战组织的通信网络，使战场上的联络、调动、指挥简单易行快捷准确；指挥决策系统是一种自动处理信息系统，能够快速将搜集到的情报分类、比较、判定，并制定出作战方案，为指挥机构提供高效率的参谋服务。战术控制系统则以前3个系统为依托，能在极短的时间内使有关的力量进入战备状态，并将部队部署到一个特定的区域，使决策指挥与作战几乎同步。
CI除了可以实时地将战场的态势形象直观地表现出来，供指挥官分析以便做出决断，还可以利用多媒体网络实现异地协同工作的环境，从而使处于不同地点的不同指挥所的指挥官能够“面对面”地商讨协同作战的问题，共同制定完善的作战方案，并实施作战指挥。最后还可以利用多媒体技术来方便地进行战场的管理。它可以真实地记录作战全过程的指挥控制情况，以备查询、检索，用来总结作战经验和教训。对于一个国家来说，应用CI系统，使得各种兵种和武器系统之间的作战协同更加完善、周密，使部队的行动节奏和反应能力大幅度提高，使武器装备的打击能力更为强大，从而在整体上有效地提高了国家军事力量的水平。以美国全球战略的CI系统为例，一旦有国家发射洲际导弹，它的预警卫星系统能在60-90s33
333内探测到，并在3-5min之内判断是否对自己构成威胁，如果判定威胁存在，其指挥决策系统将迅速制定作战方案并进行作战模拟，而且可以在1min内使所有的武器力量进入战备状态。3.2美军作战仿真网络SIMNET 该系统是一个分布式广域网多媒体仿真系统。这个系统将分布在美国和德国11个城市的设备和人员用计算机网络联接成一个大的系统。该系统包括了约260个地面装甲车辆仿真器和飞机飞行模拟器以及通信网络、指挥所和数据处理设备等。之后又在SIMNET的基础上研发了分布式交互仿真技术,范围扩展到包括陆、海、空各军兵种武器平台综合仿真环境,实现了体系对抗仿真。
系统在分布交互仿真、网络接口与通信、仿真客体的表现形式和数据传输、火力与兵力的计算生成等方面大量采用了多媒体技术与虚拟现实技术。使“作战”参与者可以看到在地面行进的坦克和装甲车,在空中飞行的直升机、歼击机和导弹,在水面和水下游弋的舰艇，可以看到坦克行进时后面扬起的尘土和被击中时燃烧的浓烟，可以听到飞机或坦克的隆隆声由远而近,并能从声音辨别出目标的方向和速度。总之,在作战或实战演习中的各种能被人感知的信息均被系统以多媒体综合处理与表现形式再现出来,形成了一个逼真的战场环境。4多媒体是作战指挥的“倍增器”
伴随着战争指挥形态的进化，军队的指挥体制也发生了根本性的变革，多媒体技术在军队通信领域所引发的最大变化是使军事通信实现了从“传话筒”到“倍增器”的质变。在火力制胜的战争中，军事通信始终只是战争中独立于武器装备之外的一种保障手段，是作为战场情报和指挥信息的“传话筒”，虽然重要，却不起主导作用；而在信息制胜的战争中，[6]军事通信已经发展成为一体化信息武器装备的重要组成部分，成为直接融入指挥控制系统的重要元素，以网络为代表的军事通信无疑成了军队战斗力的“倍增器”。比如在军事指挥中，利用电子白板模拟军事环境，既可以插入地图并对其编辑、放大、缩小，也可以插入视频、图像等军事资料，超清晰图像显示结合非凡互动功能精确无误传递各环节信息；同时以印天电子白板精准的定位和在复杂环境下同样稳定的特性，对军事指挥非常有利，即便突遇变化或因客观条件急需调整方案，也可即时在动态的摸拟阵地上划出多种行军路线进行讨论分析，从中挑选出最佳策略。如图1所示：
图1 再比如纪元液晶交互式一体机集电脑、电子白板、液晶电视、功放音响功能为一体，这种互动平台将传统的地图数字化，使指挥员能够更直观地了解地形、水文情况，辅助以各种标号，为指挥员完成战略部署讨论、战术设定提供了强大的技术支撑。
4.1作战指挥系统中多媒体调度系统的重要作用
军队的整体指挥体系逐渐地趋向扁平化，改变了过去指挥命令层层下达的方式，而是一步到位的将指挥命令传递到最前端。这就对现代通讯系统提出了新的要求，使指战员的战斗指令能够安全、清晰、快捷地传递到阵地的最前沿。多媒体调度系统，在军队的整体作战指挥系统起着愈加重要的作用，成为军队传达指挥命令的重要手段和工具。从军队的具体应用来看，多媒体指挥调度系统主要具备以下特点：
（1）实战和演习中可将指挥调度控制网反馈出的图片、视频、数据供给指挥中心或其他人员了解情况，实现多控制中心的协同可视化调度。
（2）突发情况下，单兵可通过配备车载调度系统的应急通信车配备的车载卫星系统或发射出的无线网络直接或间接(以应急通信车为中介)地将所获得的信息传给指挥中心。或配备车载调度系统的通信车自身组成临时指挥中心，方便及时了解处理现场情况。
（3）在军队驻地分散的情况下通过IP网络开展通讯与监控完美融合的视频化军事会议。
（4）可以进行营房/边防的视频监控与在哨岗监控、边防巡检遇到突发情况时的视频联动功能。5多媒体在教育及训练中的作用 5.1多媒体技术在教学方面的应用
运用多媒体技术导入课目，一方面能调动官兵的学习训练兴趣。比如根据教育训练的内容，在上课前若把本节课的重要内容和上次的教育训练课目，用PowerPoint等工具制作成动画幻灯片，用多媒体电脑演示出来，不仅节约时间，而且给官兵以极大的吸引力，加深官兵的印象，特别是那些需要简单提示一下的教育训练内容，若把简单的问题以设问等题型展示出来，官兵的兴趣就能被调动起来了。另一方面利用多媒体技术可展示动态效果，增强教育训练的效果。通过精心设计的动画、插图和音频等，能使抽象深奥的内容以简单明了、直观的形式表现出来，更好地帮助官兵思考各内容间的联系，加深官兵对本内容的理解。计算机的动态变化还可以将形与武器装备有机结合起来，把运动和变化展现在官兵面前，使官兵由形象的认识提高为抽象的概括，这对官兵掌握各种新式武器的使用、操作和维护或各种战术的运用，将起到事半功倍的效果。例如，在组织官兵学习军用地形学时，把河流、山脉、平原地、丘陵地等地形用多媒体技术制作成动画，官兵就能很快地掌握有关的地形地貌的名称和形状，在实地也能很快判断各种地形。
比如，1992年，英国皇家海军推出了一套“护卫舰教学演示系统”，它供人们参观学习。该系统可以演示护卫舰的各个部位和舱室，见习者可以“走进”需要参观的舱室或者“登上”某层甲板的某个位置，当需要讲解细节的时候，则可以从菜单上请出一位军官做详细的讲解。在这个系统中，见习者还可身临其境地查看各类武器的结构组成与性能指标，以及控制武器系统的运动与发射，还能充当指挥员调出敌方的资料。这个系统在训练新兵或者是参观介绍方面都成倍地提高了效率，而且其功能大大超过了传统的教学。而现在，多媒体的教学训练系统技术更加完备，功能也更加强大，成为各国军方重点发展的一项多媒体技术。5.2军队院校中的多媒体网络教学系统
采用多媒体技术和网络技术,适应现代教育思想、教育理论和教育模式的“军队院校多媒体网络教学系统”,已投入运行。系统采用交换式以太网、多级树状星型拓扑结构,由三部分组成:(1)控制台子系统是整个系统的指挥调度部件,教师用其控制课堂的教学活动,系统的大部分功能都是通过它来完成的。
(2)教师机子系统是系统的主体用户--教师操作的部件,主要用于完成教学演示课件的运行,以及诸如实物投影仪、电子白板等工具的运行。
(3)学生机子系统是系统的客体用户--学生操作的部件,主要完成教学信息的接收及电子举手功能等。
该系统从全面培养人才素质入手,设计并实现了网络教学平台、网上常用操作、课件管理等三个方面的系统功能。系统通过网络将传统机房或电脑教室的微机、各专业教室的电化教学设备联成一个整体,从而实现了各种软件教学资源共享。网络与全军和国家教育科研网联网后还可以利用网络上各院校、科研单位和友邻单位的教学成果，进行网上远程教学和异地同步训练。
5.3军事训练中飞行模拟器的作用
多媒体技术使以往许多只有在战场和实兵实装训练场上才能获得的训练经验与训练效果，可以在作战仿真实验室中取得，促使了作战理论、训练实践和最后战斗力的形成。比如现代军用飞机是多种高科技技术集于一身的武器装备,其高性能的动力装置、精确的导航系统及复杂的电子系统要求飞行员必须具备精湛的驾驶技术，但是在真实飞机上训练驾驶员耗资大,又受到空域场地的限制,多年来人们都采用飞行模拟器代替真实飞机来训练飞行员。
如图2所示是多媒体飞行模拟器运行的效果图，它既能够达到预期的训练效果，同时还能够节省开支、保障飞行训练的安全。
[4]
图2飞行模拟器
它由下列四部分组成:(1)座舱系统 具有和真实飞机(所仿真的飞机)一样的布局。(2)视景系统
为飞行员提供座舱外的前视景象,包括机场跑道、田野、建筑物、灯光、河流、道路、地形地貌等。还能模拟天气的能见度、雨、雪、云等气象条件以及昼夜景象、空中及地面的活动目标的图像,使飞行员有身临其境的感觉。
(3)运动系统
为飞行员提供了动感。通常采用六自由度伺服液压系统将整个座舱托起,模拟飞机飞行中的各种姿态。
(4)计算机系统
是飞行训练系的核心,其模拟训练软件具有对多媒体信息进行综合、实时交互、控制、表现等多种处理的功能,是一个典型的高档多媒体计算机系统。
飞行模拟器是最早,也是最全面地运用多媒体技术的典型系统之一，由于其巨大的经济和军事效益而得到了迅速发展，目前我国有关单位也已研制出了多种型号飞机的飞行训练系统。5.4多媒体导弹仿真训练系统
它充分体现了多媒体技术的集成性和交互性,使操作手摆脱了第一代训练仿真器单调乏味、以字符文本为主的交互方式,代之以生动逼真的实弹仿真操作控制台和操作训练环境,使训练人员能以更直观生动、方便的方式完成教学训练任务。该系统由三部分组成:(1)操作模拟子系统
采用触摸屏模拟实际操作面板。模拟面板上显示了实际操作面板的各种开关、按钮与扳键等操作部件和系统的各种仪表、指示灯等反应体部件的图像。
(2)环境仿真子系统
逼真地显示或再现了实际操作现场的场景及各种音响效果。(3)导弹原理与结构子系统
以多媒体形式供教员和指挥员对部队战士进行基础知识训练,是交互式课件系统。系统研制中采用了面向对象的设计方法,所研制的系统软硬件稍加修改即可用于其它以操作面板为主的训练器材中去。6多媒体在部队武器库管理中的保安监控作用
多媒体视频监控报警技术的成功开发，出现了新一代智能化视频监控系统，成为众多传统电视监控系统更新换代的目标，更是新装保安监控系统的必要选择［7］，如图3所示为连接多媒体智能视频监控报警系统示例图。利用多媒体视频监控报警系统来管理部队武器库，较好地防止武器被盗，有效地增强了武器管理的安全系数。
图3 多媒体视频监控技术一方面实了现最适合人们需求的人.机界面，即在处理图像、数据、声音等信息时使人们的感觉极其自然，从根本上改变了人与系统设备的交互操作方式。运用多媒体技术将电视监控系统的传统设备和计算机完整地结合在一起，不仅大大增强和完善了系统的监控功能，而且彻底改变了武器管理、官兵传统的工作条件与工作方式。另一方面，多媒体数字视频报警是智能化信息处理技术在电视监控领域的应用，如上图所示，它是多媒体视频监控报警技术的典范，它将多媒体监控和数字视频报警完整地集成在一起，还可以复合多种传统的传感器报警技术，真正成为安全防范的高度智能化系统。它除了可采用传感器报警以外，特别利用数字图像处理技术，进行数字视频报警。它采用摄像机作为报警探头，首先将摄像机获得的视频信号进行数字化，然后采用实时数字图象处理技术对数字化图像进行分析、处理。当检测到监视区域内有动目标时给出报警信号，采用计算机多媒体技术和语音合成技术，对报警现场图像进行存储并给出报警地点的语音提示，大大提高了报警的可靠性，方便了报警后的处理工作，增强了部队武器库的管理。7军事娱乐与游戏
随着多媒体技术的发展,许多高档的军事型电子游戏光盘软件纷纷出现。操纵各种战斗机的空战、驾驭舰艇的海上大战、反空袭的地空大战、两军对峙的坦克大战等,栩栩如生的画面、绘声绘色的场景使人们在消闲中学到了现代军事技术和知识。发展前景：
在军事领域中,多媒体技术的应用已从武器模拟仿真领域发展到作战指挥、军事信息工程、教育训练、武器装备革新至办公自动化等各个方面,在图像制导、智能武器方面也有很多关键性的应用。并且我们应看到,多媒体技术还是一门新兴技术,无论在其基础理论技术还是开发方法或工具平台等方面都还处于逐步发展完善之中,也还有许多难题需要攻关解决。随着越来越多的军事技术人员投身于多媒体技术的理论研究和实际应用中来,在不远的将来,多媒体技术在军事领域中的应用水平必将迈上一个新的台阶,多媒体技术必将全面渗透到军事技术中去。〔参考文献〕
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第五篇：超临界CO2萃取技术原理以及在食品分析中的应用
超临界CO2萃取技术原理以及在食品分析中的应用 超临界流体萃取技术(Supercritical Fluid Extraction)是近30年发展起来的一种新型分离技术，由于其具有操作方便、能耗低、无污染、分散能力高、制品纯度高、无溶剂残留等优点，被称为“绿色分离技术”。超临界CO2萃取技术主要应用于香料、食品和医药工业，对于一些用常规方法难以提取及纯化的物质，该方法更能显示其独特的优势。本论文介绍了超临界CO2萃取技术分离原理、主要优点及发展现状，分析该技术在应用中常遇到的问题，对其发展前景进行了展望。
超临界流体和超临界流体萃取技术原理
随着环境的温度和压力变化，任何一种物质都存在三种相态-气相，液相，固相，三相成平衡态共存的点叫三相点.液，气两相成平衡状态的点叫临界点.在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力，不同的物质其临界点的压力和温度各不相同.超临界流体(Super Critical fluid，简称SCF)是指温度和压力均高于其临界点的流体，常用来制备成的超临界流体有二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯，水等.物体处于超临界状态时，由于气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，所以称之为「超临界流体」。超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低黏度，低表面张力的特性，如表1所示，使得超临界流体能够迅速渗透进入微孔隙的物质.因此用于萃取时萃取速率比液体快速而有效，尤其是溶解能力可随温度，压力和极性而变化。超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的.当物质处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，黏度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍，因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来。
在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小，沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。同时超临界流体的密度，极性和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，利用预定程序的升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压，升降温的方法使超临界流体变成普通气体或液体，被萃取物质则自动完全析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取与分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理。
超临界流体萃取技术在食品分析中的优势
① 萃取能力强，提取率高。用超临界CO2提取食物中有效成分，在最佳工艺条件下，能将所需提取的成分几乎完全提取，从而大大提高产品收率及资源的利用率。同时，随着超临界CO2萃取技术的不断进步，把超临界CO2萃取扩展到水溶液体系，使得难以提取的强极性化合物如蛋白质等的超临界CO2提取已成为可能；
② 萃取能力的大小取决于流体的密度，最终取决于操作过程的温度和压力。改变其中之一或同时改变，都可改变溶解度，可以有选择地进行食物中多种物质的分离，从而可减小杂质，使有效成分高度富集；
③ 超临界CO2萃取的操作温度低，能较完好地保存食物中各种营养成分不被破坏，不发生次生化，因此，特别适合于那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取；④ 提取时间快，生产周期短。超临界CO2提取循环一开始，分离便开始进行。一般提取10分钟就有成分分离析出，2~4小时左右便可完全提取，同时，它不需浓缩等步骤，即使加入夹带剂，也可通过分离功能除去或只需简单浓缩；
⑤ 超临界CO2提取，操作参数容易控制，因此能保证有效成分及产品质量的稳定性；⑥ 超临界CO2还可直接从混合食物中提取不同部位或直接提取浸膏进行筛选，大大提高营养物质的筛选速度。同时可以提取许多传统方法提不出来的物质；
⑦ 超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品的质量；
⑧ 超临界CO2萃取应用于分析或与GC、IR、MS、LC等联用成为一种高效的分析手段，将其用于质量分析，能客观地反映食物营养中有效成分的真实含量
具体分析实例展示
超临界CO2流体萃取技术虽然在食品工业中仅有20-30年的应用历史，但其发展十分迅速。在日本，通过超临界CO2流体萃取技术加工特种油脂已实现工业化生产。在欧美国家，该项技术在食品工业中也得到了广泛的应用。目前，我国超临界CO2流体萃取技术已逐步从研究阶段走向工业化。而且，该技术主要应用在食品风味与油类物质的提取、食品脱色除臭及灭菌防腐等，如啤酒花、沙棘籽油、小麦胚芽油、卵磷脂、辣椒红色素的提取以及大蒜酶失活、大蒜SOD保留、咖啡碱的脱除及羊肉去膻昧等。下面列举一些近期该技术在食品工业中的应用实例。
茶叶咖啡碱的脱除
茶叶中富含的咖啡碱，约占茶叶干物质重的2%～5%，茶浓缩液和速溶茶中的咖啡
碱含量则更高。
咖啡碱对人体的新陈代谢有着广泛的影响，有些是有利的，有些是不利的，过量摄入咖啡碱对人体的健康不利。近年来，低咖啡碱或脱咖啡碱茶及其制品已在欧美国家行销，使得从茶叶中脱除咖啡碱的技术越来越受到重视。超临界CO2流体萃取技术因其高选择性、无有效成分损失与劣变、无有机溶剂残留，体现出明显的优势。随着萃取时间的延长、操作压强的增大、操作温度的提高和浓缩液浓度的降低，会导致绿茶浓缩液中咖啡碱的脱除率增大，应确定的较佳工艺参数：操作压强为30MPa、操作温度为56℃、萃取时间为4h和浓缩液浓度为20%。
大豆磷脂
大豆磷脂是精炼食用大豆油时得到的一种粘稠的含油很高的毛磷脂，油脂占30%～40%，磷脂占60%～70%。虽然其营养价值高，但直接用于医药却较困难，而不含油的纯磷脂在食品、医药及化妆品等行业已得到广泛的应用，所以提取高质量的磷脂越来越引起人们的重视。提取大豆磷脂的方法虽很多，但用超临界CO2提取尚属首次。
大蒜油
大蒜是人们生活中的重要调味品，其主要风味物质与生理活性物质是大蒜油。大蒜油在国内外广泛应用于软饮料、冰淇淋、糖果、调味料、焙烤食品、肉类和保健食品及保健药品，因此高质量、高产率大蒜油的提取是大蒜深加工的重要课题。临界CO2萃取大蒜油工艺与普通萃取法相比萃取率高，产品品质好，具有很好的应用前景。
超临界CO2萃取大蒜油的最佳工艺条件：萃取压力为14～16Mpa，萃取温度为34～36℃，CO2流量为2L/min，萃取时间为5h以内。在此条件下，萃取率为80%以上，得率为0.35%～0.40%。
蛋黄卵磷脂
卵磷脂是一种生命基础物质，对人体而言，蛋黄卵磷脂比大豆卵磷脂更易被人体所接受，并具有更高的生物效价。卵磷脂也是人体所有细胞膜、核膜、线粒体和肉质网膜等生物膜的基础构成物质，也是人体神经传输纤维的构成物质。在医学上它可用于治疗动脉粥状硬化、脂肪肝、神经衰弱、营养不良、胆固醇结石和脑血栓老年性痴呆症等。它在食品工业中也得到了广泛的应用，可作为乳化剂、抗氧化剂、润饰剂、软化剂、分散剂和脱模剂等。除此之外，它还应用在石油、化工和纺织等行业中。因此开发高质量、高纯度的卵磷脂具有重要意义。
胡萝卜素
α－胡萝卜素和β－胡萝卜素除富含作为食品防腐剂的前维生素Ａ活性物质外，在抗癌和降低心脏病危险性方面也有非常显著的效果。此外，胡萝卜素还是商业食品着色剂。目前，从藻类物质中提取胡萝卜素多采用有机溶剂（乙烷）提取，这不仅增加了溶剂的费用，而且除去了潜在的有毒残留溶剂。另外，CO2浓度和物料粒也对β－胡萝卜素的提取有一定影响。
核桃油
核桃油取自核桃的果仁，因品种不同，核桃的果实含壳、含仁率也有较大的差别。一般核桃的果仁含油在45～65%之间。核桃油呈黄绿色，味美，其中不饱和脂肪酸含量在90%以上，且大部分是亚油酸，并含有少量的亚麻酸及油酸等。亚油酸和亚麻酸都是人体必需的脂肪酸，具有降血脂、助消化和补气血等功效，营养价值较高。
玉米胚芽油提取
玉米胚芽油的提取是玉米酒精生产过程的重要生产单元。玉米胚芽油中含有大量人体需要的不饱和脂肪酸、维生素E及β-胡萝卜素等营养成分，对生长发育，滋润皮肤，降低血清胆固醇，预防高血压均有一定功效。另外还含有人体自身不能合成的“必需”脂肪酸——亚油酸，亚油酸对预防和辅疗心脏病、动脉硬化、糖尿病有一定功效。
传统的玉米胚芽油的生产主要有机榨法和工业己烷浸出法。机榨法出油率较低，且对油成分影响较大；工业己烷浸出法工艺复杂，且残存的工业己烷对人体有一定的毒副作用。因此，寻找一种对人体无毒无害的安全溶剂与工艺，以获取高收率和高质量的玉米胚芽油产品，满足人们对食品绿色环保的要求具有一定的现实意义。与传统的机榨法和溶剂浸出法相比，超临界CO2萃取法具有很多的优势，提取的玉米油的质量不经过深加工就已经达到了精炼油的标准。适宜的萃取工艺条件为：压力25～30MPa，萃取温度为45℃，萃取时间3h。
食用色素
食用色素包括合成色素和天然色素，是主要的食品添加剂之一，得到越来越广泛的应用。但是，随着科学技术的发展，人类对于自身健康的重视和检测能力有了进一步提高，已经发现合成色素有很多不安全的因素，长期使用会严重危害人类的健康，所以食用天然色素越来越受到人们的青睐。近年来，我国食用天然色素有了很大发展，全国生产天然色素的企业已达数十家，年产量和使用量也有了大幅提高。
天然抗氧化剂的提取
许多研究表明超临界萃取技术可以较好的提取植物原料中的类胡萝卜素、维生素E、多酚等天然抗氧化剂，避免了传统方法的溶剂量大、作用时间长、氧化损失等缺点。例如利用超临界萃取技术可以提取从玉米蛋白粉中提取类胡萝卜素、从油脚或油脂脱臭馏出物中提取天然维生素E技术现在都比较成熟。
超临界流体萃取技术存在的问题
超临界CO2萃取技术并非是完美的，也存在着自身不可克服的问题，具体表现为：①对极性大、分子量超过500种物质，需要夹带剂或在很高的压力下进行，这就需要选择合适的夹带剂或增加高压设备；②对于成分复杂的原料，单独采用SPE—CO2技术往往满足不了纯度的要求，需要与其他分离手段联用；③CO2的临界压力偏高，这就增加了设备的固定投资；④超临界分离设备在萃取釜的密封、快开结构、疲劳设计和装卸料的自动化等方面还不够完善。超临界流体萃取技术的发展方向
长期以来，对超临界流体萃取技术的产业化，主要是单纯超临界CO2的间隙式萃取，处理的物料也多以固体植物为主，得到的几乎都是粗提混合物。为了得到高纯度的产品，德国、日本、澳大利亚、意大利等国用于精制天然维生素E、精油脱萜、提取高纯度的不饱和脂肪酸等；法国用于从啤酒及葡萄酒中分离乙醇制备无醇啤酒及无醇葡萄酒。超临界多元流体和在超临界流体中添加夹带剂，具有从量变到质变的区别，具体体现在超临界多元流体的分步选择性萃取、重组萃取及精馏萃取新工艺，可用于复方中成药、民族药新制剂的加工，保健食品的加工，烟草深加工，茶叶深加工，海洋生物资源深加工。
由于超临界CO2萃取分离技术是一项获得健康、安全高品质产品和对环境友好的高新技术。随着人们对自身健康的重视和环境意识的日益加强，以及世界各地对食品管理卫生越来越严格的趋势，预计超临界CO2萃取分离技术在今后将得到广泛的应用，超临界CO2萃取产品也将成为人们首选的健康食品。
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