下列有關超臨界流體萃取之敘述，何者錯誤？

本題觀念：

本題考查超臨界流體萃取 (Supercritical Fluid Extraction, SFE) 的基本原理、特性及其在藥物分析中的應用。核心概念包括超臨界流體的物理性質（密度、擴散係數）、溶解度特性（「相似者互溶」原則）、以及常用溶劑（如 $CO_2$）的適用範圍與極性調整。

選項分析

• A. 使用的溶劑超過臨界溫度和臨界壓力，兼具液體與氣體的優點

  • 正確。超臨界流體是指溫度與壓力均超過其臨界點（Critical Point, $T_c, P_c$）的流體。在此狀態下，其密度接近液體（具有良好的溶解能力），而黏度與擴散係數接近氣體（具有良好的滲透性與質傳效率），因此兼具兩者優點。

• B. 可以調整萃取槽的壓力改變溶劑強度，具有選擇性萃取的效果

  • 正確。SFE 的最大優勢之一是可調性（Tunability）。在超臨界狀態下，些微調整壓力或溫度，會顯著改變流體的密度，進而改變其溶解度參數（Solubility Parameter）。這使得操作者可以針對特定成分進行選擇性萃取（例如先低壓萃取非極性雜質，再高壓萃取目標物）。

• C. 常用的溶媒為 CO2，臨界溫度較低，可作為熱不安定化合物的萃取溶劑

  • 正確。二氧化碳（$CO_2$）是最常用的 SFE 溶劑，其臨界溫度（$T_c$）約為 31.1°C，臨界壓力（$P_c$）約為 73.8 bar。由於操作溫度接近室溫，非常適合用於萃取**熱不安定（Heat-labile）**的化合物，避免藥物在高溫下分解。

• D. 利用 CO2 超臨界流體萃取前列腺素與聚丁二烯基質的混合物，因兩者極性均偏低，藥品自聚合物基質中的回收率不佳

  • 錯誤。
  • 極性分析：超臨界二氧化碳（$SF-CO_2$）是非極性溶劑（性質類似正己烷）。聚丁二烯（Polybutadiene）是非極性聚合物。然而，前列腺素（Prostaglandins, PGs） 雖然含有碳氫鏈，但結構中具有多個極性官能基（如羥基 -OH、酮基 =O、羧基 -COOH），因此在藥物分析的分類中屬於相對極性（Polar） 化合物，而非選項所述的「極性偏低」。
  • 溶解原理：根據「相似者互溶」原則，非極性的 $CO_2$ 很容易滲透進入非極性的聚丁二烯基質中（溶脹基質），但由於 $CO_2$ 本身非極性，它無法有效溶解並帶出極性的前列腺素。
  • 結論：回收率不佳的原因是前列腺素是極性物質，而純 $CO_2$ 是非極性溶劑，兩者極性不匹配，導致萃取效率低。選項敘述「因兩者（含前列腺素）極性均偏低」是錯誤的物理化學描述。若前列腺素真為低極性，則非極性的 $CO_2$ 應能有效將其萃取出來（回收率應佳）。通常此類情況需加入修飾劑（Modifier/Co-solvent），如甲醇，以增加流體極性來提高回收率。

答案解析

正確答案為 (D)。 該選項錯誤地將前列腺素歸類為低極性物質，並以此作為回收率不佳的理由，邏輯與事實均有誤。事實上，是以 $CO_2$ 萃取極性藥物（前列腺素）困難，才導致回收率差，需添加極性修飾劑（如 Methanol）才能改善。

核心知識點

1. SFE 原理：$T > T_c, P > P_c$。高密度（像液體，具溶解力）、低黏度/高擴散（像氣體，具滲透力）。
2. 主要溶劑 $CO_2$：
   • 非極性（Non-polar），類似 Hexane。
   • $T_c \approx 31^\circ C$，適合熱不穩定物質。
   • 對非極性小分子萃取效果極佳。
3. 修飾劑（Modifier/Entrainer）：
   • 當萃取極性化合物（如生物鹼、前列腺素）時，純 $CO_2$ 溶解力不足。
   • 需加入少量極性有機溶劑（如甲醇 MeOH、乙醇 EtOH）來增加溶解度並破壞藥物與基質間的極性作用力。

參考資料

1. Watson, D. G. Pharmaceutical Analysis: A Textbook for Pharmacy Students and Pharmaceutical Chemists. Chapter on Extraction methods. (討論 SFE 應用於聚合物基質中藥物的萃取，提及前列腺素因極性需添加修飾劑)。
2. Skoog, D. A. Principles of Instrumental Analysis. Chapter on Supercritical Fluid Chromatography/Extraction.