超臨界流體之應用（Supercritical Fluid Applications）

超臨界流體之應用（Supercritical Fluid Applications）
臺北市立第一女子高級中學一年級梁懿貴

氣體可藉由加壓使其液化，氣體的溫度越高，所需的壓力也就會越大。但是當氣體的溫度到達一定的程度時，會出現任何壓力都沒辦法使氣體液化的現象，而此液化的上限溫度稱為臨界溫度。在此臨界溫度下，使氣體液化的最低壓力則稱為臨界壓力。當流體的壓力與溫度都高於臨界溫度與臨界壓力時，會呈現一種無法區分液體、氣體的物質狀態，稱為超臨界流體（Supercritical Fluid）。

超臨界流體的密度一般都介於0.1到1.0g/ml之間，其物理性質界於氣、液相間，具有氣體的可壓縮性和高擴散性，及液體的流動性和溶解能力，並兼具低黏度、低表面張力的特性，因此容易滲入到多孔性組織中。除此之外，當流體接近臨界點時，微小的溫度或壓力變化都可使密度產生改變，使得超臨界流體具有可被微調的特性。而其化學性質則異於其氣、液相，例如二氧化碳在氣體狀態下並不具有萃取能力，但當進入超臨界狀態後，卻具有溶解有機物的能力。

應用
1950年代，美、蘇等國即進行以超臨界丙烷去除重油中的柏油精及金屬，如鎳、釩等，降低後段煉解過程中觸媒中毒的失活程度。但因涉及成本考量，並未全面實用化。此後，利用超臨界流體進行分離的方法曾沈寂了一段時間，直到第一次和第二次能源危機後，才重新受到工業界的重視。1978年後，歐洲陸續開始以超臨界二氧化碳作為萃取劑，以處理食品工廠中數以千萬噸計的產品。

由於二氧化碳的臨界溫度較接近室溫，並且具有方便取得和易於回收的特性，因此目前應用上以超臨界二氧化碳最為廣泛。如今超臨界二氧化碳多用於取代有機溶劑，其無毒、環保的優點比起傳統的三氯乙烯或二氯甲烷等溶劑更為安全。

萃取：相較於一般液體萃取，超臨界流體的高溶解力和滲透力使其能更快速有效的萃取，並可藉由溫度、壓力的改變以控制流體之溶解力和對溶質的選擇性，有利於萃取植物中的複雜樣品。在萃取後只要減壓便可輕易回收，幾乎不會殘留。而因二氧化碳的臨界溫度只有攝氏31.1度，可適用於熱敏感性物質的萃取，也是優點之一。

精密洗淨技術：工業上半導體和光電元件大都有洗淨製程，隨著全氟碳化物、四氯乙烯等表面清洗溶劑的逐年管制，超臨界二氧化碳成為理想的清洗溶劑。其低黏度、低表面張力的特性可輕易滲入微小的孔隙，並且因為只要減壓便可回收，能節省大量廢水和溶劑的處理費用。

製備微粒：在製藥等工業上，控制微粒的生成大小和分配非常重要，而超臨界流體技術能有效的控制藥用顆粒的形成和粒徑。這些顆粒形成的應用技術主要有三種，分別為超臨界溶液快速膨脹法(RESS)、超臨界流體反溶劑技術(SAS)以及氣體飽和溶液沉澱（PGSS）。上述均是透過稀釋或減壓等方法，降低溶質的溶解度而析出，只要控制好溫度和壓力的變化，就可以控制析出溶質的粒徑。目前的技術已可產生直徑5~2000nm的顆粒。

參考資料：
1. 維基百科http://en.wikipedia.org/wiki/Supercritical_fluid
2. 台灣超臨界流體協會http://www.tscfa.org.tw/epaper/004.html
3. 談駿嵩（2002），「超臨界流體的應用」，科學發展，第359期，第12-17頁