純凈物質(zhì)要根據(jù)溫度和壓力的不同,呈現(xiàn)出液體、氣體、固體等狀態(tài)變化。在溫度高于某一數(shù)值時(shí),任何大的壓力均不能使該純物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)化為液相,此時(shí)的溫度即被稱為臨界溫度T c;而在臨界溫度下,氣體能被液化的最低壓力稱為臨界壓力p c。在臨界點(diǎn)附近,會(huì)出現(xiàn)流體的密度、黏度、溶解度、熱容量、介電常數(shù)等所有流體的物性發(fā)生急劇變化的現(xiàn)象。

當(dāng)物質(zhì)所處的溫度高于臨界溫度,壓力大于臨界壓力時(shí),該物質(zhì)的溫度及壓力均處于臨界點(diǎn)以上的液體稱為超臨界流體(supercritical fluid,簡(jiǎn)稱SCF)。例如:當(dāng)水的溫度和壓強(qiáng)達(dá)到臨界點(diǎn)(t=374.3℃,p=22.05 MPa)以上時(shí),就處于一種既不同于氣態(tài),也不同于液態(tài)和固態(tài)的新的流體態(tài)——超臨界態(tài),該狀態(tài)的水即稱為超臨界水。很多物質(zhì)都有超臨界流體區(qū),但由于CO2的臨界溫度比較低(31.06℃),臨界壓力也不高(7.38 MPa),且無毒、無臭、無公害,所以在實(shí)際操作中常使用CO2超臨界流體。

超臨界流體由于液體與氣體分界消失,是即使提高壓力也不液化的非凝聚性氣體。超臨界流體的物性兼具液體性質(zhì)與氣體性質(zhì)。它基本上仍是一種氣態(tài),但又不同于一般氣體,是一種稠密的氣態(tài)。其密度比一般氣體要大兩個(gè)數(shù)量級(jí),與液體相近。它的黏度比液體小,但擴(kuò)散速度比液體快(約兩個(gè)數(shù)量級(jí)),所以有較好的流動(dòng)性和傳遞性能。它的介電常數(shù)隨壓力而急劇變化(如介電常數(shù)增大有利于溶解一些極性大的物質(zhì))。另外,根據(jù)壓力和溫度的不同,這種物性會(huì)發(fā)生變化。

超臨界流體是處于臨界溫度和臨界壓力以上,介于氣體和液體之間的流體,兼有氣體、液體的雙重性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn),近年來在不同領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,簡(jiǎn)稱SFE)、超臨界水氧化技術(shù)、超臨界流體干燥、超臨界流體染色、超臨界流體制備超細(xì)微粒、超臨界流體色譜和超臨界流體中的化學(xué)反應(yīng)等,其中以超臨界流體萃取應(yīng)用得最為廣泛。