Introduktion
Nogle forbindelser er i stand til at sublimere, hvilket er den direkte faseændring fra fast stof til gas. Fast kuldioxid er et eksempel på et stof, der let sublimerer ved atmosfærisk tryk, da en klump tøris ikke smelter, men ser ud til at "forsvinde", da den bliver direkte til kuldioxidgas. Sublimering er en analog proces til kogning, da den finder sted, når en forbindelses damptryk er lig med det anvendte tryk (ofte det atmosfæriske tryk). Forskellen er, at sublimering involverer et fast stofs damptryk i stedet for en væskes. De fleste faste stoffer har ikke et nævneværdigt damptryk ved lettilgængelige temperaturer, og derfor er evnen til at sublimere ualmindelig. Forbindelser, der er i stand til at sublimere, har tendens til at være dem med svage intermolekylære kræfter i fast tilstand. Disse omfatter forbindelser med symmetriske eller sfæriske strukturer. Eksempler på forbindelser, der kan sublimeres, er vist nedenfor: DMT; magnesium 4-hydroxybutyrat; TMA og så videre.
Denne metode bruges til oprensning af stoffer. Fordelene ved disse processer er bl.a: en relativt høj ligevægtsseparationskoefficient; muligheden for, i tilfælde af brug af gasblandinger, at udelukke fordampning af opløsningsmidler (i modsætning til absorption og rektifikation); lavere driftstemperatur end ved destillation; let kontrol over belægningsprocessen; evnen til straks at opnå målprodukter i en kommerciel form (dispergerede partikler, enkeltkrystaller, faste film), materialer med høj renhed, sammensætninger af ikke-fusionskomponenter (whiskers fra ikke-metaller i en metallisk matrix), tynde og ultrafine pulvere af metaller, deres oxider.
Denne metode bruges til oprensning af stoffer. Fordelene ved disse processer er bl.a: en relativt høj ligevægtsseparationskoefficient; muligheden for, i tilfælde af brug af gasblandinger, at udelukke fordampning af opløsningsmidler (i modsætning til absorption og rektifikation); lavere driftstemperatur end ved destillation; let kontrol over belægningsprocessen; evnen til straks at opnå målprodukter i en kommerciel form (dispergerede partikler, enkeltkrystaller, faste film), materialer med høj renhed, sammensætninger af ikke-fusionskomponenter (whiskers fra ikke-metaller i en metallisk matrix), tynde og ultrafine pulvere af metaller, deres oxider.
Forbindelser, der kan vakuumsublimeres
Da relativt få faste stoffer er i stand til at sublimere, kan processen være en fremragende rensningsmetode, når et flygtigt fast stof er forurenet med ikke-flygtige urenheder. Det urene faste stof opvarmes i bunden af en beholder tæt på en kold overflade, kaldet en "kold finger" (fig. 1). Efterhånden som det flygtige stof sublimerer, aflejres det på overfladen af den kolde finger (hvor det senere kan genvindes) og adskilles således fra det ikke-flygtige stof, der er tilbage i beholderen. Processen er dog ikke særlig effektiv til at adskille flygtige stoffer fra hinanden.
Af de faste stoffer med mærkbart damptryk ved stuetemperatur kræver mange stadig ret høje temperaturer for at sublimere aktivt (når deres damptryk svarer til det atmosfæriske tryk på næsten 760 mm Hg). Hvis disse faste stoffer opvarmes til deres sublimeringspunkter under atmosfærisk tryk, vil nogle forkulle og nedbrydes under processen. Af denne grund er det meget almindeligt at udføre sublimering under reduceret tryk (vakuumsublimering). I lighed med vakuumdestillation, hvor væske koger, når dens damptryk er lig med det reducerede tryk i apparatet, sublimerer fast stof ved vakuumsublimering, når dets damptryk er lig med det reducerede tryk i apparatet. Ved vakuumdestillation reduceres trykket, så væsker kan koge ved en lavere temperatur. På samme måde gørreduktion af trykket i vakuumsublimering det muligt for faste stoffer at sublimere ved en lavere temperatur, hvor man undgår nedbrydning.
Trin-for-trin sublimeringsprocedurer
Under atmosfærisk tryk
Sublimeringen i dette afsnit viser oprensning af 0,29 g ferrocen, som voksede i lange nåle i bunden og toppen af petriskålene (90 % genvinding).1. Spred det rå, tørre faststof, der skal sublimeres, ud i et tyndt lag på en petriskål med "bund" (fig. 2 a). Hvis det er klumpet, skal det først knuses med en morter og støder. Bestem den tomme masse i den øverste petriskål. Det er vigtigt, at det faste stof, der skal renses, er tørt: Hvis prøven er våd af opløsningsmiddel, kan der dannes kondens på den øverste petriskål under sublimeringen. I begyndelsen af sublimeringen kan små mængder kondens tørres af den øverste petriskål med et stykke køkkenrulle. Men for meget kondens kan vaske krystaller af den øverste skål.
2 . Dæk den nederste petriskål med den øverste skål, og sæt den oven på et trådnet på en varmeplade i stinkskabet (fig. 2 b), der er indstillet til den passende temperatur (afhængigt af sublimeringspunktet for den pågældende forbindelse, måske medium lav). Trådnettet hjælper med at sprede varmen jævnt til skålen og minimerer forkullingen.
3 . Anbring et stort 600 ml bægerglas fyldt med isvand oven på petriskålen (fig. 2 c).
2 . Dæk den nederste petriskål med den øverste skål, og sæt den oven på et trådnet på en varmeplade i stinkskabet (fig. 2 b), der er indstillet til den passende temperatur (afhængigt af sublimeringspunktet for den pågældende forbindelse, måske medium lav). Trådnettet hjælper med at sprede varmen jævnt til skålen og minimerer forkullingen.
3 . Anbring et stort 600 ml bægerglas fyldt med isvand oven på petriskålen (fig. 2 c).
petriskål
4. Med tiden vil prøven sublimere og samle sig på den øverste petriskål (fig. 3). Overvåg sublimeringen, da forbindelser kan forkulle under processen (hvis det begynder at blive sort, skal du skrue ned for varmen). Fortsæt sublimeringen, indtil det ser ud, som om der kun er lidt (eller intet) fast stof tilbage på den nederste petriskål. Det er meget almindeligt, at der også vokser krystaller langs siderne af den nederste skål.
5. Fjern forsigtigt petriskålene fra varmepladen ved hjælp af bomuldshandsker (fig. 4 a) eller en silikonebeskytter til varme hænder. Hvis man skubber til skålene, falder der sublimerede krystaller ned fra den øverste petriskål.
Sikkerhedsanbefaling: Lad de to skåle afkøle intakt på en keramisk flise i emhætten (fig. 4 b). Fjern ikke den øverste petriskål med det samme, da der kan slippe skadelige dampe ud.
6. Krystallerne på den øverste petriskål er oprensede og bør bevares (og deres masse bestemmes). Nogle gange kan materialet på den nederste skål også gemmes, hvis det ser krystallinsk ud (hvilket betyder, at det har gennemgået en sublimeringsproces) og ikke ser ud til at være forurenet med trækul (fig. 4 c).
5. Fjern forsigtigt petriskålene fra varmepladen ved hjælp af bomuldshandsker (fig. 4 a) eller en silikonebeskytter til varme hænder. Hvis man skubber til skålene, falder der sublimerede krystaller ned fra den øverste petriskål.
Sikkerhedsanbefaling: Lad de to skåle afkøle intakt på en keramisk flise i emhætten (fig. 4 b). Fjern ikke den øverste petriskål med det samme, da der kan slippe skadelige dampe ud.
6. Krystallerne på den øverste petriskål er oprensede og bør bevares (og deres masse bestemmes). Nogle gange kan materialet på den nederste skål også gemmes, hvis det ser krystallinsk ud (hvilket betyder, at det har gennemgået en sublimeringsproces) og ikke ser ud til at være forurenet med trækul (fig. 4 c).
Under reduceret tryk (vakuumsublimering)
Sublimeringen i dette afsnit viser oprensning af kamfer i to skalaer: 2,28 g (stor skala, 77 % genvinding) og ca. 0,2 g (lille skala).
1. Hvis det faste stof, der skal sublimeres, er klumpet, skal det først knuses med en morter og en støder (fig. 5 a). Anbring derefter det rå, tørre stof i bunden af sublimeringsapparatet (fig. 5 b). Det er vigtigt, at det faste stof er tørt: Hvis prøven er våd af opløsningsmiddel, kan der dannes kondens på den kolde finger under sublimeringen. For meget kondens kan vaske krystaller af den kolde finger.
2. Fastgør apparatet til et ringstativ eller et gitterværk (fig. 5 c og d). Ved små skalaer understøttes apparatet med en platform (fig. 5 d). En sublimator i stor skala er vist i fig. 5 c.
3. Smør let på den samling, der forbinder de to stykker sublimeringsglas. Fedt kan nemt påføres med en sprøjte fuld af fedt. Hvis du bruger slebet glas, skal du smøre let på samlingen nær den ende, der ikke kommer i kontakt med prøven (fig. 5 d).
4. Indsæt det øverste stykke af sublimeringsapparatet (kold finger), og drej de to stykker glasvarer sammen for at sprede fedtet i samlingen. Når du bruger slebet glas, skal fedtet få den nederste halvdel af fugen til at blive gennemsigtig hele vejen rundt (fig. 6 a). Hvis hele fugen bliver gennemsigtig, er der brugt for meget fedt, og noget skal tørres af.
5. Brug en tykvægget gummislange (klar slange i fig. 6 a) til at forbinde apparatet med en vakuumkilde (vakuumledning eller vandsuger). Påfør vakuum. Opsætningen må ikke hvæse, ellers er der en lækage i systemet.
6. Klargør denkolde finger.
5. Brug en tykvægget gummislange (klar slange i fig. 6 a) til at forbinde apparatet med en vakuumkilde (vakuumledning eller vandsuger). Påfør vakuum. Opsætningen må ikke hvæse, ellers er der en lækage i systemet.
6. Klargør denkolde finger.
a) Hvis den kolde finger har en kondensator, skal du tilslutte vandslanger, så den nederste arm tilsluttes vandhanen, og den øverste arm løber ud i vasken (brune slanger i fig. 6 a). Begynd at cirkulere vand gennem kondensatoren.
b) Hvis den kolde finger er et tomt rør, skal du fylde den kolde finger til randen med is og derefter hælde nok vand i til at fylde fingeren ca. tre fjerdedele af vejen (fig. 6 b). Inogle tilfælde kan den kolde finger fyldes med tøris og acetone.
c) Det er god teknik at sætte vakuum på, før fingeren afkøles, for at forhindre, at der dannes vandkondens, som kan vaske krystaller af den kolde finger.
7. Opvarm det faste stof med en varmepistol (fig. 6 c) eller en bunsenbrænder, begynd langsomt med en frem- og tilbagegående bevægelse og lav varme. Det anbefales ikke at bruge et sandbad eller en varmekappe til sublimering, da opvarmningen ofte er for langsom og kun kan lede varmen til bunden af apparatet, ikke til siderne. Øg opvarmningshastigheden, hvis sublimeringen ikke begynder inden for et par minutter.
8. I løbet af kort tid bør der begynde at aflejre sig et fast stof på den kolde finger. Det vil utvivlsomt også sætte sig på ydersiden af glasset (fig. 6 d). Det faste stofkan lokkes væk fra ydersiden af glasset og hen til den kolde finger ved at svinge varmepistolen eller brænderen op ad glassets sider med jævne mellemrum.
8. I løbet af kort tid bør der begynde at aflejre sig et fast stof på den kolde finger. Det vil utvivlsomt også sætte sig på ydersiden af glasset (fig. 6 d). Det faste stofkan lokkes væk fra ydersiden af glasset og hen til den kolde finger ved at svinge varmepistolen eller brænderen op ad glassets sider med jævne mellemrum.
Fig.)
9. Fortsæt sublimeringen, indtil alt det flygtige stof er overført fra den nederste del af glasset til den kolde finger (fig. 7). Hvis forbindelsen begynder at blive mørkere, skal du sænke opvarmningshastigheden for at forhindre nedbrydning.
10. Fjern kølevæsken fra den kolde finger.
10. Fjern kølevæsken fra den kolde finger.
a) Hvis derblev brugt en kondensator, skal du slukke for det cirkulerende vand og fjerne vandslangerne fra apparatet (forsigtigt, uden at lave et stort rod).
b) Hvis der blev brugt enisvandskøler, skal du øse isen ud, hvis det er muligt, og fjerne vandet med en pipette (eller for store skalaer med en kalkunbaster, fig. 7 a).
11. Lad systemet komme op på stuetemperatur.
12. Genindfør forsigtigt lufttrykket i apparatet (fig. 7 b), idet du skal være opmærksom på, at en pludselig åbning af systemet vil få luften til at trænge voldsomt ind i apparatet og sandsynligvis få krystallerne til at løsne sig fra den kolde finger.
13. Fjern forsigtigt den tømte kolde finger fra apparatet, og skrab de sublimerede krystaller ud på et urglas (fig. 7 c). Alternativt kan du skylle krystallerne fra den kolde finger med opløsningsmiddel gennem en tragt og over i en rundbundet kolbe (fig. 7 d) forsenere at fjerne opløsningsmidlet ved hjælp af en rotationsfordamper.
13. Fjern forsigtigt den tømte kolde finger fra apparatet, og skrab de sublimerede krystaller ud på et urglas (fig. 7 c). Alternativt kan du skylle krystallerne fra den kolde finger med opløsningsmiddel gennem en tragt og over i en rundbundet kolbe (fig. 7 d) forsenere at fjerne opløsningsmidlet ved hjælp af en rotationsfordamper.
Last edited by a moderator: