Uuttoteoria.
"Uuttaminen" tarkoittaa yhdisteen (yhdisteiden) siirtämistä kiinteästä tai nestemäisestä aineesta toiseen liuottimeen tai faasiin. Kun teepussi lisätään kuumaan veteen, teen mausta ja väristä vastuussa olevat yhdisteet uuttuvat mausta veteen. Kofeiiniton kahvi valmistetaan käyttämällä liuottimia tai ylikriittistä hiilidioksidia kofeiinin poistamiseksi kahvipavuista. Kemian laboratoriossa käytetään tavallisimmin neste-nesteuuttoa, joka tapahtuu erotussuppilossa. Liuotettuja komponentteja sisältävä liuos laitetaan suppiloon ja lisätään sekoittumaton liuotin, jolloin muodostuu kaksi kerrosta, joita ravistetaan yhteen. Tavallisinta on, että toinen kerros on vesipitoinen ja toinen orgaaninen liuotin. Komponentit "uutetaan", kun ne siirtyvät kerroksesta toiseen. Erotussuppilon muoto mahdollistaa tehokkaan valumisen ja kahden kerroksen erottamisen.
Kuva 1 Kaavio uuttamisesta
Yhdisteet siirtyvät nesteestä toiseen riippuen niiden suhteellisesta liukoisuudesta kussakin nesteessä. Nopea ohje liukoisuudesta on "samanlainen liukenee samanlaisena" -periaate, joka tarkoittaa, että poolittomien yhdisteiden pitäisi uuttua helposti poolittomiin liuottimiin (ja päinvastoin). Teen mausta ja väristä vastaavien yhdisteiden on oltava poolisia, jos ne uuttuvat helposti kuumaan veteen. Kun yhdisteen annetaan tasapainottua kahden nesteen välillä erotussuppilossa, suurin osa yhdisteestä päätyy usein siihen kerrokseen, jossa se on liukoisempi.
Kuva 2
Vaiheittaiset uuttomenetelmät.
Yksittäinen uutto.
Tämän jakson kuvissa esitetään metyylipunan (värillinen yhdiste, kuva 3) kertauutto vesiliuoksesta (alakerros) 25 ml:aan etyyliasetaattia (yläkerros). Vesiliuos on alun perin väriltään vaaleanpunainen, koska metyylipuna näkyy punaisena happamassa liuoksessa (vesiliuos valmistettiin 50 ml:sta vettä, 5 pisarasta 0,1MHCl ja 5 pisarasta 1 % metyylipunaindikaattoriliuosta). Metyylipunalla on suuri jakautumiskerroin, ja se uutetaan tässä prosessissa vesikerroksesta etyyliasetaattiin.
Metyylipunan (värillinen yhdiste) uuttamisen eteneminen happamasta vesikerroksesta (alhaalla) orgaaniseen kerrokseen (ylhäällä). Inversiot tehtiin hitaasti, jotta uuttuminen näkyisi vaiheittain. Jopa varovaisella sekoittamisella metyylipunainen uuttuu nopeasti.
Asetusten valmistelu (yksittäistä louhintaa varten)
1. Hankitaan erotussuppilo (kuva 4 a).- a) Jos erotussuppilossa on teflonhana, asenna hana uudelleen, jos se on purettu kuivumista varten, ja aseta osat oikeaan järjestykseen (kuva 4 b). Varmista, että teflonhana on kohtalaisen kireällä, jotta sitä voi vielä helposti kääntää, mutta ei niin löysällä, että nestettä voi vuotaa liitoksen ympärille.
- b) Jos käytetään lasista sulkuhanaa (kuva 4 c), sitä ei todennäköisesti tarvitse valmistella enempää. Tulisi käyttää hyvin ohutta rasvakerrosta sulkuhanan tiivistämiseksi ja jäätymisen estämiseksi. Jos käytettävissä on sekä lasi- että teflon-sulkuhanoja, teflon on parempi valinta, koska on aina mahdollista, että liuotin voi liuottaa lasisulkuhanojen kanssa käytetyn rasvan ja saastuttaa näytteen.
- c) Hanki myös tulppa (teflon tai hiottu lasi), joka sopii hyvin suppilon yläliitokseen (kuva 4 a).
2. Aseta erotussuppilo rengaspuristimeen, joka on kiinnitetty rengastelineeseen tai ristikkoon. Erotussuppilot rikkoutuvat helposti, joten pehmusta suppilo metallipuristimessa käyttämällä paloja halkaistua kumi- tai muoviletkua (kuva 4 d).
Lisätään liuokset (yksittäistä uuttoa varten)
3. Ennen kuin kaadat mitään erotussuppiloon, varmista, että sulkuhana on "suljetussa" asennossa, jossa sulkuhana on vaakasuorassa (kuva 5 a). Varmuuden vuoksi aseta aina Erlenmeyer-kolvi erotussuppilon alle ennen kaatamista (kuva 5 b). Tämä voi ottaa nesteen talteen, jos sulkuhana jää vahingossa auki tai jos sulkuhana on löysällä ja nestettä vuotaa tahattomasti läpi.
4. Kaada uutettava neste suppilon avulla erotussuppiloon (kuva 5 b). Erotussuppiloa ei saa koskaan käyttää kuuman tai lämpimän nesteen kanssa. Erotussuppilon päällä oleva hiottu lasiliitos on alttiimpi tarttumaan tulppaan, jos liitoksessa on jossain vaiheessa ollut nestettä. Kun neste kaadetaan erotussuppiloon lyhytvartisella suppilolla, vältetään liitoksen kastuminen, jolloin sen jäätyminen sekoituksen aikana on epätodennäköisempää.
3. Ennen kuin kaadat mitään erotussuppiloon, varmista, että sulkuhana on "suljetussa" asennossa, jossa sulkuhana on vaakasuorassa (kuva 5 a). Varmuuden vuoksi aseta aina Erlenmeyer-kolvi erotussuppilon alle ennen kaatamista (kuva 5 b). Tämä voi ottaa nesteen talteen, jos sulkuhana jää vahingossa auki tai jos sulkuhana on löysällä ja nestettä vuotaa tahattomasti läpi.
4. Kaada uutettava neste suppilon avulla erotussuppiloon (kuva 5 b). Erotussuppiloa ei saa koskaan käyttää kuuman tai lämpimän nesteen kanssa. Erotussuppilon päällä oleva hiottu lasiliitos on alttiimpi tarttumaan tulppaan, jos liitoksessa on jossain vaiheessa ollut nestettä. Kun neste kaadetaan erotussuppiloon lyhytvartisella suppilolla, vältetään liitoksen kastuminen, jolloin sen jäätyminen sekoituksen aikana on epätodennäköisempää.
Kaadetaan erotussuppiloon tietty määrä uuttoliuottimen liuottimia, kuten menettelyssä on osoitettu (kuva 5 c). Tarkkoja liuotinmääriä ei tarvitse käyttää uuttamiseen, ja tilavuudet voidaan mitata mittasylinteristä. Jos menettelyssä vaaditaan 20 ml liuotinta, on hyväksyttävää, että joka kerta käytetään 20-25 ml.
Liuosten sekoittaminen (yksittäisiä uuttoja varten)
6. Aseta tulppa suppiloon ja pidä suppiloa siten, että toisen käden sormet peittävät tulpan ja toinen käsi tarttuu suppilon pohjaan (kuva 6 a).
7. Käännä suppilo varovasti (kuva 6 b) ja pyörittele seosta hieman. Vaikka ei ole harvinaista, että kääntäessä hiukan nestettä pääsee hiomaan lasiliitokseen, sen pitäisi olla vähäistä. Jos nestettä tippuu sormillesi tai käsineillesi, kun käännät suppiloa, tulppa on todennäköisesti väärän kokoinen.
Liuosten sekoittaminen (yksittäisiä uuttoja varten)
6. Aseta tulppa suppiloon ja pidä suppiloa siten, että toisen käden sormet peittävät tulpan ja toinen käsi tarttuu suppilon pohjaan (kuva 6 a).
7. Käännä suppilo varovasti (kuva 6 b) ja pyörittele seosta hieman. Vaikka ei ole harvinaista, että kääntäessä hiukan nestettä pääsee hiomaan lasiliitokseen, sen pitäisi olla vähäistä. Jos nestettä tippuu sormillesi tai käsineillesi, kun käännät suppiloa, tulppa on todennäköisesti väärän kokoinen.
8. Paine voi muodostua erotussuppiloon, kun liuoksia sekoitetaan, joten heti sekoittamisen jälkeen ja suppilon ollessa edelleen ylösalaisin suppilo "tuuletetaan" avaamalla sulkuhana lyhyesti paineen poistamiseksi (kuva 6 c). Paine muodostuu suppiloon, kun liuotin haihtuu lattiatilaan ja lisää höyryä suppilon alkuperäiseen ∼1 ilmakehän ilmanpaineeseen. Erittäin haihtuvilla liuottimilla (kuten dietyylieetterillä) voidaan kuulla selvä "swoosh", kun liuotin vapautetaan, ja pieniä määriä nestettä voi jopa roiskua ulos sulkuhanasta. Jos nestettä roiskuu ulos sulkuhanasta, yritä antaa sen valua takaisin suppiloon. Ilmanpoistoon liittyvä melu lakkaa yleensä toisen tai kolmannen käännöksen jälkeen, kun lattiatila kyllästyy liuotinhöyryillä ja paineet suppilon sisällä ja ulkopuolella tasoittuvat.
Turvallisuushuomautus: Älä koskaan suuntaa sulkuhanaa kohti jotakuta, kun tuuletat, sillä on mahdollista, että neste roiskuu hänen päälleen.
9. Sulje sulkuhana ja sekoita liuoksia hieman voimakkaammin pysähtyen ajoittain tuulettamaan järjestelmää. Siitä, kuinka voimakkaasti liuoksia tulisi sekoittaa erotussuppiloissa ja kuinka kauan, on eriäviä mielipiteitä. Yleisenä ohjeena voidaan todeta, että 10-20 sekunnin lievä sekoittaminen pitäisi riittää. Joidenkin liuosten (esim. dikloorimetaanin) kohdalla on varottava ravistamasta liian voimakkaasti, koska nämä liuokset muodostavat usein emulsioita (joissa liuosten välinen rajapinta ei kirkastu). Emulsioille alttiiden liuosten osalta suppiloa on heilutettava varovasti minuutin ajan.
10. Aseta erotussuppilo pystyasentoon rengaspuristimeen, jotta kerrokset erottuvat täysin toisistaan. Kerrosten välisen rajapinnan pitäisi laskeutua melko nopeasti, usein noin 10 sekunnissa. Jos rajapinta on samea tai epämääräinen (emulsio on muodostunut), katso vinkkejä vianmääritysosasta.
Kerrosten erottaminen (yksittäistä uuttoa varten)
11. Neste ei valu hyvin erotussuppilosta, jos tulppa pysyy päällä, koska ilma ei pääse suppiloon syrjäytyneen nesteen tilalle. Jos neste valuu suppilosta ilman, että sitä korvaa sama määrä ilmaa, suppiloon muodostuu alipaine. Ennen nesteen tyhjentämistä erotussuppilosta on siis poistettava tulppa (kuva 7 a).
12. Valuta suurin osa pohjakerroksesta puhtaaseen Erlenmeyer-pulloon ja aseta rengaspuristin niin, että erotussuppilon kärki on kiinni Erlenmeyer-pullossa roiskumisen estämiseksi (kuva 7 b). Lopeta valuttaminen, kun rajapinta on enintään 1 cm:n päässä sulkuhanan pohjasta.
13. Pyöritä suppiloa varovasti, jotta lasiin tarttuneet pisarat irtoavat (kuva 7 c). Lasin sekoitussauvaa voidaan käyttää itsepäisesti kiinni olevien pisaroiden pudottamiseen.
14. Valuta edelleen pohjakerros ja pysähdy, kun rajapinta on juuri ja juuri tulpan kammiossa (kuva 7 d). Merkitse Erlenmeyer-pullo (esim. "pohjakerros").
Turvallisuushuomautus: Älä koskaan suuntaa sulkuhanaa kohti jotakuta, kun tuuletat, sillä on mahdollista, että neste roiskuu hänen päälleen.
9. Sulje sulkuhana ja sekoita liuoksia hieman voimakkaammin pysähtyen ajoittain tuulettamaan järjestelmää. Siitä, kuinka voimakkaasti liuoksia tulisi sekoittaa erotussuppiloissa ja kuinka kauan, on eriäviä mielipiteitä. Yleisenä ohjeena voidaan todeta, että 10-20 sekunnin lievä sekoittaminen pitäisi riittää. Joidenkin liuosten (esim. dikloorimetaanin) kohdalla on varottava ravistamasta liian voimakkaasti, koska nämä liuokset muodostavat usein emulsioita (joissa liuosten välinen rajapinta ei kirkastu). Emulsioille alttiiden liuosten osalta suppiloa on heilutettava varovasti minuutin ajan.
10. Aseta erotussuppilo pystyasentoon rengaspuristimeen, jotta kerrokset erottuvat täysin toisistaan. Kerrosten välisen rajapinnan pitäisi laskeutua melko nopeasti, usein noin 10 sekunnissa. Jos rajapinta on samea tai epämääräinen (emulsio on muodostunut), katso vinkkejä vianmääritysosasta.
Kerrosten erottaminen (yksittäistä uuttoa varten)
11. Neste ei valu hyvin erotussuppilosta, jos tulppa pysyy päällä, koska ilma ei pääse suppiloon syrjäytyneen nesteen tilalle. Jos neste valuu suppilosta ilman, että sitä korvaa sama määrä ilmaa, suppiloon muodostuu alipaine. Ennen nesteen tyhjentämistä erotussuppilosta on siis poistettava tulppa (kuva 7 a).
12. Valuta suurin osa pohjakerroksesta puhtaaseen Erlenmeyer-pulloon ja aseta rengaspuristin niin, että erotussuppilon kärki on kiinni Erlenmeyer-pullossa roiskumisen estämiseksi (kuva 7 b). Lopeta valuttaminen, kun rajapinta on enintään 1 cm:n päässä sulkuhanan pohjasta.
13. Pyöritä suppiloa varovasti, jotta lasiin tarttuneet pisarat irtoavat (kuva 7 c). Lasin sekoitussauvaa voidaan käyttää itsepäisesti kiinni olevien pisaroiden pudottamiseen.
14. Valuta edelleen pohjakerros ja pysähdy, kun rajapinta on juuri ja juuri tulpan kammiossa (kuva 7 d). Merkitse Erlenmeyer-pullo (esim. "pohjakerros").
15. Kaada erotussuppilon yläosasta ylimmäinen kerros toiseen puhtaaseen Erlenmeyer-pulloon (kuva 8 a) ja varmista, että tämä pullo on jälleen merkitty (kuva 8 b). Oikea tekniikka on tyhjentää pohjakerros sulkuhanan kautta ja kaataa pintakerros suppilon yläosasta. Tällä menetelmällä minimoidaan liuosten uudelleen sekoittuminen, koska vain alempi kerros koskettaa suppilon kantta.
16. Älä koskaan heitä pois uuton nesteitä , ennen kuin olet täysin varma, että olet saanut halutun yhdisteen. Ei-toivotut kerrokset voidaan hävittää asianmukaisesti, kun haluttu yhdiste on käsissäsi (esim. sen jälkeen, kun pyöröhaihdutin on poistanut liuottimen).
Uuttamisen aikana tehdyt virheet (esim. väärän kerroksen jatkaminen) voidaan korjata, kunhan liuokset eivät ole joutuneet jäteastiaan! Kerrokset on myös säilytettävä haihduttamisen jälkeen, koska haluttu yhdiste ei välttämättä liukene kovin hyvin käytettyyn liuottimeen. Jos yhdiste ei uuttunut yhdestä liuottimesta, voidaan myöhemmin kokeilla toista liuotinta, jälleen vain, jos kerroksia ei ole vielä heitetty pois.
Puhdistaminen (yhden uuton yhteydessä)
Erotussuppilo puhdistetaan huuhtelemalla se ensin asetonilla jäteastiaan. Pese sitten suppilo saippualla ja vedellä työpöydälläsi. Pura teflonhana (jos käytössä). Kun osat on huuhdeltu tislatulla vedellä, anna niiden kuivua erillään kaapissa (kuva 8 c).
Uuttamisen aikana tehdyt virheet (esim. väärän kerroksen jatkaminen) voidaan korjata, kunhan liuokset eivät ole joutuneet jäteastiaan! Kerrokset on myös säilytettävä haihduttamisen jälkeen, koska haluttu yhdiste ei välttämättä liukene kovin hyvin käytettyyn liuottimeen. Jos yhdiste ei uuttunut yhdestä liuottimesta, voidaan myöhemmin kokeilla toista liuotinta, jälleen vain, jos kerroksia ei ole vielä heitetty pois.
Puhdistaminen (yhden uuton yhteydessä)
Erotussuppilo puhdistetaan huuhtelemalla se ensin asetonilla jäteastiaan. Pese sitten suppilo saippualla ja vedellä työpöydälläsi. Pura teflonhana (jos käytössä). Kun osat on huuhdeltu tislatulla vedellä, anna niiden kuivua erillään kaapissa (kuva 8 c).
Useita uuttoja.
Tässä osassa on vaiheittaiset ohjeet siitä, miten vesiliuos uutetaan orgaanisella liuottimella, joka on vähemmän tiheä kuin vesi (orgaaninen kerros on pinnalla). Esimerkkinä on ohjeet vesiliuoksen uuttamiseksi kolme kertaa käyttäen 25 ml dietyylieetteriä joka kerta (3×25 ml dietyylieetteriä). Menetelmällinen yhteenveto kahdesta ensimmäisestä uutosta on kuvassa 9. Kaksi uuttoa, kun orgaaninen kerros on pinnalla.
.
Uutto #1
1. Suoritetaan yksi uutto käyttäen noin 25 ml dietyylieetteriä (tarkka määrä ei ole välttämätön), kuten edellä on kuvattu, ja varmistetaan, että kumpikin kerros merkitään asianmukaisesti (esim. "ylin orgaaninen kerros" ja "alempi vesipitoinen kerros").
Uuttaminen #2
2. Palauta vesikerros erotussuppiloon. Suppiloa ei tarvitse pestä uuttojen välillä.
3. Lisää erotussuppiloon uusi 25 ml:n annos dietyylieetteriä. Sulje suppilo, käännä ja ravista tuuletuksella ja anna kerrosten erottua toisistaan.
Tässä vaiheessa erotussuppilossa pitäisi olla kaksi kerrosta. Jos kahta kerrosta ei ole, suppiloon on todennäköisesti lisätty väärä kerros vaiheessa 2 (yleinen virhe). Yksi tapa testata, oliko kyseessä virhe, on lisätä hieman vettä ruiskupullosta. Jos erotussuppiloon palautettu kerros on orgaaninen kerros (virheellinen), ruiskupullon vesi ei sekoitu liuokseen, vaan putoaa pisaroina pohjalle. Jos orgaaninen kerros (väärä) palautettiin vahingossa erotussuppiloon, siitä ei ole haittaa, koska orgaaninen kerros vain laimennettiin. Kaada neste takaisin orgaaniselle kerrokselle tarkoitettuun kolviin ja lisää sen sijaan vesiliuos suppiloon.
4. Valuta pohjan vesikerros Erlenmeyer-pulloon: on hyväksyttävää käyttää samaa pulloa, jota käytettiin ensimmäisen uuton vesikerrokselle (joka on mahdollisesti merkitty "pohjan vesikerros").
5. Koska on tavallisinta yhdistää orgaaniset kerrokset useissa uutoissa, ylin orgaaninen kerros voidaan kaataa erotussuppilosta samaan pulloon, jota käytettiin orgaanisen kerroksen uuttamiseen ensimmäisessä uutossa (joka on voitu merkitä "ylin orgaaninen kerros"). Tässä pullossa pitäisi olla noin 50 ml dietyylieetteriä kahdesta uutosta.
Uutto #3
6. Toista uutto kolmannen kerran lisäämällä toisen uuton vesikerros erotussuppiloon ja sen jälkeen toinen tuore 25 ml:n annos dietyylieetteriä. Suljetaan suppilo, käännetään ja ravistetaan tuuletuksella ja annetaan kerrosten erottua toisistaan.
7. Valuta vesikerros sopivaan kolviin ja kaada päällimmäinen kerros jälleen orgaanisen kerroksen kolviin, jossa pitäisi olla noin 75 ml dietyylieetteriä kolmesta uutosta.
1. Suoritetaan yksi uutto käyttäen noin 25 ml dietyylieetteriä (tarkka määrä ei ole välttämätön), kuten edellä on kuvattu, ja varmistetaan, että kumpikin kerros merkitään asianmukaisesti (esim. "ylin orgaaninen kerros" ja "alempi vesipitoinen kerros").
Uuttaminen #2
2. Palauta vesikerros erotussuppiloon. Suppiloa ei tarvitse pestä uuttojen välillä.
3. Lisää erotussuppiloon uusi 25 ml:n annos dietyylieetteriä. Sulje suppilo, käännä ja ravista tuuletuksella ja anna kerrosten erottua toisistaan.
Tässä vaiheessa erotussuppilossa pitäisi olla kaksi kerrosta. Jos kahta kerrosta ei ole, suppiloon on todennäköisesti lisätty väärä kerros vaiheessa 2 (yleinen virhe). Yksi tapa testata, oliko kyseessä virhe, on lisätä hieman vettä ruiskupullosta. Jos erotussuppiloon palautettu kerros on orgaaninen kerros (virheellinen), ruiskupullon vesi ei sekoitu liuokseen, vaan putoaa pisaroina pohjalle. Jos orgaaninen kerros (väärä) palautettiin vahingossa erotussuppiloon, siitä ei ole haittaa, koska orgaaninen kerros vain laimennettiin. Kaada neste takaisin orgaaniselle kerrokselle tarkoitettuun kolviin ja lisää sen sijaan vesiliuos suppiloon.
4. Valuta pohjan vesikerros Erlenmeyer-pulloon: on hyväksyttävää käyttää samaa pulloa, jota käytettiin ensimmäisen uuton vesikerrokselle (joka on mahdollisesti merkitty "pohjan vesikerros").
5. Koska on tavallisinta yhdistää orgaaniset kerrokset useissa uutoissa, ylin orgaaninen kerros voidaan kaataa erotussuppilosta samaan pulloon, jota käytettiin orgaanisen kerroksen uuttamiseen ensimmäisessä uutossa (joka on voitu merkitä "ylin orgaaninen kerros"). Tässä pullossa pitäisi olla noin 50 ml dietyylieetteriä kahdesta uutosta.
Uutto #3
6. Toista uutto kolmannen kerran lisäämällä toisen uuton vesikerros erotussuppiloon ja sen jälkeen toinen tuore 25 ml:n annos dietyylieetteriä. Suljetaan suppilo, käännetään ja ravistetaan tuuletuksella ja annetaan kerrosten erottua toisistaan.
7. Valuta vesikerros sopivaan kolviin ja kaada päällimmäinen kerros jälleen orgaanisen kerroksen kolviin, jossa pitäisi olla noin 75 ml dietyylieetteriä kolmesta uutosta.
Vianmääritys.
Tässä jaksossa kuvataan uutoissa esiintyviä yleisiä ongelmia ja ratkaisuja.On vain yksi kerros
Yleisin syy siihen, että erotussuppilossa on vain yksi kerros, vaikka niitä pitäisi olla kaksi (kuten silloin, kun menettelyssä käsketään "erottamaan kerrokset"), on se, että on tehty virhe. Todennäköisesti erotussuppiloon lisättiin väärä kerros - esimerkiksi orgaaninen kerros lisättiin tietämättään vesikerroksen sijasta. Kun orgaaninen liuotin lisätään erottelusuppilossa olevaan orgaaniseen kerrokseen, tuloksena on vain yksi kerros. Virhe voidaan korjata, kunhan kerroksia ei ole vielä heitetty pois! Jos suppiloon lisätään oikea kerros, kaikki sujuu suunnitellusti. Jotta tätä virhettä ei tapahtuisi jatkossa, muista merkitä Erlenmeyer-pullot. Muista myös, ettet koskaan heitä kerrosta pois, ennen kuin olet täysin varma, että olet tehnyt kaiken oikein.
Satunnainen syy siihen, että erotussuppiloon muodostuu vain yksi kerros, on se, että mukana on suuria määriä yhdisteitä, jotka liukenevat molempiin liuottimiin, esimerkiksi jos mukana on suuria määriä etanolia, joka liukenee hyvin sekä vesiliuokseen että orgaaniseen liuottimeen. Tässä tilanteessa paras tapa on poistaa hankala yhdiste (eli etanoli) pyöröhaihduttimella ennen uuttoa.
Kolme kerrosta
Yleisin syy kolmen kerroksen muodostumiseen erotussuppilossa on riittämätön sekoittuminen (kuva 10 a). Jos suppiloa ravistetaan voimakkaammin, se todennäköisesti asettuu kahdeksi kerrokseksi (kuva 10 b). On myös mahdollista, että keskimmäinen kolmas kerros on emulsio, jossa kaksi kerrosta ei ole täysin erillään.
Yleisin syy siihen, että erotussuppilossa on vain yksi kerros, vaikka niitä pitäisi olla kaksi (kuten silloin, kun menettelyssä käsketään "erottamaan kerrokset"), on se, että on tehty virhe. Todennäköisesti erotussuppiloon lisättiin väärä kerros - esimerkiksi orgaaninen kerros lisättiin tietämättään vesikerroksen sijasta. Kun orgaaninen liuotin lisätään erottelusuppilossa olevaan orgaaniseen kerrokseen, tuloksena on vain yksi kerros. Virhe voidaan korjata, kunhan kerroksia ei ole vielä heitetty pois! Jos suppiloon lisätään oikea kerros, kaikki sujuu suunnitellusti. Jotta tätä virhettä ei tapahtuisi jatkossa, muista merkitä Erlenmeyer-pullot. Muista myös, ettet koskaan heitä kerrosta pois, ennen kuin olet täysin varma, että olet tehnyt kaiken oikein.
Satunnainen syy siihen, että erotussuppiloon muodostuu vain yksi kerros, on se, että mukana on suuria määriä yhdisteitä, jotka liukenevat molempiin liuottimiin, esimerkiksi jos mukana on suuria määriä etanolia, joka liukenee hyvin sekä vesiliuokseen että orgaaniseen liuottimeen. Tässä tilanteessa paras tapa on poistaa hankala yhdiste (eli etanoli) pyöröhaihduttimella ennen uuttoa.
Kolme kerrosta
Yleisin syy kolmen kerroksen muodostumiseen erotussuppilossa on riittämätön sekoittuminen (kuva 10 a). Jos suppiloa ravistetaan voimakkaammin, se todennäköisesti asettuu kahdeksi kerrokseksi (kuva 10 b). On myös mahdollista, että keskimmäinen kolmas kerros on emulsio, jossa kaksi kerrosta ei ole täysin erillään.
Rajapinnassa on liukenematonta ainetta.
Pieni määrä liukenemattoman kalvon jäämistä kahden kerroksen väliin ei ole harvinaista uuton aikana. Polymeerisillä aineilla on taipumus levätä kerrosten välissä, koska liuottimen vuorovaikutukset ovat rajapinnassa mahdollisimman vähäisiä. Vähäisestä kalvosta ei tarvitse olla huolissaan, sillä jos pieni määrä pääsee orgaaniseen kerrokseen, se voidaan usein poistaa myöhemmässä kuivauksessa ja suodatuksessa.
Rajapintaa ei voi nähdä.
Toisinaan erotussuppilossa olevat yhdisteet ovat niin tummia, että ne peittävät kahden kerroksen välisen rajapinnan. Jos näin käy, on olemassa useita menetelmiä, joiden avulla rajapinta voidaan nähdä. Yksi keino on pitää erotussuppiloa valoa vasten tai valaista lasia taskulampulla (kuva 11 b). Lisävalon avulla voit joskus nähdä rajapinnan. Toinen menetelmä on tarkkailla kerroksia huolellisesti kallistamalla suppiloa edestakaisin sivulle (kuva 11 c). Silmäsi voi joskus havaita hienovaraisia eroja nesteiden virtaustavassa. Kolmas menetelmä on lisätä suppiloon hieman lisää liuotinta jonkin kerroksen laimentamiseksi tai lisätä eri liuotinta taitekertoimen muuttamiseksi.
Kerrokset eivät erotu hyvin (muodostuu emulsio)
.
Emulsioita voi syntyä useista syistä.
1. Kunkin kerroksen tiheys voi olla niin samanlainen, että nesteiden erottumiseen on heikko motivaatio.2. Mukana voi olla saippuankaltaisia yhdisteitä tai muita emulgoivia aineita, jotka liuottavat joitakin komponentteja toisiinsa.
Emulsioita voi olla hyvin vaikea oikaista, ja on parasta, että ne vältetään alun perin ravistelemalla emulsioille alttiita liuoksia (esim. dikloorimetaania erittäin emäksisten tai tiheiden liuosten kanssa) varovasti erotussuppilossa. Jos emulsiota kuitenkin muodostuu, on olemassa joitakin keinoja, joilla niitä voidaan yrittää selkeyttää.
- a) Lievissä emulsioissa kerroksia sekoitetaan varovasti ja yritetään pudottaa suspendoituneita pisaroita lasisella sekoitussauvalla.
- b) Anna liuoksen olla jonkin aikaa (vaikka seuraavaan laboratoriojaksoon asti), jos mahdollista. Riittävän pitkän ajan kuluessa jotkin liuokset asettuvat itsestään. Tämä ei tietenkään välttämättä ole käytännöllistä.
- c) Käytä pienille tilavuuksille sentrifugia, jos sellainen on käytettävissä. Sentrifugi nopeuttaa emulsion asettumista itsestään. Muista, että sentrifugin on oltava tasapainossa, tai se saattaa heilua pöydältä. Jaa liuokset tasaisesti asettamalla tilavuudeltaan yhtä suuret putket vastakkain sentrifugin sisälle.
- d) Jos emulsio muodostuu, koska kahden kerroksen tiheydet ovat samankaltaisia, yritä muuttaa kummankin kerroksen tiheyttä, jotta ne olisivat erilaisempia. Jos haluat auttaa emulsion kirkastumista, yritä pienentää ylimmän kerroksen tiheyttä tai lisätä alimman kerroksen tiheyttä. Jos emulsio muodostuu esimerkiksi etyyliasetaatista (ylin kerros) ja vesiliuoksesta (alempi kerros), lisää hieman NaCl:ää. NaCl liukenee vesikerrokseen ja lisää vesiliuoksen tiheyttä. Vaihtoehtoisesti lisätään lisää etyyliasetaattia, mikä laimentaa orgaanista kerrosta ja pienentää sen tiheyttä. Viimeisenä keinona lisätään pentaania, joka sekoittuu orgaanisen kerroksen yläosaan ja pienentää sen tiheyttä (pentaani on yksi vähiten tiheistä orgaanisista liuottimista). Pentaanin lisäämistä käytetään viimeisenä keinona, koska se vaikuttaa kielteisesti orgaanisen kerroksen kykyyn uuttaa jonkin verran polaarisia yhdisteitä.
Jos vesiliuoksen (ylin kerros) ja dikloorimetaanin (alempi kerros) kanssa muodostuu emulsio, lisätään vettä ruiskupullosta laimentamaan ylempää kerrosta ja vähentämään sen tiheyttä. Tämä menetelmä toimi hyvin kuvan 13 c emulsion kirkastamiseksi, kuten kuvasta 13 d käy ilmi. - c) Kokeile vähentää yhden komponentin liukoisuutta toiseen. Yksi menetelmä on lisätä erotussuppiloon NaCl:ää tai NH4Cl:ää, joka liukenee vesikerrokseen ja vähentää orgaanisten yhdisteiden kykyä liueta veteen ("suolaantuminen").
Happo-emäsuutto
Miten ne toimivat.
Tässä luvussa aiemmin käsiteltyjen uuttojen muunnos on kemiallisen reaktion suorittaminen erotussuppilossa, jotta voidaan muuttaa yhdisteen napaisuutta ja siten jakautumista vesipitoiseen ja orgaaniseen kerrokseen. Yleinen menetelmä on suorittaa happo-emäsreaktio, joka voi muuttaa joitakin yhdisteitä neutraalista muodosta ioniseen muotoon (tai päinvastoin).
Kuvitellaan esimerkiksi, että bentsoehapon ja sykloheksaanin seos liuotetaan orgaaniseen liuottimeen, kuten etyyliasetaattiin, erotussuppiloon. Komponenttien erottamiseksi bentsoehappoa voidaan yrittää poistaa vesipesulla, mutta bentsoehappo ei ole erityisen vesiliukoinen sen poolittoman aromaattisen renkaan vuoksi, ja vain pieni määrä uuttuu vesikerrokseen (kuva 14 a).
Kuvitellaan esimerkiksi, että bentsoehapon ja sykloheksaanin seos liuotetaan orgaaniseen liuottimeen, kuten etyyliasetaattiin, erotussuppiloon. Komponenttien erottamiseksi bentsoehappoa voidaan yrittää poistaa vesipesulla, mutta bentsoehappo ei ole erityisen vesiliukoinen sen poolittoman aromaattisen renkaan vuoksi, ja vain pieni määrä uuttuu vesikerrokseen (kuva 14 a).
Bentsoehapon ja sykloheksaanin seoksen erottaminen on kuitenkin mahdollista pesemällä se emäksellä, kuten NaOH:lla. Happamuutensa vuoksi bentsoehappo voi reagoida NaOH:n kanssa seuraavasti, jolloin saadaan karboksylaattisuola natriumbentsoaatti.
Karboksyylihappojen liukoisuusominaisuudet eroavat huomattavasti niiden vastaavista karboksylaattisuoloista. Natriumsalisylaatti liukenee noin 350 kertaa paremmin veteen kuin salisyylihappo ionisen luonteensa vuoksi (kuva 15), ja se on melko liukenematon orgaanisiin liuottimiin, kuten dietyylieetteriin.
.
Näin ollen pesu NaOH:lla muuttaisi bentsoehapon sen ioniseen karboksylaattimuotoon, joka liukenee paremmin vesikerrokseen, jolloin natriumbentsoaatti voitaisiin uuttaa vesikerrokseen. Sykloheksaani jäisi orgaaniseen kerrokseen, koska sillä ei ole affiniteettia vesifaasiin eikä se voi reagoida NaOH:n kanssa millään tavalla. Näin saadaan erotettua bentsoehapon ja sykloheksaanin seos (kuva 14 b). Vesikerros voidaan myöhemmin haluttaessa happamoittaa HCl(aq):lla bentsoehapon muuttamiseksi takaisin neutraaliin muotoonsa.
Natriumbikarbonaattipesut
Happo-emäsuutolla voidaan uuttaa karboksyylihappoja orgaanisesta kerroksesta vesikerrokseen. Kuten edellisessä jaksossa käsiteltiin, NaOH:ta voidaan käyttää karboksyylihapon muuntamiseen vesiliukoisempaan ioniseen karboksylaattimuotoonsa. Jos seos kuitenkin sisältää haluttua yhdistettä, joka voi reagoida NaOH:n kanssa, on käytettävä miedompaa emästä, kuten natriumbikarbonaattia. Samanlainen reaktio tapahtuu.
Natriumbikarbonaattipesut
Happo-emäsuutolla voidaan uuttaa karboksyylihappoja orgaanisesta kerroksesta vesikerrokseen. Kuten edellisessä jaksossa käsiteltiin, NaOH:ta voidaan käyttää karboksyylihapon muuntamiseen vesiliukoisempaan ioniseen karboksylaattimuotoonsa. Jos seos kuitenkin sisältää haluttua yhdistettä, joka voi reagoida NaOH:n kanssa, on käytettävä miedompaa emästä, kuten natriumbikarbonaattia. Samanlainen reaktio tapahtuu.
Yksi ero NaOH:n sijaan käytetyn emäksen NaHCO3:n käytössä on se, että sivutuote hiilihappo (H2CO3) voi hajota vedeksi ja hiilidioksidikaasuksi. Kun hapanta liuosta ravistetaan natriumbikarbonaatin kanssa erotussuppilossa, on huolehdittava siitä, että sitä pyöritetään varovasti ja että kaasun paine vapautuu useammin.
Esimerkki reaktiosta, jossa käytetään usein natriumbikarbonaattihuuhtelua työstössä, on Fischerin esteröintireaktio. Esimerkkinä bentsoehappoa refluksoitiin etanolissa yhdessä väkevän rikkihapon kanssa etyylibentsoaatin muodostamiseksi (kuva 16 a ja b). Reaktioseoksen TLC-levyllä 1 tunnin refluksin jälkeen näkyi reagoimatonta karboksyylihappoa (kuva 16 c), mikä ei ole epätavallista reaktion energetiikan vuoksi.
Esimerkki reaktiosta, jossa käytetään usein natriumbikarbonaattihuuhtelua työstössä, on Fischerin esteröintireaktio. Esimerkkinä bentsoehappoa refluksoitiin etanolissa yhdessä väkevän rikkihapon kanssa etyylibentsoaatin muodostamiseksi (kuva 16 a ja b). Reaktioseoksen TLC-levyllä 1 tunnin refluksin jälkeen näkyi reagoimatonta karboksyylihappoa (kuva 16 c), mikä ei ole epätavallista reaktion energetiikan vuoksi.
Jäljelle jäänyt karboksyylihappo voidaan poistaa halutusta esterituotteesta happo-emäsuutolla erotussuppilossa. Pesu natriumbikarbonaatilla muuttaa bentsoehapon vesiliukoisempaan natriumbentsoaattimuotoonsa, jolloin se uutetaan vesikerrokseen (kuva 17). Lisäksi natriumbikarbonaatti neutraloi katalyyttisen hapon tässä reaktiossa.
.
Natriumbikarbonaatti on tässä prosessissa suositeltavampi kuin NaOH, koska se on paljon heikompi emäs; pesu NaOH:lla voi aiheuttaa esterituotteen hydrolyysin.
Happojen ja emästen seokset
Kuten aiemmin on käsitelty, yhdisteiden happo-emäs-ominaisuuksia voidaan käyttää hyväksi tiettyjen yhdisteiden selektiiviseen erottamiseen seoksista. Tätä strategiaa voidaan laajentaa muihin esimerkkeihinHappojen ja emästen seokset
Emästen uuttaminen
Emäksisiä yhdisteitä, kuten amiineja, voidaan uuttaa orgaanisista liuoksista ravistamalla niitä happamilla liuoksilla, jolloin ne muuttuvat vesiliukoisemmiksi suoloiksi. Näin ne voidaan uuttaa orgaanisesta kerroksesta vesikerrokseen.Karboksyylihappojen ja fenolien uuttaminen
Kuten aiemmin on käsitelty, karboksyylihapot voidaan uuttaa orgaanisesta kerroksesta vesikerrokseen ravistelemalla niitä emäksisillä liuoksilla, jolloin ne muuttuvat vesiliukoisemmiksi suoloiksi.
Kuten aiemmin on käsitelty, karboksyylihapot voidaan uuttaa orgaanisesta kerroksesta vesikerrokseen ravistelemalla niitä emäksisillä liuoksilla, jolloin ne muuttuvat vesiliukoisemmiksi suoloiksi.
Samanlainen reaktio tapahtuu fenolien (PhOH) kanssa, ja nekin voidaan uuttaa vesipitoiseen NaOH-kerrokseen (kuva 18 a).
Fenolit ovat kuitenkin huomattavasti vähemmän happamia kuin karboksyylihapot, eivätkä ne ole tarpeeksi happamia reagoidakseen täysin heikomman emäksen NaHCO3:n kanssa. Siksi fenolien ja karboksyylihappojen seosten erottamiseen voidaan käyttää bikarbonaattiliuosta (kuva 18 b).
Fenolit ovat kuitenkin huomattavasti vähemmän happamia kuin karboksyylihapot, eivätkä ne ole tarpeeksi happamia reagoidakseen täysin heikomman emäksen NaHCO3:n kanssa. Siksi fenolien ja karboksyylihappojen seosten erottamiseen voidaan käyttää bikarbonaattiliuosta (kuva 18 b).
Happojen, emästen ja neutraalien yhdisteiden uuttaminen
Aiemmin käsiteltyjen happo-emäs-ominaisuuksien ansiosta seos, joka sisältää happamia (esim. RCO2H), emäksisiä (esim. RNH2) ja neutraaleja komponentteja, voidaan puhdistaa uuttojen avulla, kuten kuvassa 19 on esitetty (jossa käytetään vettä vähemmän tiheää orgaanista liuotinta).
Aiemmin käsiteltyjen happo-emäs-ominaisuuksien ansiosta seos, joka sisältää happamia (esim. RCO2H), emäksisiä (esim. RNH2) ja neutraaleja komponentteja, voidaan puhdistaa uuttojen avulla, kuten kuvassa 19 on esitetty (jossa käytetään vettä vähemmän tiheää orgaanista liuotinta).
.
Oletetaan, että tämäntyyppistä koetta suorittavat lukijat tuntevat kerta- ja moninkertaisten uuttojen suorittamisen. Tässä jaksossa kuvataan yleisten uuttomenetelmien ja kuvassa 19 esitetyn prosessin väliset erot.
1. Happaman komponentin eristäminen:
a) Kun hapan komponentti on Erlenmeyer-kolvissa vesikerroksessa, se voidaan muuttaa takaisin neutraaliksi komponentiksi lisäämällä 2M HCl(aq):ta, kunnes liuoksen pH on 3-4 (pH-paperilla määritettynä). Jos happoa on suuria määriä niin, että happamuuden lisääminen vaatisi liian suuren määrän 2M HCl(aq):ta, väkevää HCl(aq):ta voidaan sen sijaan lisätä pisaroittain. Pienemmät HCl(aq)-pitoisuudet ovat vaarattomampia, mutta vesikerroksen tilavuuden kasvattaminen suurella määrällä vaikuttaisi seuraavien uutto- ja suodatusvaiheiden tehokkuuteen.
b) Hapotuksen jälkeen voidaan tehdä kaksi reittiä riippuen siitä, onko hapan komponentti kiinteä vai nestemäinen.
1. Happaman komponentin eristäminen:
a) Kun hapan komponentti on Erlenmeyer-kolvissa vesikerroksessa, se voidaan muuttaa takaisin neutraaliksi komponentiksi lisäämällä 2M HCl(aq):ta, kunnes liuoksen pH on 3-4 (pH-paperilla määritettynä). Jos happoa on suuria määriä niin, että happamuuden lisääminen vaatisi liian suuren määrän 2M HCl(aq):ta, väkevää HCl(aq):ta voidaan sen sijaan lisätä pisaroittain. Pienemmät HCl(aq)-pitoisuudet ovat vaarattomampia, mutta vesikerroksen tilavuuden kasvattaminen suurella määrällä vaikuttaisi seuraavien uutto- ja suodatusvaiheiden tehokkuuteen.
b) Hapotuksen jälkeen voidaan tehdä kaksi reittiä riippuen siitä, onko hapan komponentti kiinteä vai nestemäinen.
- Jos ionisuolan happamoitumisen yhteydessä muodostuu kiinteää ainetta, se voidaan kerätä imusuodatuksella. Tätä menetelmää tulisi käyttää vain, jos havaitaan suuria määriä suurikokoisia kiteitä. Jos muodostuu hienoja kiteitä (jotka ovat melko yleisiä), ne tukkivat suodatinpaperin ja haittaavat riittävää valumista. Jos kiinteää ainetta nähdään vain pieni määrä teoreettiseen määrään verrattuna, yhdiste on todennäköisesti melko vesiliukoinen, ja suodattaminen johtaisi vähäiseen saantoon.
- Jos happamoitettaessa ei muodostu kiintoainetta (tai jos muodostuu hienoja kiteitä tai pieni määrä kiintoainetta), uutetaan hapan komponentti takaisin orgaaniseen liuottimeen (×3). Yleisenä nyrkkisääntönä on, että uuttamiseen käytetään kolmasosa alkuperäisen kerroksen liuotinmäärästä (esim. jos käytetään 100 ml vesiliuosta, uutetaan 33 ml orgaanista liuotinta joka kerta). Varmista, että vesiliuos jäähdytetään ensin jäähauteessa ennen uuttamista, jos happamoituminen on aiheuttanut huomattavaa lämpöä. Jos käytetään dietyylieetteriä tai etyyliasetaattia, tehdään sen jälkeen suolavedellä pesu (× 1), kuivataan kuivausaineella ja poistetaan liuotin pyöröhaihduttimella, jolloin jäljelle jää puhdas hapan komponentti.
2. Emäksisen komponentin eristäminen:
Käytetään samanlaista prosessia kuin happaman komponentin eristämisessä, paitsi että liuos emäksytetään 2M NaOH(aq):lla, kunnes pH on 9-10 pH-paperilla määritettynä.
3. Neutraalin komponentin eristäminen:
Neutraali komponentti on orgaanisessa kerroksessa "jäljelle jäänyt" yhdiste. Eristämistä varten pestään suolavedellä (× 1), jos käytetään dietyylieetteriä tai etyyliasetaattia, kuivataan kuivausaineella ja poistetaan liuotin pyöröhaihduttimella, jolloin jäljelle jää puhdas neutraali komponentti.
Käytetään samanlaista prosessia kuin happaman komponentin eristämisessä, paitsi että liuos emäksytetään 2M NaOH(aq):lla, kunnes pH on 9-10 pH-paperilla määritettynä.
3. Neutraalin komponentin eristäminen:
Neutraali komponentti on orgaanisessa kerroksessa "jäljelle jäänyt" yhdiste. Eristämistä varten pestään suolavedellä (× 1), jos käytetään dietyylieetteriä tai etyyliasetaattia, kuivataan kuivausaineella ja poistetaan liuotin pyöröhaihduttimella, jolloin jäljelle jää puhdas neutraali komponentti.
Johtopäätökset.
Uuttomenetelmiä käytetään joidenkin aineiden uuttamiseen seoksesta. Nämä aineet voivat olla emäksiä, happoja tai neutraaleja (polaarisia tai ei-polaarisia). Tätä menetelmää käytetään esimerkiksi amfetamiinin valmistuksessa dekantointivaiheessa: amfetamiinin emästä sisältävä pintakerros kerätään alkoholiin. Sitä voidaan kuivata hieman vedettömällä magnesiumsulfaatilla, ja kuona voidaan lisäksi uuttaa poolittomalla liuottimella (eetteri, bentseeni, tolueeni), minkä jälkeen liuotin haihdutetaan. Mefedronin valmistukseen kuuluu käsittely erotussuppilolla ja uuttaminen. Myös happo-emäsuuttoa käytetään joidenkin psykoaktiivisten aineiden puhdistuksessa epäpuhtauksista.
Attachments
Last edited: