Ekstrakcijos teorija.
"Ekstrakcija" reiškia junginio (-ių) perkėlimą iš kietojo kūno ar skysčio į kitą tirpiklį ar fazę. Kai arbatos maišelis įdedamas į karštą vandenį, junginiai, lemiantys arbatos skonį ir spalvą, ekstrahuojami iš tirščių į vandenį. Kava be kofeino gaminama naudojant tirpiklius arba superkritinį anglies dioksidą, kad iš kavos pupelių būtų išskirtas kofeinas. Chemijos laboratorijoje dažniausiai naudojama skysčio-skysčio ekstrakcija - procesas, vykstantis skiriamajame piltuve. Į piltuvėlį įpilamas tirpalas su ištirpusiais komponentais ir pridedamas nesimaišantis tirpiklis, todėl susidaro du sluoksniai, kurie suplakami. Dažniausiai vienas sluoksnis būna vandeninis, o kitas - organinis tirpiklis. Komponentai "ekstrahuojami", kai pereina iš vieno sluoksnio į kitą. Skiriamojo piltuvėlio forma leidžia efektyviai nutekėti ir atskirti du sluoksnius.
1 pav. Ekstrakcijos schema
Junginiai pereina iš vieno skysčio į kitą priklausomai nuo jų santykinio tirpumo kiekviename skystyje. Trumpas tirpumo orientyras yra principas "panašus tirpsta panašiai", reiškiantis, kad nepoliniai junginiai turėtų būti lengvai ekstrahuojami į nepolinius tirpiklius (ir atvirkščiai). Junginiai, lemiantys arbatos skonį ir spalvą, turi būti poliniai, jei jie lengvai ekstrahuojami karštame vandenyje. Kai atskiriamajame piltuvėlyje leidžiama susilyginti dviem skysčiams, didžioji junginio dalis dažnai atsiduria tame sluoksnyje, kuriame jis geriau tirpsta.
2 pav.
Žingsnis po žingsnio atliekamos ekstrakcijos procedūros.
Vienkartinė ekstrakcija.
Šio skyriaus paveikslėliuose pavaizduota vienkartinė metilo raudonojo (spalvotas junginys, 3 pav.) ekstrakcija iš vandeninio tirpalo (apatinis sluoksnis) į 25 ml etilacetato (viršutinis sluoksnis). Iš pradžių vandeninis tirpalas buvo rausvos spalvos, nes metilo raudonasis rūgštiniame tirpale atrodo raudonas (vandeninis tirpalas buvo pagamintas iš 50 ml vandens, 5 lašų 0,1 MHCl ir 5 lašų 1 % metilo raudonojo indikatoriaus tirpalo). Metilo raudonasis turi didelį pasiskirstymo koeficientą ir šio proceso metu iš vandeninio sluoksnio ištraukiamas į etilacetatą.
Metilo raudonojo (spalvotojo junginio) ekstrakcijos iš rūgštaus vandeninio sluoksnio (apačioje) į organinį sluoksnį (viršuje) eiga. Inversijos buvo daromos lėtai, kad būtų galima matyti laipsnišką ekstrakciją. Net ir švelniai maišant metilo raudonasis ekstrahuojamas greitai.
Paruošti sąranką (vienkartinei ekstrakcijai)
1. Pasiimkite skiriamąjį piltuvą (4 pav., a).- a) Jei skiriamajame piltuvėlyje yra tefloninis kamštis, vėl sumontuokite kamštį, jei jis buvo išardytas džiovinimui, sudėliodami dalis atitinkama tvarka (4 pav., b). Įsitikinkite, kad tefloninis kamštis yra vidutiniškai sandarus, kad jį vis dar būtų galima lengvai pasukti, bet ne toks laisvas, kad skystis galėtų prasiskverbti aplink jungtį.
- b) Jei naudojamas stiklinis kamštis (4 pav., c), jo tikriausiai nereikia papildomai paruošti. Turėtų būti naudojamas labai plonas tepalo sluoksnis, kad kamštelis būtų sandarus ir neužšaltų. Jei yra ir stiklinių, ir teflono kamščių, geriau rinktis teflono, nes visada yra tikimybė, kad tirpiklis gali ištirpdyti su stikliniais kamščiais naudojamą tepalą ir užteršti mėginį.
- c) Taip pat įsigykite kamštį (tefloninį arba šlifuoto stiklo), kuris gerai priglustų prie viršutinės piltuvėlio jungties (4 pav., a).
2. Įstatykite skiriamąjį piltuvą į žiedinį spaustuką, pritvirtintą prie žiedinio stovo arba grotelių. Piltuvėlius lengva sudaužyti, todėl metaliniame spaustuke esantį piltuvėlį amortizuokite perpjautos gumos ar plastikinio vamzdelio gabalėliais (4 d pav.).
Įpilkite tirpalų (vienkartinei ekstrakcijai)
3. Prieš pilant ką nors į skiriamąjį piltuvėlį, įsitikinkite, kad kamštelis yra "uždarytoje" padėtyje, kai kamštelis yra horizontalioje padėtyje (5 pav., a). Prieš pilant visada po atskiriamuoju piltuvėliu padėkite Erlenmejerio kolbą (5 pav., b). Ji gali sulaikyti skystį, jei kamštis netyčia liktų atidarytas arba jei kamštis atsilaisvintų ir skystis netyčia ištekėtų.
4. Naudodami piltuvėlį supilkite ekstrahuojamą skystį į skiriamąjį piltuvėlį (5 b pav.). Skiriamojo piltuvėlio niekada negalima naudoti su karštu ar šiltu skysčiu. Šlifuoto stiklo jungtis, esanti skiriamojo piltuvėlio viršuje, yra labiau linkusi prilipti prie kamštelio, jei kurioje nors vietoje jungtyje buvo skysčio. Pilant skystį į skiriamąjį piltuvėlį trumpuoju piltuvėliu, išvengiama jungties sudrėkimo, todėl mažiau tikėtina, kad maišymo metu ji užšals.
3. Prieš pilant ką nors į skiriamąjį piltuvėlį, įsitikinkite, kad kamštelis yra "uždarytoje" padėtyje, kai kamštelis yra horizontalioje padėtyje (5 pav., a). Prieš pilant visada po atskiriamuoju piltuvėliu padėkite Erlenmejerio kolbą (5 pav., b). Ji gali sulaikyti skystį, jei kamštis netyčia liktų atidarytas arba jei kamštis atsilaisvintų ir skystis netyčia ištekėtų.
4. Naudodami piltuvėlį supilkite ekstrahuojamą skystį į skiriamąjį piltuvėlį (5 b pav.). Skiriamojo piltuvėlio niekada negalima naudoti su karštu ar šiltu skysčiu. Šlifuoto stiklo jungtis, esanti skiriamojo piltuvėlio viršuje, yra labiau linkusi prilipti prie kamštelio, jei kurioje nors vietoje jungtyje buvo skysčio. Pilant skystį į skiriamąjį piltuvėlį trumpuoju piltuvėliu, išvengiama jungties sudrėkimo, todėl mažiau tikėtina, kad maišymo metu ji užšals.
Į atskiriamąjį piltuvą įpilkite ekstrahento tirpiklio kiekį, kaip nurodyta pagal procedūrą (5 pav., c). Ekstrakcijai nebūtina naudoti tikslių tirpiklio kiekių, o tūrius galima išmatuoti graduotu cilindru. Jei pagal procedūrą reikia 20 ml tirpiklio, priimtina, jei kiekvieną kartą naudojama 20-25 ml.
Tirpalų maišymas (vienkartinei ekstrakcijai)
6. Uždėkite kamštį ant piltuvėlio ir laikykite piltuvėlį taip, kad vienos rankos pirštai saugiai uždengtų kamštį, o kita ranka laikykite piltuvėlio dugną (6 pav., a).
7. Atsargiai apverskite piltuvėlį (6 b pav.) ir šiek tiek pasukite mišinį. Nors neretai apverčiant šiek tiek skysčio patenka į šlifuoto stiklo jungtį, jo turėtų būti minimaliai. Jei apverčiant piltuvėlį skystis laša ant pirštų ar pirštinių, greičiausiai kamštis yra netinkamo dydžio.
Tirpalų maišymas (vienkartinei ekstrakcijai)
6. Uždėkite kamštį ant piltuvėlio ir laikykite piltuvėlį taip, kad vienos rankos pirštai saugiai uždengtų kamštį, o kita ranka laikykite piltuvėlio dugną (6 pav., a).
7. Atsargiai apverskite piltuvėlį (6 b pav.) ir šiek tiek pasukite mišinį. Nors neretai apverčiant šiek tiek skysčio patenka į šlifuoto stiklo jungtį, jo turėtų būti minimaliai. Jei apverčiant piltuvėlį skystis laša ant pirštų ar pirštinių, greičiausiai kamštis yra netinkamo dydžio.
8. Maišant tirpalus skiriamajame piltuvėlyje gali susidaryti slėgis, todėl iš karto po maišymo, vis dar apverčiant piltuvėlį, trumpam atidarykite kamštį, kad išsisklaidytų slėgis (6 pav., c). Slėgis piltuvėlyje didėja, nes tirpiklis garuoja į viršutinę erdvę ir prie pradinio ∼1 atmosferos oro slėgio piltuvėlyje prisideda papildomi garai. Naudojant labai lakius tirpiklius (pvz., dietilo eterį), išleidžiant juos iš piltuvėlio, galima išgirsti aiškų "šnypštimą", o nedidelis skysčio kiekis gali net išsiveržti pro kamštį. Jei skystis išsiveržia pro kamštį, pasistenkite leisti jam nutekėti atgal į piltuvą. Triukšmas, susijęs su išleidimu, paprastai liaujasi po antro ar trečio apvertimo, nes viršutinė erdvė prisipildo tirpiklio garų, o slėgis piltuvėlyje ir už jo ribų susilygina.
Saugos pastaba: niekada nenukreipkite kamščio į kitą žmogų, nes gali būti, kad skystis gali ant jo ar jos išsilieti.
9. Uždarykite čiaupą ir maišykite tirpalus šiek tiek energingiau, periodiškai sustodami, kad išleistų orą iš sistemos. Yra įvairių nuomonių dėl to, kaip stipriai ir kiek laiko tirpalai turėtų būti maišomi skiriamuosiuose piltuvuose. Bendruoju atveju turėtų pakakti lengvo 10-20 sekundžių maišymo. Kai kuriuos tirpalus (pvz., dichlormetaną) reikėtų atsargiai ir ne per stipriai maišyti, nes šie tirpalai dažnai sudaro emulsijas (kai tirpalų sąsaja neskaidrėja). Tirpalus, linkusius susidaryti emulsijoms, piltuvėlį reikėtų švelniai supurtyti vieną minutę.
10. Padėkite skiriamąjį piltuvą vertikaliai į žiedinį spaustuvą, kad sluoksniai visiškai atsiskirtų. Sluoksnių sąsaja turėtų nusistovėti gana greitai, dažnai per maždaug 10 sekundžių. Jei sąsaja drumsta arba nėra gerai apibrėžta (susidarė emulsija), patarimų ieškokite trikčių šalinimo skyriuje.
Sluoksnių atskyrimas (vienkartinei ekstrakcijai)
11. Skystis iš atskiriamojo piltuvėlio gerai neišsiskirs, jei kamštis bus uždėtas, nes į piltuvėlį negalės patekti oras, kad pakeistų išstumtą skystį. Jei skystis iš piltuvėlio ištekėtų nepakeistas tokiu pat kiekiu oro, piltuvėlyje susidarytų neigiamas slėgis. Todėl prieš išpilant skystį iš skiriamojo piltuvėlio nuimkite kamštį (7 pav., a).
12. Didžiąją apatinio sluoksnio dalį išpilkite į švarią Erlenmejerio kolbą, žiedinį spaustuką pritvirtinkite taip, kad skiriamojo piltuvėlio antgalis būtų įkištas į Erlenmejerio kolbą, kad būtų išvengta purslų (7 b pav.). Sustabdykite nusausinimą, kai sąsaja yra per 1 cm nuo kamščio dugno.
13. Švelniai pasukite piltuvą, kad išsisklaidytų visi prie stiklo prilipę lašeliai (7 c pav.). Stiklo maišymo lazdele galima numušti užsispyrusius prilipusius lašelius.
14. Toliau nusausinkite apatinį sluoksnį, sustabdydami, kai sąsaja tik patenka į kameroje esantį kamštelį (7 d pav.). Erlenmejerio kolbą paženklinkite etikete (pvz., "apatinis sluoksnis").
Saugos pastaba: niekada nenukreipkite kamščio į kitą žmogų, nes gali būti, kad skystis gali ant jo ar jos išsilieti.
9. Uždarykite čiaupą ir maišykite tirpalus šiek tiek energingiau, periodiškai sustodami, kad išleistų orą iš sistemos. Yra įvairių nuomonių dėl to, kaip stipriai ir kiek laiko tirpalai turėtų būti maišomi skiriamuosiuose piltuvuose. Bendruoju atveju turėtų pakakti lengvo 10-20 sekundžių maišymo. Kai kuriuos tirpalus (pvz., dichlormetaną) reikėtų atsargiai ir ne per stipriai maišyti, nes šie tirpalai dažnai sudaro emulsijas (kai tirpalų sąsaja neskaidrėja). Tirpalus, linkusius susidaryti emulsijoms, piltuvėlį reikėtų švelniai supurtyti vieną minutę.
10. Padėkite skiriamąjį piltuvą vertikaliai į žiedinį spaustuvą, kad sluoksniai visiškai atsiskirtų. Sluoksnių sąsaja turėtų nusistovėti gana greitai, dažnai per maždaug 10 sekundžių. Jei sąsaja drumsta arba nėra gerai apibrėžta (susidarė emulsija), patarimų ieškokite trikčių šalinimo skyriuje.
Sluoksnių atskyrimas (vienkartinei ekstrakcijai)
11. Skystis iš atskiriamojo piltuvėlio gerai neišsiskirs, jei kamštis bus uždėtas, nes į piltuvėlį negalės patekti oras, kad pakeistų išstumtą skystį. Jei skystis iš piltuvėlio ištekėtų nepakeistas tokiu pat kiekiu oro, piltuvėlyje susidarytų neigiamas slėgis. Todėl prieš išpilant skystį iš skiriamojo piltuvėlio nuimkite kamštį (7 pav., a).
12. Didžiąją apatinio sluoksnio dalį išpilkite į švarią Erlenmejerio kolbą, žiedinį spaustuką pritvirtinkite taip, kad skiriamojo piltuvėlio antgalis būtų įkištas į Erlenmejerio kolbą, kad būtų išvengta purslų (7 b pav.). Sustabdykite nusausinimą, kai sąsaja yra per 1 cm nuo kamščio dugno.
13. Švelniai pasukite piltuvą, kad išsisklaidytų visi prie stiklo prilipę lašeliai (7 c pav.). Stiklo maišymo lazdele galima numušti užsispyrusius prilipusius lašelius.
14. Toliau nusausinkite apatinį sluoksnį, sustabdydami, kai sąsaja tik patenka į kameroje esantį kamštelį (7 d pav.). Erlenmejerio kolbą paženklinkite etikete (pvz., "apatinis sluoksnis").
15. Viršutinį sluoksnį iš skiriamojo piltuvėlio viršaus išpilkite į kitą švarią Erlenmejerio kolbą (8 a pav.), dar kartą nepamiršdami šią kolbą paženklinti (8 b pav.). Tinkama technika - apatinį sluoksnį išpilti per užsukamąjį čiaupą, o viršutinį sluoksnį išpilti iš piltuvėlio viršaus. Šis metodas sumažina pakartotinį tirpalų maišymąsi, nes piltuvėlio kotą liečia tik apatinis sluoksnis.
16. Niekada neišmeskite jokių ekstrakcijos skysčių, kol nesate visiškai tikri, kad gavote norimą junginį. Nepageidaujamus sluoksnius galėsite tinkamai išmesti, kai jūsų rankose bus pageidaujamas junginys (pvz., po to, kai rotacinis garintuvas pašalins tirpiklį).
Ekstrakcijos metu padarytas klaidas (pvz., tęsiant ne tą sluoksnį) galima išspręsti, jei tirpalai nebuvo išmesti į atliekų konteinerį! Sluoksnius taip pat reikėtų išsaugoti iki išgarinimo, nes norimas junginys gali būti nelabai tirpus naudojamame tirpiklyje. Jei junginio nepavyko išskleisti viename tirpiklyje, vėliau galima pabandyti naudoti kitą tirpiklį, tačiau tik tuo atveju, jei sluoksniai dar nebuvo išmesti.
Valymas (vienos ekstrakcijos atveju)
Norėdami išvalyti skiriamąjį piltuvą, iš pradžių jį išplaukite acetonu į atliekų konteinerį. Po to piltuvą nuplaukite vandeniu ir muilu prie stalo. Išmontuokite tefloninį kamštį (jei naudojamas). Išplovę distiliuotu vandeniu, leiskite atskirtoms dalims išdžiūti jūsų spintelėje (8 pav., c).
Ekstrakcijos metu padarytas klaidas (pvz., tęsiant ne tą sluoksnį) galima išspręsti, jei tirpalai nebuvo išmesti į atliekų konteinerį! Sluoksnius taip pat reikėtų išsaugoti iki išgarinimo, nes norimas junginys gali būti nelabai tirpus naudojamame tirpiklyje. Jei junginio nepavyko išskleisti viename tirpiklyje, vėliau galima pabandyti naudoti kitą tirpiklį, tačiau tik tuo atveju, jei sluoksniai dar nebuvo išmesti.
Valymas (vienos ekstrakcijos atveju)
Norėdami išvalyti skiriamąjį piltuvą, iš pradžių jį išplaukite acetonu į atliekų konteinerį. Po to piltuvą nuplaukite vandeniu ir muilu prie stalo. Išmontuokite tefloninį kamštį (jei naudojamas). Išplovę distiliuotu vandeniu, leiskite atskirtoms dalims išdžiūti jūsų spintelėje (8 pav., c).
Daugkartinė ekstrakcija.
Šiame skyriuje pateikiamos laipsniškos instrukcijos, kaip vandeninį tirpalą ekstrahuoti organiniu tirpikliu, kurio tankis mažesnis nei vandens (organinis sluoksnis bus viršuje). Kaip pavyzdys, parašyta instrukcija, kaip vandeninį tirpalą ekstrahuoti tris kartus, kiekvieną kartą naudojant 25 ml dietileterio (3×25 ml dietileterio). Pirmųjų dviejų ekstrakcijų procedūrų santrauka pateikta 9 pav. 9. Dvi ekstrakcijos, kai organinis sluoksnis yra viršuje.
.
Ekstrakcija Nr. 1
1. Atlikite vieną ekstrakciją, naudodami maždaug 25 ml dietileterio (tikslus kiekis nebūtinas), kaip aprašyta anksčiau, ir įsitikinkite, kad kiekvienas sluoksnis tinkamai pažymėtas (pvz., "viršutinis organinis sluoksnis" ir "apatinis vandeninis sluoksnis").
Ekstrakcija Nr. 2
2. Vandeninį sluoksnį grąžinkite į skiriamąjį piltuvą. Tarp ekstrakcijų piltuvėlio plauti nereikia.
3. Į skiriamąjį piltuvą įpilkite šviežią 25 ml dietileterio porciją. Užkimškite piltuvą, apverskite ir pakratykite su ventiliacija, tada leiskite sluoksniams atsiskirti.
Šiame etape skiriamajame piltuve turi būti du sluoksniai. Jei dviejų sluoksnių nėra, tikėtina, kad 2 veiksmo metu į piltuvėlį buvo įpiltas ne tas sluoksnis (dažna klaida). Vienas iš būdų patikrinti, ar tai buvo klaida, yra įpilti šiek tiek vandens iš purkštuvo buteliuko. Jei į skiriamąjį piltuvą grąžintas sluoksnis yra organinis sluoksnis (neteisingas), vanduo iš švirkšto buteliuko nesusimaišys su tirpalu, o kris lašeliais į dugną. Jei organinis sluoksnis (neteisingas) atsitiktinai buvo grąžintas į skiriamąjį piltuvėlį, žala nepadaryta, nes organinis sluoksnis tiesiog buvo praskiestas. Supilkite skystį atgal į kolbą, skirtą organiniam sluoksniui, ir vietoj jo į piltuvėlį įpilkite vandeninio tirpalo.
4. Išpilkite apatinį vandeninį sluoksnį į Erlenmejerio kolbą: galima naudoti tą pačią kolbą, kuri buvo naudojama vandeniniam sluoksniui pirmosios ekstrakcijos metu (ji galėjo būti paženklinta užrašu "apatinis vandeninis sluoksnis").
5. Kadangi dažniausiai organinius sluoksnius sujungti reikia kelių ekstrakcijų metu, viršutinį organinį sluoksnį galima išpilti iš skiriamojo piltuvo į tą pačią kolbą, kuri buvo naudojama organiniam sluoksniui pirmosios ekstrakcijos metu (ji gali būti pažymėta kaip "viršutinis organinis sluoksnis"). Šioje kolboje turėtų būti maždaug 50 ml dietileterio, gauto iš dviejų ekstrakcijų.
Ekstrakcija Nr. 3
6. Ekstrakciją pakartokite trečią kartą, į atskiriamąjį piltuvėlį įpilkite antrosios ekstrakcijos vandeninį sluoksnį ir dar vieną šviežią 25 ml dietilo eterio porciją. Užkimškite piltuvą, apverskite ir pakratykite su ventiliacija, tada leiskite sluoksniams atsiskirti.
7. Nusausinkite vandeninį sluoksnį į atitinkamą kolbą, o viršutinį sluoksnį vėl supilkite į organinio sluoksnio kolbą, kurioje turėtų būti maždaug 75 ml dietileterio iš trijų ekstrakcijų.
1. Atlikite vieną ekstrakciją, naudodami maždaug 25 ml dietileterio (tikslus kiekis nebūtinas), kaip aprašyta anksčiau, ir įsitikinkite, kad kiekvienas sluoksnis tinkamai pažymėtas (pvz., "viršutinis organinis sluoksnis" ir "apatinis vandeninis sluoksnis").
Ekstrakcija Nr. 2
2. Vandeninį sluoksnį grąžinkite į skiriamąjį piltuvą. Tarp ekstrakcijų piltuvėlio plauti nereikia.
3. Į skiriamąjį piltuvą įpilkite šviežią 25 ml dietileterio porciją. Užkimškite piltuvą, apverskite ir pakratykite su ventiliacija, tada leiskite sluoksniams atsiskirti.
Šiame etape skiriamajame piltuve turi būti du sluoksniai. Jei dviejų sluoksnių nėra, tikėtina, kad 2 veiksmo metu į piltuvėlį buvo įpiltas ne tas sluoksnis (dažna klaida). Vienas iš būdų patikrinti, ar tai buvo klaida, yra įpilti šiek tiek vandens iš purkštuvo buteliuko. Jei į skiriamąjį piltuvą grąžintas sluoksnis yra organinis sluoksnis (neteisingas), vanduo iš švirkšto buteliuko nesusimaišys su tirpalu, o kris lašeliais į dugną. Jei organinis sluoksnis (neteisingas) atsitiktinai buvo grąžintas į skiriamąjį piltuvėlį, žala nepadaryta, nes organinis sluoksnis tiesiog buvo praskiestas. Supilkite skystį atgal į kolbą, skirtą organiniam sluoksniui, ir vietoj jo į piltuvėlį įpilkite vandeninio tirpalo.
4. Išpilkite apatinį vandeninį sluoksnį į Erlenmejerio kolbą: galima naudoti tą pačią kolbą, kuri buvo naudojama vandeniniam sluoksniui pirmosios ekstrakcijos metu (ji galėjo būti paženklinta užrašu "apatinis vandeninis sluoksnis").
5. Kadangi dažniausiai organinius sluoksnius sujungti reikia kelių ekstrakcijų metu, viršutinį organinį sluoksnį galima išpilti iš skiriamojo piltuvo į tą pačią kolbą, kuri buvo naudojama organiniam sluoksniui pirmosios ekstrakcijos metu (ji gali būti pažymėta kaip "viršutinis organinis sluoksnis"). Šioje kolboje turėtų būti maždaug 50 ml dietileterio, gauto iš dviejų ekstrakcijų.
Ekstrakcija Nr. 3
6. Ekstrakciją pakartokite trečią kartą, į atskiriamąjį piltuvėlį įpilkite antrosios ekstrakcijos vandeninį sluoksnį ir dar vieną šviežią 25 ml dietilo eterio porciją. Užkimškite piltuvą, apverskite ir pakratykite su ventiliacija, tada leiskite sluoksniams atsiskirti.
7. Nusausinkite vandeninį sluoksnį į atitinkamą kolbą, o viršutinį sluoksnį vėl supilkite į organinio sluoksnio kolbą, kurioje turėtų būti maždaug 75 ml dietileterio iš trijų ekstrakcijų.
Problemų sprendimas.
Šiame skyriuje aprašomos dažniausiai pasitaikančios ekstrakcijos problemos ir jų sprendimo būdai.Yra tik vienas sluoksnis
Dažniausia priežastis, kodėl skiriamajame piltuve yra tik vienas sluoksnis, nors turėtų būti du (kaip ir tada, kai procedūroje nurodyta "atskirti sluoksnius"), yra padaryta klaida. Tikėtina, kad į skiriamąjį piltuvą buvo įdėtas ne tas sluoksnis, pavyzdžiui, vietoj vandeninio sluoksnio nesąmoningai buvo įdėtas organinis sluoksnis. Kai į organinį sluoksnį skiriamajame piltuve įpilama organinio tirpiklio, gaunamas tik vienas sluoksnis. Klaidą galima ištaisyti tol, kol sluoksniai dar neišmesti! Jei į piltuvėlį bus įpiltas tinkamas sluoksnis, viskas pavyks taip, kaip planuota. Kad ateityje išvengtumėte šios klaidos, būtinai paženklinkite Erlenmejerio kolbas. Be to, niekada neišmeskite sluoksnio, kol nesate visiškai tikri, kad viską padarėte teisingai.
Kartais priežastis, dėl kurios skiriamajame piltuve susidaro tik vienas sluoksnis, yra ta, kad yra daug junginių, kurie tirpsta abiejuose tirpikliuose, pavyzdžiui, jei yra daug etanolio, kuris gerai tirpsta ir vandeniniuose, ir organiniuose tirpikliuose. Tokiu atveju geriausia prieš ekstrahavimą pašalinti probleminį junginį (t. y. etanolį) sukamuoju garintuvu.
Yra trys sluoksniai
Dažniausia trijų sluoksnių susidarymo skiriamajame piltuve priežastis yra netinkamas maišymas (10 a pav.). Jei piltuvėlį stipriau pakratysime, jis greičiausiai nusės į du sluoksnius (10 b pav.). Taip pat gali būti, kad vidurinis trečiasis sluoksnis yra emulsija, kai du sluoksniai nėra visiškai atskirti.
Dažniausia priežastis, kodėl skiriamajame piltuve yra tik vienas sluoksnis, nors turėtų būti du (kaip ir tada, kai procedūroje nurodyta "atskirti sluoksnius"), yra padaryta klaida. Tikėtina, kad į skiriamąjį piltuvą buvo įdėtas ne tas sluoksnis, pavyzdžiui, vietoj vandeninio sluoksnio nesąmoningai buvo įdėtas organinis sluoksnis. Kai į organinį sluoksnį skiriamajame piltuve įpilama organinio tirpiklio, gaunamas tik vienas sluoksnis. Klaidą galima ištaisyti tol, kol sluoksniai dar neišmesti! Jei į piltuvėlį bus įpiltas tinkamas sluoksnis, viskas pavyks taip, kaip planuota. Kad ateityje išvengtumėte šios klaidos, būtinai paženklinkite Erlenmejerio kolbas. Be to, niekada neišmeskite sluoksnio, kol nesate visiškai tikri, kad viską padarėte teisingai.
Kartais priežastis, dėl kurios skiriamajame piltuve susidaro tik vienas sluoksnis, yra ta, kad yra daug junginių, kurie tirpsta abiejuose tirpikliuose, pavyzdžiui, jei yra daug etanolio, kuris gerai tirpsta ir vandeniniuose, ir organiniuose tirpikliuose. Tokiu atveju geriausia prieš ekstrahavimą pašalinti probleminį junginį (t. y. etanolį) sukamuoju garintuvu.
Yra trys sluoksniai
Dažniausia trijų sluoksnių susidarymo skiriamajame piltuve priežastis yra netinkamas maišymas (10 a pav.). Jei piltuvėlį stipriau pakratysime, jis greičiausiai nusės į du sluoksnius (10 b pav.). Taip pat gali būti, kad vidurinis trečiasis sluoksnis yra emulsija, kai du sluoksniai nėra visiškai atskirti.
Sąsajoje yra netirpios medžiagos.
Nedidelis kiekis netirpios plėvelės tarp dviejų sluoksnių nėra neįprastas reiškinys ekstrakcijos metu. Polimerinės medžiagos paprastai lieka tarp sluoksnių, nes tirpiklio sąveika sąsajoje yra minimali. Dėl nedidelės plėvelės nereikia nerimauti, nes jei nedidelis jos kiekis patenka į organinį sluoksnį, vėliau džiovinant ir filtruojant ji dažnai pašalinama.
Sąsaja nematoma.
Kartais atskiriamajame piltuvėlyje esantys junginiai būna tokie tamsūs, kad užstoja dviejų sluoksnių sąsają. Jei taip atsitinka, yra keletas metodų, kurie gali padėti pamatyti sąsają. Vienas iš jų - palaikyti skiriamąjį piltuvėlį prieš šviesą arba pašviesti į stiklą žibintuvėliu (11 b pav.). Papildoma šviesa kartais leidžia pamatyti sąsają. Antrasis metodas - atidžiai stebėti sluoksnius pakreipiant piltuvėlį pirmyn ir atgal į šoną (11 c pav.). Akis kartais gali pastebėti subtilius skysčių tekėjimo skirtumus. Trečiasis metodas - į piltuvėlį įpilti šiek tiek daugiau tirpiklio, kad šiek tiek praskiestumėte vieną iš sluoksnių, arba įpilti kito tirpiklio, kad pasikeistų lūžio rodiklis.
Sluoksniai blogai atsiskiria (susidaro emulsija)
)
Emulsijos gali susidaryti dėl kelių priežasčių.
1. Kiekvieno sluoksnio tankis gali būti toks panašus, kad skysčiams atsiskirti yra silpna motyvacija.2. Gali būti į muilą panašių junginių ar kitų emulsiklių, kurie ištirpina kai kuriuos komponentus vienas kitame.
Emulsijas gali būti labai sunku ištaisyti, todėl geriausia, jei pirmiausia jų išvengiama, švelniai kratant emulsijas linkusius sukelti tirpalus (pvz., dichlormetaną su labai šarminiais arba tirštais tirpalais) skiriamajame piltuve. Vis dėlto, jei emulsija vis dėlto susidaro, yra keletas būdų, kaip bandyti ją išsklaidyti.
- a) Jei emulsijos švelnios, švelniai suvirpinkite sluoksnius ir pabandykite stikline maišykle numušti suspenduotus lašelius.
- b) Jei įmanoma, leiskite tirpalui kurį laiką nusistovėti (net iki kitos laboratorinės pamokos). Praėjus pakankamai laiko, kai kurie tirpalai nusistovi savaime. Žinoma, tai gali būti nepraktiška.
- c) Mažiems tūriams tirti naudokite centrifugą, jei tokią turite. Centrifuga pagreitina procesą, kai emulsija nusistovi savaime. Nepamirškite, kad centrifuga turi būti subalansuota, nes kitaip ji gali virpėti nuo stalviršio. Padalykite tirpalus po lygiai, į centrifugos vidų priešais vienas kitą įdėdami vienodo tūrio mėgintuvėlius.
- d) Jei emulsija susidaro dėl to, kad dviejų sluoksnių tankis panašus, pabandykite pakeisti kiekvieno sluoksnio tankį, kad jie labiau skirtųsi. Kad emulsija būtų skaidresnė, pabandykite sumažinti viršutinio sluoksnio tankį arba padidinti apatinio sluoksnio tankį. Pavyzdžiui, jei emulsija susidaro iš etilacetato (viršutinis sluoksnis) ir vandeninio tirpalo (apatinis sluoksnis), įpilkite šiek tiek NaCl. NaCl ištirps vandeniniame sluoksnyje ir padidins vandeninio tirpalo tankį. Arba įpilkite papildomai etilacetato, kuris praskiedžia organinį sluoksnį ir sumažina jo tankį. Kraštutiniu atveju įpilkite šiek tiek pentano, kuris susimaišys su viršutiniu organiniu sluoksniu ir sumažins jo tankį (pentanas yra vienas iš mažiausiai tankių organinių tirpiklių). Pentano pridedama tik paskutinė priemonė, nes jis neigiamai paveiks organinio sluoksnio gebėjimą išskirti šiek tiek polinius junginius.
Jei susidaro emulsija su vandeniniu tirpalu (viršutinis sluoksnis) ir dichlormetanu (apatinis sluoksnis), įpilkite šiek tiek vandens iš buteliuko, kad praskiestumėte viršutinį sluoksnį ir sumažintumėte jo tankį. Šis metodas puikiai pasiteisino, kad emulsija, pateikta 13 c pav. - c) Pabandykite sumažinti vieno komponento tirpumą kitame komponente. Vienas iš metodų - į atskiriamąjį piltuvą įpilti NaCl arba NH4Cl, kuris ištirpsta vandeniniame sluoksnyje ir sumažina organinių junginių gebėjimą tirpti vandenyje ("pasūdymas").
Ekstrakcija rūgštimis ir šarmais
Kaip jos veikia.
Anksčiau šiame skyriuje aptartų ekstrakcijų modifikacija yra cheminės reakcijos atlikimas skiriamajame piltuve, siekiant pakeisti poliškumą, taigi ir junginio pasiskirstymą vandeniniame ir organiniame sluoksniuose. Įprastas metodas yra rūgščių ir šarmų reakcija, kuri kai kuriuos junginius iš neutralių gali paversti joninėmis formomis (arba atvirkščiai).
Pavyzdžiui, įsivaizduokite, kad benzenkarboksirūgšties ir cikloheksano mišinys yra ištirpintas organiniame tirpiklyje, pavyzdžiui, etilacetate, skiriamajame piltuve. Norint atskirti komponentus, benzenkarboksirūgštį galima bandyti plauti vandeniu, tačiau benzenkarboksirūgštis dėl savo nepolinio aromatinio žiedo ne itin gerai tirpsta vandenyje, todėl į vandeninį sluoksnį būtų išskirtas tik nedidelis jos kiekis (14 pav., a).
Pavyzdžiui, įsivaizduokite, kad benzenkarboksirūgšties ir cikloheksano mišinys yra ištirpintas organiniame tirpiklyje, pavyzdžiui, etilacetate, skiriamajame piltuve. Norint atskirti komponentus, benzenkarboksirūgštį galima bandyti plauti vandeniu, tačiau benzenkarboksirūgštis dėl savo nepolinio aromatinio žiedo ne itin gerai tirpsta vandenyje, todėl į vandeninį sluoksnį būtų išskirtas tik nedidelis jos kiekis (14 pav., a).
Tačiau benzenkarboksirūgšties ir cikloheksano mišinio atskyrimas įmanomas plaunant su baze, pavyzdžiui, NaOH. Dėl savo rūgštinės prigimties benzenkarboksirūgštis gali reaguoti su NaOH taip, kad susidarytų karboksilato druska natrio benzoatas.
Karboksirūgščių tirpumo savybės iš esmės skiriasi nuo jų atitinkamų karboksilato druskų. Natrio salicilatas dėl savo joninės prigimties vandenyje tirpsta maždaug 350 kartų geriau nei salicilo rūgštis (15 pav.), o organiniuose tirpikliuose, pavyzdžiui, dietileteryje, jis yra gana netirpus.
Todėl plaunant NaOH benzenkarboksirūgštis virstų jonine karboksilato forma, kuri būtų geriau tirpi vandeniniame sluoksnyje, todėl natrio benzoatas galėtų būti išskirtas į vandeninį sluoksnį. Cikloheksanas liktų organiniame sluoksnyje, nes jis neturi jokio ryšio su vandenine faze ir niekaip negali reaguoti su NaOH. Tokiu būdu galima atskirti benzenkarboksirūgšties ir cikloheksano mišinį (14 b pav.). Vandeninį sluoksnį vėliau galima parūgštinti HCl(aq), jei norima, kad benzenkarboksirūgštis vėl taptų neutrali.
Plovimas natrio bikarbonatu
Karboksirūgščių išskyrimui iš organinio sluoksnio į vandeninį sluoksnį galima naudoti rūgštinę-bazinę ekstrakciją. Kaip aptarta ankstesniame skyriuje, NaOH gali būti naudojamas karboksirūgščiai paversti į vandenyje tirpesnę joninę karboksilato formą. Tačiau jei mišinyje yra norimo junginio, kuris gali reaguoti su NaOH, reikėtų naudoti švelnesnę bazę, pavyzdžiui, natrio bikarbonatą. Vyksta panaši reakcija.
Plovimas natrio bikarbonatu
Karboksirūgščių išskyrimui iš organinio sluoksnio į vandeninį sluoksnį galima naudoti rūgštinę-bazinę ekstrakciją. Kaip aptarta ankstesniame skyriuje, NaOH gali būti naudojamas karboksirūgščiai paversti į vandenyje tirpesnę joninę karboksilato formą. Tačiau jei mišinyje yra norimo junginio, kuris gali reaguoti su NaOH, reikėtų naudoti švelnesnę bazę, pavyzdžiui, natrio bikarbonatą. Vyksta panaši reakcija.
Vienas iš skirtumų, kai vietoj NaOH naudojama bazė NaHCO3, yra tas, kad šalutinis produktas angliarūgštė (H2CO3) gali skaidytis į vandenį ir anglies dioksido dujas. Maišant rūgštinį tirpalą su natrio bikarbonatu skiriamajame piltuvėlyje, reikia stengtis švelniai sukti ir dažniau leisti orą, kad išsiskirtų dujų slėgis.
Reakcijos, kurios metu dažnai plaunamas natrio bikarbonatas, pavyzdys yra Fišerio esterinimo reakcija. Demonstruojant, benzenkarboksirūgštis buvo refliuksuota etanolyje kartu su koncentruota sieros rūgštimi, kad susidarytų etilo benzoatas (16 a ir b pav.). Reakcijos mišinio TLC plokštelėje po 1 valandos refliukso buvo matyti nesureagavusios karboksirūgšties likučiai (16 c pav.), o tai nėra neįprasta dėl šios reakcijos energijos.
Reakcijos, kurios metu dažnai plaunamas natrio bikarbonatas, pavyzdys yra Fišerio esterinimo reakcija. Demonstruojant, benzenkarboksirūgštis buvo refliuksuota etanolyje kartu su koncentruota sieros rūgštimi, kad susidarytų etilo benzoatas (16 a ir b pav.). Reakcijos mišinio TLC plokštelėje po 1 valandos refliukso buvo matyti nesureagavusios karboksirūgšties likučiai (16 c pav.), o tai nėra neįprasta dėl šios reakcijos energijos.
Karboksirūgšties likučius iš norimo esterio produkto galima pašalinti naudojant rūgštinę-bazinę ekstrakciją skiriamajame piltuve. Plaunant natrio bikarbonatu, benzenkarboksirūgštis paverčiama į vandenyje tirpesnę natrio benzoato formą ir ekstrahuojama į vandeninį sluoksnį (17 pav.). Be to, natrio bikarbonatas neutralizuoja šios reakcijos katalizinę rūgštį.
Šiame procese geriau naudoti natrio bikarbonatą, o ne NaOH, nes jis yra daug silpnesnė bazė; plovimas NaOH gali sukelti esterio produkto hidrolizę.
Rūgščių ir bazių mišiniai
Kaip jau buvo aptarta anksčiau, junginių rūgščių ir bazių savybės gali būti panaudotos tam tikriems junginiams selektyviai ekstrahuoti iš mišinių. Šią strategiją galima taikyti ir kitiems pavyzdžiamsRūgščių ir bazių mišiniai
Bazių išskyrimas
Bazinius junginius, pavyzdžiui, aminus, galima ekstrahuoti iš organinių tirpalų kratant juos rūgštiniais tirpalais, kad jie virstų vandenyje tirpesnėmis druskomis. Tokiu būdu jie gali būti ekstrahuojami iš organinio sluoksnio į vandeninį sluoksnį.Karboksirūgščių ir fenolių ekstrahavimas
Kaip jau buvo aptarta, karboksirūgštys gali būti ekstrahuojamos iš organinio sluoksnio į vandeninį sluoksnį, kratant jas baziniais tirpalais, kurie paverčia jas vandenyje tirpesnėmis druskomis.
Kaip jau buvo aptarta, karboksirūgštys gali būti ekstrahuojamos iš organinio sluoksnio į vandeninį sluoksnį, kratant jas baziniais tirpalais, kurie paverčia jas vandenyje tirpesnėmis druskomis.
Panaši reakcija vyksta ir su fenolais (PhOH), ir juos taip pat galima ekstrahuoti į vandeninį NaOH sluoksnį (18 pav., a).
Tačiau fenoliai yra gerokai mažiau rūgštūs nei karboksirūgštys ir nėra pakankamai rūgštūs, kad visiškai sureaguotų su silpnesne baze NaHCO3. Todėl fenolių ir karboksirūgščių mišiniams atskirti galima naudoti bikarbonato tirpalą (18 b pav.).
Tačiau fenoliai yra gerokai mažiau rūgštūs nei karboksirūgštys ir nėra pakankamai rūgštūs, kad visiškai sureaguotų su silpnesne baze NaHCO3. Todėl fenolių ir karboksirūgščių mišiniams atskirti galima naudoti bikarbonato tirpalą (18 b pav.).
Rūgščių, bazių ir neutralių junginių ekstrakcija
Anksčiau aptartos rūgščių ir bazių savybės leidžia mišinį, kuriame yra rūgštinių (pvz., RCO2H), bazinių (pvz., RNH2) ir neutralių komponentų, išgryninti ekstrahuojant, kaip parodyta 19 pav.
Anksčiau aptartos rūgščių ir bazių savybės leidžia mišinį, kuriame yra rūgštinių (pvz., RCO2H), bazinių (pvz., RNH2) ir neutralių komponentų, išgryninti ekstrahuojant, kaip parodyta 19 pav.
Daroma prielaida, kad skaitytojai, atliekantys tokio tipo eksperimentą, yra susipažinę su vienkartinės ir daugkartinės ekstrakcijos atlikimu. Šiame skyriuje aprašomi bendrųjų ekstrakcijos procedūrų ir 19 pav. apibendrinto proceso skirtumai.
1. Rūgščiojo komponento išskyrimas:
a) Kai rūgštinis komponentas yra Erlenmejerio kolboje esančiame vandeniniame sluoksnyje, jį galima paversti atgal neutraliu komponentu įpilant 2M HCl(aq), kol tirpalo pH bus 3-4 (nustatyta pH popieriumi). Jei yra didelis rūgšties kiekis, todėl rūgštinimui reikėtų per didelio 2M HCl(aq) tūrio, vietoj to galima lašinti koncentruotą HCl(aq). Mažesnės Hcl(aq) koncentracijos yra mažiau pavojingos, tačiau padidinus vandeninio sluoksnio tūrį dideliu kiekiu, tai turėtų įtakos tolesnių ekstrahavimo ir filtravimo etapų veiksmingumui.
b) Po parūgštinimo, priklausomai nuo to, ar rūgštinis komponentas yra kietas, ar skystas, galima pasirinkti du kelius.
1. Rūgščiojo komponento išskyrimas:
a) Kai rūgštinis komponentas yra Erlenmejerio kolboje esančiame vandeniniame sluoksnyje, jį galima paversti atgal neutraliu komponentu įpilant 2M HCl(aq), kol tirpalo pH bus 3-4 (nustatyta pH popieriumi). Jei yra didelis rūgšties kiekis, todėl rūgštinimui reikėtų per didelio 2M HCl(aq) tūrio, vietoj to galima lašinti koncentruotą HCl(aq). Mažesnės Hcl(aq) koncentracijos yra mažiau pavojingos, tačiau padidinus vandeninio sluoksnio tūrį dideliu kiekiu, tai turėtų įtakos tolesnių ekstrahavimo ir filtravimo etapų veiksmingumui.
b) Po parūgštinimo, priklausomai nuo to, ar rūgštinis komponentas yra kietas, ar skystas, galima pasirinkti du kelius.
- Jei parūgštinus joninę druską susidaro kietasis kūnas, jį galima surinkti filtruojant siurbimo būdu. Šis metodas turėtų būti naudojamas tik tuo atveju, jei pastebimi dideli didelio dydžio kristalų kiekiai. Jei susidaro smulkūs kristalai (o tai pasitaiko gana dažnai), jie užkimš filtravimo popierių ir trukdys tinkamai nutekėti. Jei matomas tik nedidelis kietosios medžiagos kiekis, palyginti su teoriniu kiekiu, tikėtina, kad junginys gana gerai tirpsta vandenyje, ir filtravimas lems mažą regeneraciją.
- Jei parūgštinus nesusidaro kietosios medžiagos (arba jei susidaro smulkūs kristalai ar nedidelis kiekis kietosios medžiagos), rūgštinį komponentą ekstrahuokite atgal į organinį tirpiklį (×3). Bendroji taisyklė yra ta, kad ekstrakcijai naudokite trečdaliu didesnį tirpiklio kiekį nei pradinis sluoksnis (pvz., jei naudojate 100 ml vandeninio tirpalo, kiekvieną kartą ekstrahuokite 33 ml organinio tirpiklio). Prieš ekstrahavimą vandeninį tirpalą būtinai pirmiausia atvėsinkite ledo vonelėje, jei rūgštinimas sukėlė pastebimą karštį. Jei naudojate dietileterį arba etilacetatą, toliau plaukite sūrymu (×1), džiovinkite džiovintuvu ir pašalinkite tirpiklį rotaciniu garintuvu, kad liktų grynas rūgštinis komponentas.
2. Bazinio komponento išskyrimas:
Naudokite panašų procesą kaip ir rūgštinio komponento išskyrimui, tik bazuokite tirpalą naudodami 2M NaOH(aq), kol jo pH, nustatytas pH popieriumi, bus 9-10.
3. Neutralaus komponento išskyrimas:
Neutralusis komponentas bus organiniame sluoksnyje esantis "likęs" junginys. Norėdami izoliuoti, jei naudojate dietileterį arba etilacetatą, nuplaukite sūrymu (×1), išdžiovinkite džiovintuvu ir pašalinkite tirpiklį rotaciniu garintuvu, kad liktų grynas neutralusis komponentas.
Naudokite panašų procesą kaip ir rūgštinio komponento išskyrimui, tik bazuokite tirpalą naudodami 2M NaOH(aq), kol jo pH, nustatytas pH popieriumi, bus 9-10.
3. Neutralaus komponento išskyrimas:
Neutralusis komponentas bus organiniame sluoksnyje esantis "likęs" junginys. Norėdami izoliuoti, jei naudojate dietileterį arba etilacetatą, nuplaukite sūrymu (×1), išdžiovinkite džiovintuvu ir pašalinkite tirpiklį rotaciniu garintuvu, kad liktų grynas neutralusis komponentas.
Išvada.
Ekstrakcijos metodai naudojami kai kurioms medžiagoms iš mišinio išgauti. Šios medžiagos gali būti bazinės, rūgštinės arba neutralios (polinės arba nepolinės). Pavyzdžiui, šis metodas naudojamas amfetamino gamybos metu dekantavimo etape: viršutinį sluoksnį, kuriame yra amfetamino bazės, surinkti į alkoholį. Jį galima šiek tiek išdžiovinti bevandeniu magnio sulfatu, o šlaką papildomai ekstrahuoti nepoliniu tirpikliu (eteriu, benzenu, toluenu), tada tirpiklis išgarinamas. Mefedrono gamyba apima manipuliacijas su skiriamuoju piltuvėliu ir ekstrakciją. Be to, rūgštinė-bazinė ekstrakcija naudojama gryninant kai kurias psichoaktyviąsias medžiagas nuo priemaišų.
Attachments
Last edited: