Ekstrakcijas teorija.
"Ekstrakcija" attiecas uz savienojuma(-u) pārvietošanu no cietas vielas vai šķidruma citā šķīdinātājā vai fāzē. Kad tējas maisiņu pievieno karstam ūdenim, savienojumi, kas ir atbildīgi par tējas garšu un krāsu, tiek ekstrahēti no biezumiem ūdenī. Bezkofeīna kafiju gatavo, izmantojot šķīdinātājus vai superkritisko oglekļa dioksīdu, lai no kafijas pupiņām iegūtu kofeīnu. Ķīmijas laboratorijā visbiežāk izmanto šķidruma-šķidruma ekstrakciju, kas notiek dalāmajā piltuvē. Piltuvē ievieto šķīdumu, kas satur izšķīdušas sastāvdaļas, un pievieno nesajaucamu šķīdinātāju, tādējādi veidojas divi slāņi, kurus sakrata kopā. Visbiežāk viens slānis ir ūdens, bet otrs - organiskais šķīdinātājs. Komponenti tiek "ekstrahēti", kad tie pāriet no viena slāņa uz otru. Atdalāmās piltuves forma ļauj efektīvi notecināt un atdalīt abus slāņus.
attēls Ekstrakcijas shēma
Savienojumi pārvietojas no viena šķidruma uz otru atkarībā no to relatīvās šķīdības katrā šķidrumā. Īss norādījums par šķīdību ir princips "līdzīgs šķīst līdzīgi", kas nozīmē, ka nepolārie savienojumi viegli ekstrahējami nepolāros šķīdinātājos (un otrādi). Savienojumiem, kas nosaka tējas garšu un krāsu, jābūt polāriem, ja tie viegli ekstrahējas karstā ūdenī. Ja dalāmajā piltuvē ļauj izlīdzināties starp diviem šķidrumiem, lielākā daļa savienojuma bieži vien nonāk tajā slānī, kurā tas šķīst labāk.
attēls. 2. attēls
Ekstrakcijas procedūras soli pa solim.
Viena ekstrakcija.
Šajā sadaļā attēlotie attēli parāda metilsarkanā (krāsainais savienojums, 3. attēls) vienreizēju ekstrakciju no ūdens šķīduma (apakšējais slānis) 25 ml etilacetāta (augšējais slānis). Sākotnēji ūdens šķīdumam ir sārta krāsa, jo skābos šķīdumos metilsarkanais parādās sarkans (ūdens šķīdums tika pagatavots no 50 ml ūdens, 5 pilieniem 0,1 MHCl un 5 pilieniem 1% metilsarkanā indikatora šķīduma). Metilsarkanajam ir liels sadalījuma koeficients, un šajā procesā tas tiek ekstrahēts no ūdens slāņa etilacetātā.
Metilsarkanā (krāsainā savienojuma) ekstrakcijas gaita no skābā ūdens slāņa (apakšā) uz organisko slāni (augšā). Inversijas tika veiktas lēni, lai redzētu pakāpenisku ekstrakciju. Pat viegli maisot, metilsarkanais ekstrahējas strauji.
Iestatīšanas sagatavošana (vienreizējai ekstrakcijai)
1. Iegūstiet dalāmo piltuvi (4. a attēls).- a) Ja dalāmai piltuvei ir teflona aizbīdnis, no jauna samontējiet aizbīdni, ja tā tika izjaukta, lai žāvētu, izvietojot detaļas atbilstošā secībā (4. b attēls). Pārliecinieties, ka teflona aizbīdnis ir mēreni cieši piestiprināts, lai to varētu viegli pagriezt, bet tas nav tik vaļīgs, lai šķidrums varētu sūkties ap savienojumu.
- b) Ja izmantojat stikla aizbīdni (4. attēls, c), tam, visticamāk, nav nepieciešama papildu sagatavošana. Jāizmanto ļoti plāns smērvielas slānis, lai noslēgtu aizbīdni un novērstu aizsalšanu. Ja ir pieejami gan stikla, gan teflona aizbīdņi, teflons ir labāka izvēle, jo vienmēr pastāv iespēja, ka šķīdinātājs var izšķīdināt smērvielu, ko izmanto stikla aizbīdņiem, un piesārņot paraugu.
- c) Iegādājieties arī aizbāzni (teflona vai slīpēta stikla), kas labi iekļaujas piltuves augšējā savienojumā (4. a attēls).
2. Ievietojiet dalāmo piltuvi gredzenveida skavā, kas piestiprināta pie gredzenveida statīva vai režģa. Piltuves ir viegli salauzt, tāpēc mīkstiniet piltuvi metāla skavā, izmantojot sagrieztas gumijas vai plastmasas caurulītes gabaliņus (4. attēls, d).
Pievienojiet šķīdumus (vienreizējai ekstrakcijai)
3. Pirms ielejat jebko dalāmajā piltuvē, pārliecinieties, ka aizbīdnis ir "aizvērtā" stāvoklī, kad aizbīdnis ir horizontāli (5. attēls, a). Pirms iepildīšanas vienmēr novietojiet Erlenmeijera kolbu zem dalāmās piltuves (5. b attēls). Tā var uztvert šķidrumu, ja aizbīdnis nejauši paliek atvērts vai ja aizbīdnis ir vaļīgs un šķidrums netīšām noplūst cauri.
4. Izmantojot piltuvi, ielej ekstrahējamo šķidrumu dalāmajā piltuvē (5. b attēls). Sadalošo piltuvi nekad nedrīkst izmantot ar karstu vai siltu šķidrumu. Slīpēta stikla savienojums atdalāmās piltuves augšpusē biežāk pielīp pie aizbāžņa, ja savienojumā kādā brīdī ir bijis šķidrums. Ielejot šķidrumu dalāmajā piltuvē, izmantojot piltuvi ar īsu kātu, izvairoties no savienojuma samērcēšanas, lai maisīšanas laikā tas mazāk sasaltu.
3. Pirms ielejat jebko dalāmajā piltuvē, pārliecinieties, ka aizbīdnis ir "aizvērtā" stāvoklī, kad aizbīdnis ir horizontāli (5. attēls, a). Pirms iepildīšanas vienmēr novietojiet Erlenmeijera kolbu zem dalāmās piltuves (5. b attēls). Tā var uztvert šķidrumu, ja aizbīdnis nejauši paliek atvērts vai ja aizbīdnis ir vaļīgs un šķidrums netīšām noplūst cauri.
4. Izmantojot piltuvi, ielej ekstrahējamo šķidrumu dalāmajā piltuvē (5. b attēls). Sadalošo piltuvi nekad nedrīkst izmantot ar karstu vai siltu šķidrumu. Slīpēta stikla savienojums atdalāmās piltuves augšpusē biežāk pielīp pie aizbāžņa, ja savienojumā kādā brīdī ir bijis šķidrums. Ielejot šķidrumu dalāmajā piltuvē, izmantojot piltuvi ar īsu kātu, izvairoties no savienojuma samērcēšanas, lai maisīšanas laikā tas mazāk sasaltu.
Ielej ekstrakcijas šķīdinātāja daudzumu dalāmajā piltuvē, kā norādīts procedūrā (5. attēls, c). Ekstrakcijai nav nepieciešams izmantot precīzus šķīdinātāja daudzumus, un tilpumus var izmērīt graduētajā cilindrā. Ja procedūra paredz 20 ml šķīdinātāja, ir pieņemami, ja katru reizi tiek izmantoti 20-25 ml šķīdinātāja.
Šķīdumu sajaukšana (vienreizējai ekstrakcijai)
6. Uzlieciet aizbāzni uz piltuves un turiet piltuvi tā, lai vienas rokas pirksti droši nosegtu aizbāzni, bet otra roka satver piltuves dibenu (6. a attēls).
7. Viegli apgrieziet piltuvi (6. b attēls) un nedaudz pagrieziet maisījumu. Lai gan nav nekas neparasts, ka, apvēršot piltuvi, nedaudz šķidruma ieplūst malta stikla savienojumā, tam jābūt minimālam. Ja, apgriežot piltuvi, šķidrums pilas uz pirkstiem vai cimdiem, iespējams, ka aizbāžnis ir nepareiza izmēra.
Šķīdumu sajaukšana (vienreizējai ekstrakcijai)
6. Uzlieciet aizbāzni uz piltuves un turiet piltuvi tā, lai vienas rokas pirksti droši nosegtu aizbāzni, bet otra roka satver piltuves dibenu (6. a attēls).
7. Viegli apgrieziet piltuvi (6. b attēls) un nedaudz pagrieziet maisījumu. Lai gan nav nekas neparasts, ka, apvēršot piltuvi, nedaudz šķidruma ieplūst malta stikla savienojumā, tam jābūt minimālam. Ja, apgriežot piltuvi, šķidrums pilas uz pirkstiem vai cimdiem, iespējams, ka aizbāžnis ir nepareiza izmēra.
8. Šķīdumu sajaukšanas laikā dalāmajā piltuvē var izveidoties spiediens, tāpēc tūlīt pēc maisīšanas, piltuvei paliekot apgrieztai, piltuvi "atgaisa", uz īsu brīdi atverot aizbīdni, lai atbrīvotos spiediens (6. attēls, c). Spiediens piltuvē palielinās, jo šķīdinātājs iztvaiko augšējā telpā un papildina sākotnējo ∼1 atmosfēras gaisa spiedienu piltuvē. Ja šķīdinātāji ir ļoti gaistoši (piemēram, dietilēteris), izlaišanas brīdī var dzirdēt skaidru "švīkšķi", un neliels šķidruma daudzums var pat izšļakstīties caur aizbīdni. Ja šķidrums izplūst no aizbīdņa, mēģiniet ļaut tam aizplūst atpakaļ piltuvē. Parasti trokšņi, kas saistīti ar izlaišanu, parasti beidzas pēc otrās vai trešās inversijas, jo augšējā telpa piesātinās ar šķīdinātāja tvaikiem un izlīdzinās spiediens piltuves iekšpusē un ārpusē.
Drošības piezīme: nekad nenovērsiet aizbīdni pret kādu personu, kad izlaižat šķidrumu, jo šķidrums var uzšļakstīties uz šīs personas.
9. Aizveriet aizbīdni un nedaudz enerģiskāk samaisiet šķīdumus, periodiski apstājoties, lai sistēmu izvēdinātu. Pastāv dažādi viedokļi par to, cik enerģiski šķīdumi jāsajauc dalāmajās piltuvēs un cik ilgi. Vispārīgi var teikt, ka pietiek ar 10-20 sekunžu vieglu sajaukšanu. Ar dažiem šķīdumiem (piemēram, dihlormetānu) jāuzmanās, lai kratīšana nebūtu pārāk spēcīga, jo šie šķīdumi bieži veido emulsijas (kad šķīdumu saskarne nav dzidra). Ar šķīdumiem, kuros mēdz veidoties emulsijas, piltuvi viegli krata vienu minūti.
10. Novietojiet dalāmo piltuvi vertikāli gredzenveida skavā, lai ļautu slāņiem pilnībā atdalīties. Slāņu saskarnei vajadzētu samērā ātri nosēsties, bieži vien apmēram 10 sekunžu laikā. Ja saskarne ir duļķaina vai nav labi izteikta (ir izveidojusies emulsija), skatiet padomus sadaļā par problēmu novēršanu.
Slāņu atdalīšana (vienreizējai ekstrakcijai)
11. Šķidrums no dalāmās piltuves labi neizsūcas, ja aizbāžnis paliek aizlikts, jo piltuvē nevar iekļūt gaiss, lai aizstātu izspiesto šķidrumu. Ja šķidrums no piltuves aizplūstu, neaizstājoties ar vienādu gaisa daudzumu, piltuvē veidotos negatīvs spiediens. Tāpēc pirms šķidruma iztukšošanas no dalāmās piltuves noņem aizbāzni (7. a attēls).
12. Lielāko apakšējā slāņa daļu iztukšojiet tīrā Erlenmeijera kolbā, novietojot gredzenveida skavu tā, lai dalāmās piltuves gals būtu ievietots Erlenmeijera kolbā, lai novērstu šļakstīšanos (7. b attēls). Pārtrauciet notecināšanu, kad saskarne ir 1 cm attālumā no aizbāžņa dibena.
13. Viegli pagriezt piltuvi, lai izspraustu visus pilienus, kas pieķērušies pie stikla (7. attēls, c). Var izmantot stikla maisīšanas stieni, lai notriektu spītīgi pielipušos pilienus.
14. Turpiniet nosusināt apakšējo slāni, apstājoties, kad saskarne tikko ieplūst aizbīdņa kamerā (7. attēls, d). Erlenmeijera kolbu marķējiet (piemēram, "apakšējais slānis").
Drošības piezīme: nekad nenovērsiet aizbīdni pret kādu personu, kad izlaižat šķidrumu, jo šķidrums var uzšļakstīties uz šīs personas.
9. Aizveriet aizbīdni un nedaudz enerģiskāk samaisiet šķīdumus, periodiski apstājoties, lai sistēmu izvēdinātu. Pastāv dažādi viedokļi par to, cik enerģiski šķīdumi jāsajauc dalāmajās piltuvēs un cik ilgi. Vispārīgi var teikt, ka pietiek ar 10-20 sekunžu vieglu sajaukšanu. Ar dažiem šķīdumiem (piemēram, dihlormetānu) jāuzmanās, lai kratīšana nebūtu pārāk spēcīga, jo šie šķīdumi bieži veido emulsijas (kad šķīdumu saskarne nav dzidra). Ar šķīdumiem, kuros mēdz veidoties emulsijas, piltuvi viegli krata vienu minūti.
10. Novietojiet dalāmo piltuvi vertikāli gredzenveida skavā, lai ļautu slāņiem pilnībā atdalīties. Slāņu saskarnei vajadzētu samērā ātri nosēsties, bieži vien apmēram 10 sekunžu laikā. Ja saskarne ir duļķaina vai nav labi izteikta (ir izveidojusies emulsija), skatiet padomus sadaļā par problēmu novēršanu.
Slāņu atdalīšana (vienreizējai ekstrakcijai)
11. Šķidrums no dalāmās piltuves labi neizsūcas, ja aizbāžnis paliek aizlikts, jo piltuvē nevar iekļūt gaiss, lai aizstātu izspiesto šķidrumu. Ja šķidrums no piltuves aizplūstu, neaizstājoties ar vienādu gaisa daudzumu, piltuvē veidotos negatīvs spiediens. Tāpēc pirms šķidruma iztukšošanas no dalāmās piltuves noņem aizbāzni (7. a attēls).
12. Lielāko apakšējā slāņa daļu iztukšojiet tīrā Erlenmeijera kolbā, novietojot gredzenveida skavu tā, lai dalāmās piltuves gals būtu ievietots Erlenmeijera kolbā, lai novērstu šļakstīšanos (7. b attēls). Pārtrauciet notecināšanu, kad saskarne ir 1 cm attālumā no aizbāžņa dibena.
13. Viegli pagriezt piltuvi, lai izspraustu visus pilienus, kas pieķērušies pie stikla (7. attēls, c). Var izmantot stikla maisīšanas stieni, lai notriektu spītīgi pielipušos pilienus.
14. Turpiniet nosusināt apakšējo slāni, apstājoties, kad saskarne tikko ieplūst aizbīdņa kamerā (7. attēls, d). Erlenmeijera kolbu marķējiet (piemēram, "apakšējais slānis").
15. Izlejiet virsējo slāni no dalāmās piltuves augšdaļas citā tīrā Erlenmeijera kolbā (8. a attēls), pārliecinoties, ka šī kolba atkal ir marķēta (8. b attēls). Pareiza tehnika ir izlaist apakšējo slāni caur aizbīdni un izliet augšējo slāni no piltuves augšdaļas. Šī metode samazina šķīdumu atkārtotu sajaukšanos, jo tikai apakšējais slānis saskaras ar piltuves kātu.
16. Nekad neizmetiet ekstrakcijas šķidrumus, kamēr neesat pilnīgi pārliecināts, ka ir iegūts vajadzīgais savienojums. Nevēlamos slāņus var pienācīgi izmest, kad vēlamais savienojums ir jūsu rokās (piemēram, pēc tam, kad rotējošais iztvaicētājs ir atdalījis šķīdinātāju).
Ekstrakcijas laikā pieļautās kļūdas (piemēram, turpinot ar nepareizo slāni) var atrisināt, ja vien šķīdumi nav ielikti atkritumu konteinerā! Slāņi jāsaglabā līdz iztvaicēšanai arī tāpēc, ka vajadzīgais savienojums var slikti šķīst izmantotajā šķīdinātājā. Ja savienojumu neizdodas ekstrahēt vienā šķīdinātājā, vēlāk var mēģināt izmantot citu šķīdinātāju, taču atkal tikai tad, ja slāņi vēl nav izmesti.
Attīrīšana (vienreizējai ekstrakcijai)
Lai iztīrītu dalāmo piltuvi, vispirms to izskalo ar acetonu atkritumu traukā. Pēc tam izmazgājiet piltuvi ar ziepēm un ūdeni pie galda. Izjauc teflona aizbīdni (ja izmantots). Pēc skalošanas ar destilētu ūdeni ļaujiet detaļām nožūt atdalītām skapī (8. c attēls).
Ekstrakcijas laikā pieļautās kļūdas (piemēram, turpinot ar nepareizo slāni) var atrisināt, ja vien šķīdumi nav ielikti atkritumu konteinerā! Slāņi jāsaglabā līdz iztvaicēšanai arī tāpēc, ka vajadzīgais savienojums var slikti šķīst izmantotajā šķīdinātājā. Ja savienojumu neizdodas ekstrahēt vienā šķīdinātājā, vēlāk var mēģināt izmantot citu šķīdinātāju, taču atkal tikai tad, ja slāņi vēl nav izmesti.
Attīrīšana (vienreizējai ekstrakcijai)
Lai iztīrītu dalāmo piltuvi, vispirms to izskalo ar acetonu atkritumu traukā. Pēc tam izmazgājiet piltuvi ar ziepēm un ūdeni pie galda. Izjauc teflona aizbīdni (ja izmantots). Pēc skalošanas ar destilētu ūdeni ļaujiet detaļām nožūt atdalītām skapī (8. c attēls).
Vairākkārtēja ekstrakcija.
Šajā iedaļā ir sniegti pakāpeniski norādījumi, kā ekstrahēt ūdens šķīdumu ar organisko šķīdinātāju, kas ir mazāk blīvs nekā ūdens (organiskais slānis būs virsū). Kā piemērs ir norādījumi, kā ūdens šķīdumu ekstrahēt trīs reizes, katru reizi izmantojot 25 ml dietilētera (3×25 ml dietilētera). Procedūras kopsavilkums par pirmajām divām ekstrakcijām ir 9. attēlā Divas ekstrakcijas, kad organiskais slānis ir virsū.
.
Ekstrakcija Nr. 1
1. Veiciet vienu ekstrakciju, izmantojot aptuveni 25 ml dietilētera (precīzs daudzums nav nepieciešams), kā aprakstīts iepriekš, pārliecinoties, ka katrs slānis ir attiecīgi marķēts (piemēram, "augšējais organiskais slānis" un "apakšējais ūdens slānis").
Ekstrakcija Nr. 2
2. Atgrieziet ūdeni saturošo slāni dalāmajā piltuvē. Starp ekstrakcijām piltuvi nav nepieciešams mazgāt.
3. Pievienojiet dalāmajā piltuvē svaigu 25 ml dietilētera porciju. Piltuvi aizbāzt, apgriezt un sakratīt, vēdinot, pēc tam ļaujot slāņiem atdalīties.
Šajā posmā dalāmajā piltuvē jābūt diviem slāņiem. Ja divu slāņu nav, iespējams, ka 2. posmā piltuvē tika pievienots nepareizs slānis (bieži sastopama kļūda). Viens no veidiem, kā pārbaudīt, vai tā bija kļūda, ir pievienot nedaudz ūdens no strūklas pudeles. Ja dalāmajā piltuvē atgrieztais slānis ir organiskais slānis (nepareizs), ūdens no šļirciņa pudeles nesajauksies ar šķīdumu, bet tā vietā pilienu veidā nokritīs uz dibena. Ja organiskais slānis (nepareizais) nejauši ir atgriezies atpakaļ dalāmajā piltuvē, tas nenodara nekādu kaitējumu, jo organiskais slānis vienkārši tika atšķaidīts. Ielej šķidrumu atpakaļ kolbā, kas paredzēta organiskajam slānim, un tā vietā piltuvē pievieno ūdens šķīdumu.
4. Izlejiet apakšējo ūdens slāni Erlenmeijera kolbā: var izmantot to pašu kolbu, kas pirmajā ekstrakcijā tika izmantota ūdens slānim (tā var būt marķēta kā "apakšējais ūdens slānis").
5. Tā kā organiskos slāņus visbiežāk apvieno vairākās ekstrakcijās, augšējo organisko slāni var izliet no dalāmās piltuves tajā pašā kolbā, kas pirmajā ekstrakcijā izmantota organiskajam slānim (var būt ar norādi "augšējais organiskais slānis"). Šajā kolbā jābūt apmēram 50 ml dietilētera no abām ekstrakcijām.
Ekstrakcija Nr. 3
6. Ekstrakciju atkārtojiet trešo reizi, pievienojot ūdens slāni no otrās ekstrakcijas dalāmajā piltuvē, kam seko vēl viena svaiga 25 ml dietilētera porcija. Piltuvi aizbāž, apvērš un sakrata, vēdinot, tad ļauj slāņiem atdalīties.
7. Ūdens slāni notecina attiecīgajā kolbā un atkal ielej augšējo slāni organiskā slāņa kolbā, kurā jābūt aptuveni 75 ml dietilētera no trim ekstrakcijām.
1. Veiciet vienu ekstrakciju, izmantojot aptuveni 25 ml dietilētera (precīzs daudzums nav nepieciešams), kā aprakstīts iepriekš, pārliecinoties, ka katrs slānis ir attiecīgi marķēts (piemēram, "augšējais organiskais slānis" un "apakšējais ūdens slānis").
Ekstrakcija Nr. 2
2. Atgrieziet ūdeni saturošo slāni dalāmajā piltuvē. Starp ekstrakcijām piltuvi nav nepieciešams mazgāt.
3. Pievienojiet dalāmajā piltuvē svaigu 25 ml dietilētera porciju. Piltuvi aizbāzt, apgriezt un sakratīt, vēdinot, pēc tam ļaujot slāņiem atdalīties.
Šajā posmā dalāmajā piltuvē jābūt diviem slāņiem. Ja divu slāņu nav, iespējams, ka 2. posmā piltuvē tika pievienots nepareizs slānis (bieži sastopama kļūda). Viens no veidiem, kā pārbaudīt, vai tā bija kļūda, ir pievienot nedaudz ūdens no strūklas pudeles. Ja dalāmajā piltuvē atgrieztais slānis ir organiskais slānis (nepareizs), ūdens no šļirciņa pudeles nesajauksies ar šķīdumu, bet tā vietā pilienu veidā nokritīs uz dibena. Ja organiskais slānis (nepareizais) nejauši ir atgriezies atpakaļ dalāmajā piltuvē, tas nenodara nekādu kaitējumu, jo organiskais slānis vienkārši tika atšķaidīts. Ielej šķidrumu atpakaļ kolbā, kas paredzēta organiskajam slānim, un tā vietā piltuvē pievieno ūdens šķīdumu.
4. Izlejiet apakšējo ūdens slāni Erlenmeijera kolbā: var izmantot to pašu kolbu, kas pirmajā ekstrakcijā tika izmantota ūdens slānim (tā var būt marķēta kā "apakšējais ūdens slānis").
5. Tā kā organiskos slāņus visbiežāk apvieno vairākās ekstrakcijās, augšējo organisko slāni var izliet no dalāmās piltuves tajā pašā kolbā, kas pirmajā ekstrakcijā izmantota organiskajam slānim (var būt ar norādi "augšējais organiskais slānis"). Šajā kolbā jābūt apmēram 50 ml dietilētera no abām ekstrakcijām.
Ekstrakcija Nr. 3
6. Ekstrakciju atkārtojiet trešo reizi, pievienojot ūdens slāni no otrās ekstrakcijas dalāmajā piltuvē, kam seko vēl viena svaiga 25 ml dietilētera porcija. Piltuvi aizbāž, apvērš un sakrata, vēdinot, tad ļauj slāņiem atdalīties.
7. Ūdens slāni notecina attiecīgajā kolbā un atkal ielej augšējo slāni organiskā slāņa kolbā, kurā jābūt aptuveni 75 ml dietilētera no trim ekstrakcijām.
Problēmu novēršana.
Šajā iedaļā ir aprakstītas ekstrakciju biežāk sastopamās problēmas un to risinājumi.Ir tikai viens slānis
Visbiežāk sastopamais iemesls, kādēļ dalāmajā piltuvē ir tikai viens slānis, lai gan vajadzētu būt diviem (piemēram, ja procedūrā ir norādīts "atdalīt slāņus"), ir kļūda. Iespējams, ka dalāmajā piltuvē ir pievienots nepareizais slānis, piemēram, ūdens slāņa vietā neapzināti ir pievienots organiskais slānis. Ja organiskajam slānim dalāmajā piltuvē pievieno organisko šķīdinātāju, rezultāts ir tikai viens slānis. Kļūdu var labot, ja vien slāņi vēl nav izmesti! Ja piltuvē tiks pievienots pareizais slānis, viss izdosies, kā plānots. Lai turpmāk nepieļautu šādu kļūdu, noteikti marķējiet Erlenmeijera kolbas. Tāpat nekad neizmetiet nevienu slāni, kamēr neesat pilnīgi pārliecināts, ka esat visu izdarījis pareizi.
Reizēm iemesls, kāpēc dalāmajā piltuvē veidojas tikai viens slānis, ir tad, ja ir liels daudzums savienojumu, kas šķīst abos šķīdinātājos, piemēram, ja ir liels daudzums etanola, kas labi šķīst gan ūdens, gan organiskajos šķīdinātājos. Šādā situācijā vislabākais risinājums ir pirms ekstrakcijas ar rotācijas iztvaicētāju noņemt traucējošo savienojumu (t. i., etanolu).
Ir trīs slāņi
Visbiežākais iemesls, kāpēc separācijas piltuvē veidojas trīs slāņi, ir nepietiekama sajaukšanās (10. a attēls). Ja piltuvi krata enerģiskāk, tā, visticamāk, noslāņosies divos slāņos (10. b attēls). Iespējams arī, ka vidējais trešais slānis ir emulsija, kurā abi slāņi nav pilnībā atdalīti.
Visbiežāk sastopamais iemesls, kādēļ dalāmajā piltuvē ir tikai viens slānis, lai gan vajadzētu būt diviem (piemēram, ja procedūrā ir norādīts "atdalīt slāņus"), ir kļūda. Iespējams, ka dalāmajā piltuvē ir pievienots nepareizais slānis, piemēram, ūdens slāņa vietā neapzināti ir pievienots organiskais slānis. Ja organiskajam slānim dalāmajā piltuvē pievieno organisko šķīdinātāju, rezultāts ir tikai viens slānis. Kļūdu var labot, ja vien slāņi vēl nav izmesti! Ja piltuvē tiks pievienots pareizais slānis, viss izdosies, kā plānots. Lai turpmāk nepieļautu šādu kļūdu, noteikti marķējiet Erlenmeijera kolbas. Tāpat nekad neizmetiet nevienu slāni, kamēr neesat pilnīgi pārliecināts, ka esat visu izdarījis pareizi.
Reizēm iemesls, kāpēc dalāmajā piltuvē veidojas tikai viens slānis, ir tad, ja ir liels daudzums savienojumu, kas šķīst abos šķīdinātājos, piemēram, ja ir liels daudzums etanola, kas labi šķīst gan ūdens, gan organiskajos šķīdinātājos. Šādā situācijā vislabākais risinājums ir pirms ekstrakcijas ar rotācijas iztvaicētāju noņemt traucējošo savienojumu (t. i., etanolu).
Ir trīs slāņi
Visbiežākais iemesls, kāpēc separācijas piltuvē veidojas trīs slāņi, ir nepietiekama sajaukšanās (10. a attēls). Ja piltuvi krata enerģiskāk, tā, visticamāk, noslāņosies divos slāņos (10. b attēls). Iespējams arī, ka vidējais trešais slānis ir emulsija, kurā abi slāņi nav pilnībā atdalīti.
Saskarnē ir nešķīstošs materiāls.
Neliels daudzums nešķīstošas plēves starp diviem slāņiem ekstrakcijas laikā nav nekas neparasts. Polimēru materiāliem ir tendence atrasties starp slāņiem, jo šķīdinātāja mijiedarbība saskarē ir minimāla. Par nelielu plēves daudzumu nav jāuztraucas, jo, ja neliels tās daudzums nokļūst organiskajā slānī, to bieži novērš turpmākā žāvēšanas un filtrēšanas posmā.
Saskarne nav redzama.
Dažkārt savienojumi dalāmajā piltuvē ir tik tumši, ka tie aizsedz saskarni starp diviem slāņiem. Ja tā notiek, ir vairākas metodes, kas var palīdzēt saskatīt saskarni. Viena no tām ir turēt dalāmo piltuvi pret gaismu vai uz stikla izgaismot ar lukturīti (11. b attēls). Papildu gaisma dažreiz ļauj saskatīt saskarni. Otra metode ir uzmanīgi novērot slāņus, noliecot piltuvi uz sāniem (11. c attēls). Acs dažkārt var pamanīt smalkas atšķirības šķidrumu plūsmas veidā. Trešā metode ir pievienot piltuvei nedaudz vairāk šķīdinātāja, lai nedaudz atšķaidītu vienu no slāņiem, vai pievienot citu šķīdinātāju, lai mainītu refrakcijas koeficientu.
Slāņi nav labi atdalīti (veidojas emulsija)
).
Emulsijas var rasties vairāku iemeslu dēļ.
1. Katra slāņa blīvums var būt tik līdzīgs, ka šķidrumiem ir vāja motivācija atdalīties.2. Var būt ziepēm līdzīgi savienojumi vai citi emulgatori, kas šķīdina dažus komponentus savā starpā.
Emulsijas var būt ļoti grūti izlabot, un vislabāk, ja no tām izvairās jau pašā sākumā, viegli sakratot šķīdumus, kas ir tendēti uz emulsiju veidošanos (piemēram, dihlormetānu ar ļoti bāziskiem vai blīviem šķīdumiem), dalāmajā piltuvē. Tomēr, ja emulsija tomēr veidojas, ir daži veidi, kā mēģināt to dzidrināt.
- a) Vieglu emulsiju gadījumā maigi virpuļojiet slāņus un mēģiniet notriekt suspendētos pilienus ar stikla maisīšanas stienīti.
- b) Ja iespējams, ļaujiet šķīdumam kādu laiku nostāvēties (pat līdz nākamajam laboratorijas periodam). Ja ir pietiekami daudz laika, daži šķīdumi nosēžas paši no sevis. Tas, protams, var nebūt praktiski iespējams.
- c) Maziem tilpumiem izmantojiet centrifūgu, ja tāda ir pieejama. Centrifūga paātrina procesu, kad emulsija nosēžas pati no sevis. Atcerieties, ka centrifūgai jābūt līdzsvarotai, citādi tā var noslīdēt no galda virsmas. Sadaliet šķīdumus vienādi, novietojot centrifūgas iekšpusē pretī viena otrai vienāda tilpuma mēģenes.
- d) Ja emulsija veidojas tāpēc, ka abiem slāņiem ir līdzīgs blīvums, mēģiniet mainīt katra slāņa blīvumu, lai tie būtu atšķirīgāki. Lai palīdzētu dzidrināt emulsiju, mēģiniet samazināt augšējā slāņa blīvumu vai palielināt apakšējā slāņa blīvumu. Piemēram, ja emulsija veidojas no etilacetāta (augšējais slānis) un ūdens šķīduma (apakšējais slānis), pievienojiet nedaudz NaCl. NaCl izšķīdīs ūdens slānī un palielinās ūdens šķīduma blīvumu. Var pievienot arī papildu etilacetātu, kas atšķaidīs organisko slāni un samazinās tā blīvumu. Kā pēdējo iespēju pievienojiet nedaudz pentāna, kas sajauksies ar augšējo organisko slāni un samazinās tā blīvumu (pentāns ir viens no vismazāk blīvajiem organiskajiem šķīdinātājiem). Pentāna pievienošanu izmanto kā pēdējo mēģinājumu, jo tas negatīvi ietekmēs organiskā slāņa spēju ekstrahēt nedaudz polārus savienojumus.
Ja rodas emulsija ar ūdens šķīdumu (augšējais slānis) un dihlormetānu (apakšējais slānis), pievieno nedaudz ūdens no šļirciņas, lai atšķaidītu augšējo slāni un samazinātu tā blīvumu. Šī metode labi noderēja, lai attīrītu emulsiju 13. c attēlā, kā redzams 13. d attēlā. - c) Mēģiniet samazināt vienas sastāvdaļas šķīdību otrā. Viena no metodēm ir pievienot dalāmajā piltuvē NaCl vai NH4Cl, kas izšķīst ūdens slānī un samazina organisko savienojumu spēju šķīst ūdenī ("izsāļo").
Skābju un bāzu ekstrakcija
Kā tās darbojas.
Iepriekš šajā nodaļā aplūkoto ekstrakciju modifikācija ir ķīmiskas reakcijas veikšana dalāmajā piltuvē, lai mainītu savienojuma polaritāti un līdz ar to sadalījumu ūdens un organiskajā slānī. Parastā metode ir skābes un bāzu reakcija, kas var pārvērst dažus savienojumus no neitrāliem par joniskiem (vai otrādi).
Piemēram, iedomājieties, ka benzoskābes un cikloheksāna maisījums ir izšķīdināts organiskā šķīdinātājā, piemēram, etilacetātā, dalāmajā piltuvē. Lai atdalītu komponentus, var mēģināt izskalot ar ūdeni, lai atdalītu benzoskābi, taču benzoskābe nepolārā aromātiskā gredzena dēļ nav īpaši šķīstoša ūdenī, un tikai neliels tās daudzums tiktu ekstrahēts ūdens slānī (14. a attēls).
Piemēram, iedomājieties, ka benzoskābes un cikloheksāna maisījums ir izšķīdināts organiskā šķīdinātājā, piemēram, etilacetātā, dalāmajā piltuvē. Lai atdalītu komponentus, var mēģināt izskalot ar ūdeni, lai atdalītu benzoskābi, taču benzoskābe nepolārā aromātiskā gredzena dēļ nav īpaši šķīstoša ūdenī, un tikai neliels tās daudzums tiktu ekstrahēts ūdens slānī (14. a attēls).
Tomēr benzoskābes un cikloheksāna maisījuma atdalīšana ir iespējama, izmantojot skalošanu ar bāzi, piemēram, NaOH. Sakarā ar benzoskābes skābo dabu tā var reaģēt ar NaOH šādi, iegūstot karboksilāta sāli nātrija benzoātu.
Karboksilskābju šķīdības īpašības būtiski atšķiras no to attiecīgajiem karboksilāta sāļiem. Nātrija salicilāts aptuveni 350 reižu labāk šķīst ūdenī nekā salicilskābe, jo tam ir jonu raksturs (15. attēls), un tas ir diezgan nešķīstošs organiskos šķīdinātājos, piemēram, dietilēterī.
Tāpēc mazgāšana ar NaOH pārvērstu benzoskābi tās jonu karboksilāta formā, kas tad būtu labāk šķīstoša ūdens slānī, ļaujot ūdenī ekstrahēt nātrija benzoātu. Cikloheksāns paliktu organiskajā slānī, jo tam nav afinitātes pret ūdens fāzi un tas nekādā veidā nereaģē ar NaOH. Šādā veidā var atdalīt benzoskābes un cikloheksāna maisījumu (14. b attēls). Pēc vajadzības ūdens slāni vēlāk var paskābināt ar HCl(aq), lai pārvērstu benzoskābi atpakaļ neitrālā formā.
Nātrija bikarbonāta skalošana
Karbonskābju ekstrakcijai no organiskā slāņa ūdens slānī var izmantot skābes-bāzes ekstrakciju. Kā minēts iepriekšējā iedaļā, NaOH var izmantot, lai pārvērstu karboksilskābi ūdenī labāk šķīstošā jonu karboksilāta formā. Tomēr, ja maisījums satur vēlamo savienojumu, kas var reaģēt ar NaOH, jāizmanto maigāka bāze, piemēram, nātrija bikarbonāts. Notiek līdzīga reakcija.
Nātrija bikarbonāta skalošana
Karbonskābju ekstrakcijai no organiskā slāņa ūdens slānī var izmantot skābes-bāzes ekstrakciju. Kā minēts iepriekšējā iedaļā, NaOH var izmantot, lai pārvērstu karboksilskābi ūdenī labāk šķīstošā jonu karboksilāta formā. Tomēr, ja maisījums satur vēlamo savienojumu, kas var reaģēt ar NaOH, jāizmanto maigāka bāze, piemēram, nātrija bikarbonāts. Notiek līdzīga reakcija.
Viena atšķirība, izmantojot bāzi NaHCO3, nevis NaOH, ir tā, ka blakusprodukts ogļskābe (H2CO3) var sadalīties līdz ūdenim un oglekļa dioksīdam. Sakratot skābo šķīdumu ar nātrija bikarbonātu dalāmajā piltuvē, jārūpējas par to, lai tas grieztos uzmanīgi un biežāk izplūstu, lai atbrīvotos gāzes spiediens.
Reakcijas piemērs, kuras sagatavošanā bieži izmanto nātrija bikarbonāta skalošanu, ir Fišera esterifikācijas reakcija. Lai to demonstrētu, etanolā kopā ar koncentrētu sērskābi refluksēja benzoskābi, lai veidotu etilbenzoātu (16. a un b attēls). Reakcijas maisījuma TLC plāksnītē pēc 1 stundas refluksa režīmā bija redzamas nereaģējušas karboksilskābes atliekas (16. attēls, c), kas reakcijas enerģētisko īpatnību dēļ nav nekas neparasts.
Reakcijas piemērs, kuras sagatavošanā bieži izmanto nātrija bikarbonāta skalošanu, ir Fišera esterifikācijas reakcija. Lai to demonstrētu, etanolā kopā ar koncentrētu sērskābi refluksēja benzoskābi, lai veidotu etilbenzoātu (16. a un b attēls). Reakcijas maisījuma TLC plāksnītē pēc 1 stundas refluksa režīmā bija redzamas nereaģējušas karboksilskābes atliekas (16. attēls, c), kas reakcijas enerģētisko īpatnību dēļ nav nekas neparasts.
Karboksilskābes atlikumu no vēlamā estera produkta var atdalīt, izmantojot skābes-bāzes ekstrakciju dalāmajā piltuvē. Mazgāšana ar nātrija bikarbonātu pārvērš benzoskābi ūdenī šķīstošākajā nātrija benzoāta formā, ekstrahējot to ūdens slānī (17. attēls). Turklāt nātrija bikarbonāts šajā reakcijā neitralizē katalītisko skābi.
Nātrija bikarbonāts šajā procesā ir vēlamāks par NaOH, jo tas ir daudz vājāka bāze; mazgāšana ar NaOH varētu izraisīt estera produkta hidrolīzi.
Skābju un bāzu maisījumi
Kā jau iepriekš minēts, savienojumu skābju un bāzu īpašības var izmantot, lai selektīvi ekstrahētu dažus savienojumus no maisījumiem. Šo stratēģiju var attiecināt arī uz citiem piemēriemSkābju un bāzu maisījumi
Bāzu ekstrakcija
Bāziskus savienojumus, piemēram, amīnus, var ekstrahēt no organiskajiem šķīdumiem, sakratot tos ar skābiem šķīdumiem, lai pārvērstu tos ūdenī šķīstošākos sāļos. Šādā veidā tos var ekstrahēt no organiskā slāņa uz ūdens slāni.Karboksilskābju un fenola ekstrakcija
Kā jau iepriekš minēts, karboksilskābes var ekstrahēt no organiskā slāņa ūdens slānī, sakratot tās ar bāziskiem šķīdumiem, kas pārvērš tās ūdenī šķīstošākos sāļos.
Kā jau iepriekš minēts, karboksilskābes var ekstrahēt no organiskā slāņa ūdens slānī, sakratot tās ar bāziskiem šķīdumiem, kas pārvērš tās ūdenī šķīstošākos sāļos.
Līdzīga reakcija notiek ar fenoliem (PhOH), un arī tos var ekstrahēt ūdens NaOH slānī (18. a attēls).
Tomēr fenoli ir ievērojami mazāk skābi nekā karboksilskābes un nav pietiekami skābi, lai pilnībā reaģētu ar NaHCO3, kas ir vājāka bāze. Tāpēc fenola un karboksilskābju maisījumu atdalīšanai var izmantot bikarbonāta šķīdumu (18. b attēls).
Tomēr fenoli ir ievērojami mazāk skābi nekā karboksilskābes un nav pietiekami skābi, lai pilnībā reaģētu ar NaHCO3, kas ir vājāka bāze. Tāpēc fenola un karboksilskābju maisījumu atdalīšanai var izmantot bikarbonāta šķīdumu (18. b attēls).
Skābju, bāzu un neitrālu savienojumu ekstrahēšana
Iepriekš aplūkotās skābju un bāzu īpašības ļauj maisījumu, kas satur skābos (piemēram, RCO2H), bāziskos (piemēram, RNH2) un neitrālos komponentus, attīrīt, izmantojot virkni ekstrakciju, kā parādīts 19. attēlā (kurā izmanto organisko šķīdinātāju, kas ir mazāk blīvs par ūdeni).
Iepriekš aplūkotās skābju un bāzu īpašības ļauj maisījumu, kas satur skābos (piemēram, RCO2H), bāziskos (piemēram, RNH2) un neitrālos komponentus, attīrīt, izmantojot virkni ekstrakciju, kā parādīts 19. attēlā (kurā izmanto organisko šķīdinātāju, kas ir mazāk blīvs par ūdeni).
.
Tiek pieņemts, ka lasītāji, kas veic šāda veida eksperimentu, ir iepazinušies ar vienas un vairāku ekstrakciju veikšanu. Šajā iedaļā ir aprakstītas atšķirības starp vispārējām ekstrakcijas procedūrām un 19. attēlā apkopoto procesu.
1. Skābās sastāvdaļas izdalīšana:
a) Kad skābais komponents atrodas Erlenmeijera kolbas ūdens slānī, to var pārvērst atpakaļ neitrālā komponentā, pievienojot 2M HCl(aq), līdz šķīduma pH ir 3-4 (noteikts ar pH papīru). Ja ir liels skābes daudzums, tāpēc paskābināšanai būtu nepieciešams pārāk liels 2M HCl(aq) tilpums, tā vietā var pilienveidīgi pievienot koncentrētu HCl(aq). Mazāka Hcl(aq) koncentrācija ir mazāk bīstama, bet, palielinot ūdens slāņa tilpumu par lielu daudzumu, tiktu ietekmēta turpmāko ekstrakciju un filtrēšanas posmu efektivitāte.
b) Pēc paskābināšanas atkarībā no tā, vai skābais komponents ir ciets vai šķidrs, var izmantot divus virzienus.
1. Skābās sastāvdaļas izdalīšana:
a) Kad skābais komponents atrodas Erlenmeijera kolbas ūdens slānī, to var pārvērst atpakaļ neitrālā komponentā, pievienojot 2M HCl(aq), līdz šķīduma pH ir 3-4 (noteikts ar pH papīru). Ja ir liels skābes daudzums, tāpēc paskābināšanai būtu nepieciešams pārāk liels 2M HCl(aq) tilpums, tā vietā var pilienveidīgi pievienot koncentrētu HCl(aq). Mazāka Hcl(aq) koncentrācija ir mazāk bīstama, bet, palielinot ūdens slāņa tilpumu par lielu daudzumu, tiktu ietekmēta turpmāko ekstrakciju un filtrēšanas posmu efektivitāte.
b) Pēc paskābināšanas atkarībā no tā, vai skābais komponents ir ciets vai šķidrs, var izmantot divus virzienus.
- Ja pēc jonu sāls paskābināšanas veidojas cieta viela, to var savākt, izmantojot sūknēšanas filtrāciju. Šo metodi drīkst izmantot tikai tad, ja redzams liels daudzums liela izmēra kristālu. Ja veidojas sīki kristāli (kas ir diezgan bieži sastopami), tie aizsērē filtrpapīru un traucē atbilstošai drenāžai. Ja ir redzams tikai neliels cietvielu daudzums, salīdzinot ar teorētisko daudzumu, iespējams, ka savienojums ir diezgan labi šķīstošs ūdenī, un filtrēšanas rezultātā atgūstamība būs zema.
- Ja pēc paskābināšanas cieta viela neveidojas (vai ja veidojas sīki kristāli vai neliels daudzums cietas vielas), skābo komponentu ekstrahē atpakaļ organiskajā šķīdinātājā (×3). Vispārējs noteikums ir tāds, ka ekstrakcijām izmantojiet vienu trešdaļu šķīdinātāja daudzuma, kas atbilst sākotnējam slānim (piemēram, ja izmantojat 100 ml ūdens šķīduma, katru reizi ekstrahējiet ar 33 ml organiskā šķīdinātāja). Pirms ekstrakcijas ūdens šķīdumu noteikti vispirms atdzesējiet ledus vannā, ja paskābināšana ir radījusi ievērojamu karstumu. Pēc tam, ja izmanto dietilēteri vai etilacetātu, izskalo ar sālījumu (×1), izžāvē ar žāvējošu līdzekli un šķīdinātāju atdala, izmantojot rotācijas iztvaicētāju, lai iegūtu tīru skābo komponentu.
2. Pamatkomponenta izolēšana:
Izmantot līdzīgu procesu kā skāba komponenta izdalīšanai, tikai šķīdumu bāzizēt, izmantojot 2M NaOH(aq), līdz tā pH ir 9-10, ko nosaka ar pH papīra palīdzību.
3. Neitrālās sastāvdaļas izolēšana:
Neitrālais komponents būs savienojums, kas "palicis" organiskajā slānī. Lai izolētu, ja izmanto dietileteri vai etilacetātu, izskalo ar sālījumu (×1), izžāvē ar žāvējošu vielu un šķīdinātāju atdala, izmantojot rotācijas iztvaicētāju, lai iegūtu tīru neitrālo komponentu.
Izmantot līdzīgu procesu kā skāba komponenta izdalīšanai, tikai šķīdumu bāzizēt, izmantojot 2M NaOH(aq), līdz tā pH ir 9-10, ko nosaka ar pH papīra palīdzību.
3. Neitrālās sastāvdaļas izolēšana:
Neitrālais komponents būs savienojums, kas "palicis" organiskajā slānī. Lai izolētu, ja izmanto dietileteri vai etilacetātu, izskalo ar sālījumu (×1), izžāvē ar žāvējošu vielu un šķīdinātāju atdala, izmantojot rotācijas iztvaicētāju, lai iegūtu tīru neitrālo komponentu.
Secinājums.
Ekstrakcijas metodes izmanto, lai ekstrahētu dažas vielas no maisījuma. Šīs vielas var būt bāziskas, skābas vai neitrālas (polāras vai nepolāras). Piemēram, šo metodi izmanto amfetamīna ražošanas laikā dekantēšanas posmā: savāc augšējo slāni, kas satur amfetamīna bāzi, alkoholā. To var nedaudz nosusināt ar bezūdens magnija sulfātu, un sārņus var papildus ekstrahēt ar nepolāru šķīdinātāju (ēteri, benzolu, toluolu), pēc tam šķīdinātāju iztvaicē. Mefedrona ražošana ietver manipulācijas ar atdalīšanas piltuvi un ekstrakciju. Dažu psihoaktīvo vielu attīrīšanā no piemaisījumiem izmanto arī skābju bāzes ekstrakciju.
Attachments
Last edited: