Teória extrakcie.
"Extrakcia" sa vzťahuje na prenos zlúčeniny (zlúčenín) z pevnej látky alebo kvapaliny do iného rozpúšťadla alebo fázy. Keď sa čajové vrecúško pridá do horúcej vody, zlúčeniny zodpovedné za chuť a farbu čaju sa extrahujú z usadenín do vody. Káva bez kofeínu sa vyrába použitím rozpúšťadiel alebo superkritického oxidu uhličitého na extrakciu kofeínu z kávových zŕn. V chemickom laboratóriu sa najčastejšie používa extrakcia kvapalina-kvapalina, ktorá prebieha v oddeľovacom lieviku. Roztok obsahujúci rozpustené zložky sa umiestni do lievika a pridá sa nemiešateľné rozpúšťadlo, čím vzniknú dve vrstvy, ktoré sa pretrepú. Najčastejšie je jedna vrstva vodná a druhá organické rozpúšťadlo. Komponenty sa "extrahujú", keď prechádzajú z jednej vrstvy do druhej. Tvar oddeľovacieho lievika umožňuje účinné odvádzanie vody a oddelenie oboch vrstiev.
Obr. 1 Schéma extrakcie
Zlúčeniny prechádzajú z jednej kvapaliny do druhej v závislosti od ich relatívnej rozpustnosti v jednotlivých kvapalinách. Rýchlym vodítkom pre rozpustnosť je princíp "podobné sa rozpúšťa podobne", čo znamená, že nepolárne zlúčeniny by sa mali ľahko extrahovať do nepolárnych rozpúšťadiel (a naopak). Zlúčeniny zodpovedné za chuť a farbu čaju musia byť polárne, ak sa ľahko extrahujú do horúcej vody. Keď sa nechá vyrovnať medzi dvoma kvapalinami v oddeľovacom lieviku, väčšina zlúčeniny často skončí vo vrstve, ktorá je rozpustnejšia.
Obr.2
Postup extrakcie krok za krokom.
Jednoduchá extrakcia.
Na obrázkoch v tejto časti je znázornená jednorazová extrakcia metylovej červene (farebná zlúčenina, obr. 3) z vodného roztoku (spodná vrstva) do 25 ml etylacetátu (horná vrstva). Vodný roztok má pôvodne ružovú farbu, pretože metylčervená sa v kyslom roztoku javí ako červená (vodný roztok bol vyrobený z 50 ml vody, 5 kvapiek 0,1MHCl a 5 kvapiek 1% roztoku indikátora metylčervenej). Metylčervená má veľký rozdeľovací koeficient a v tomto procese sa extrahuje z vodnej vrstvy do etylacetátu.
Priebeh extrakcie metylovej červene (farebnej zlúčeniny) z kyslej vodnej vrstvy (dole) do organickej vrstvy (hore). Inverzie sa robili pomaly, aby bolo vidieť postupnú extrakciu. Aj pri jemnom miešaní sa metylčervená extrahuje rýchlo.
Príprava nastavenia (pre jednu extrakciu)
1. Získajte oddeľovací lievik (obr. 4 a).- a) Ak má separačný lievik teflónový kohútik, znovu ho zmontovať, ak bol rozobratý na sucho, pričom časti umiestnite v príslušnom poradí (obr. 4 b). Dbajte na to, aby bol teflónový kohút mierne utiahnutý, aby sa ešte dal ľahko otáčať, ale aby nebol taký voľný, že by okolo spoja mohla presakovať kvapalina.
- b) Ak používate sklenený kohút (obr. 4 c), pravdepodobne nepotrebuje žiadnu ďalšiu prípravu. Mala by sa použiť veľmi tenká vrstva tuku, aby sa kohútik utesnil a zabránilo sa jeho zamrznutiu. Ak sú k dispozícii sklenené aj teflónové uzatváracie kohútiky, lepšou voľbou je teflón, pretože vždy existuje možnosť, že rozpúšťadlo môže rozpustiť tuk použitý pri sklenených uzatváracích kohútikoch a kontaminovať vzorku.
- c) Zaobstarajte si aj zátku (teflónovú alebo z brúseného skla), ktorá dobre zapadne do horného spoja lievika (obr. 4 a).
2. Umiestnite oddeľovací lievik do kruhovej svorky pripevnenej ku kruhovému stojanu alebo mriežke. Lieviky sa ľahko zlomia, preto lievik v kovovej svorke odpružte pomocou kúskov prerezanej gumovej alebo plastovej hadičky (obr. 4 d).
Pridanie roztokov (pre jednotlivú extrakciu)
3. Pred nalitím čohokoľvek do separačného lievika sa uistite, že je kohút v polohe "zatvorené", keď je kohút vo vodorovnej polohe (obr. 5 a). Ako poistku pred nalievaním vždy umiestnite Erlenmeyerovu banku pod oddeľovací lievik (obr. 5 b). Tá môže zachytiť kvapalinu v prípade, že kohútik zostane náhodne otvorený, alebo ak je kohútik uvoľnený a kvapalina neúmyselne uniká.
4. Pomocou lievika nalejte extrahovanú kvapalinu do oddeľovacieho lievika (obr. 5 b). Oddeľovací lievik by sa nikdy nemal používať s horúcou alebo teplou kvapalinou. Spoj z brúseného skla na vrchole oddeľovacieho lievika je náchylnejší na prilepenie k zátke, ak sa v niektorom momente v spoji nachádzala kvapalina. Nalievaním kvapaliny do oddeľovacieho lievika pomocou lievika s krátkou stopkou sa zabráni navlhnutiu spoja, takže je menej pravdepodobné, že počas miešania zamrzne.
3. Pred nalitím čohokoľvek do separačného lievika sa uistite, že je kohút v polohe "zatvorené", keď je kohút vo vodorovnej polohe (obr. 5 a). Ako poistku pred nalievaním vždy umiestnite Erlenmeyerovu banku pod oddeľovací lievik (obr. 5 b). Tá môže zachytiť kvapalinu v prípade, že kohútik zostane náhodne otvorený, alebo ak je kohútik uvoľnený a kvapalina neúmyselne uniká.
4. Pomocou lievika nalejte extrahovanú kvapalinu do oddeľovacieho lievika (obr. 5 b). Oddeľovací lievik by sa nikdy nemal používať s horúcou alebo teplou kvapalinou. Spoj z brúseného skla na vrchole oddeľovacieho lievika je náchylnejší na prilepenie k zátke, ak sa v niektorom momente v spoji nachádzala kvapalina. Nalievaním kvapaliny do oddeľovacieho lievika pomocou lievika s krátkou stopkou sa zabráni navlhnutiu spoja, takže je menej pravdepodobné, že počas miešania zamrzne.
Do oddeľovacieho lievika nalejte množstvo extrakčného rozpúšťadla, ako je uvedené v postupe (obr. 5 c). Na extrakciu nie je potrebné používať presné množstvá rozpúšťadla a objemy sa môžu merať v odmernom valci. Ak postup vyžaduje 20 ml rozpúšťadla, je prijateľné, ak sa zakaždým použije 20 až 25 ml.
Zmiešajte roztoky (pre jednu extrakciu)
6. Na lievik nasaďte zátku a lievik držte tak, aby prsty jednej ruky bezpečne zakrývali zátku, zatiaľ čo druhá ruka drží dno lievika (obr. 6 a).
7. Jemne prevráťte lievik (obr. 6 b) a zmes trochu premiešajte. Hoci nie je nezvyčajné, že pri prevrátení vnikne trochu kvapaliny do škáry z brúseného skla, malo by to byť minimálne. Ak vám pri prevracaní lievika kvapká kvapalina na prsty alebo rukavice, zátka má pravdepodobne nesprávnu veľkosť.
Zmiešajte roztoky (pre jednu extrakciu)
6. Na lievik nasaďte zátku a lievik držte tak, aby prsty jednej ruky bezpečne zakrývali zátku, zatiaľ čo druhá ruka drží dno lievika (obr. 6 a).
7. Jemne prevráťte lievik (obr. 6 b) a zmes trochu premiešajte. Hoci nie je nezvyčajné, že pri prevrátení vnikne trochu kvapaliny do škáry z brúseného skla, malo by to byť minimálne. Ak vám pri prevracaní lievika kvapká kvapalina na prsty alebo rukavice, zátka má pravdepodobne nesprávnu veľkosť.
8. Pri miešaní roztokov môže v separačnom lieviku vzniknúť tlak, preto ihneď po premiešaní a pri stále prevrátenom lieviku "odvzdušnite" lievik krátkym otvorením kohútika, aby sa uvoľnil tlak (obr. 6 c). Tlak v lieviku narastá, pretože rozpúšťadlo sa odparuje do priestoru nad hlavou a prispieva ďalšou parou k počiatočnému tlaku vzduchu ∼1 atmosféry v lieviku. Pri veľmi prchavých rozpúšťadlách (ako je dietyléter) je pri vypúšťaní počuť určité "šumenie" a malé množstvo kvapaliny môže dokonca vystreknúť z kohútika. Ak kvapalina vystrekne zo zátky, pokúste sa ju nechať vytiecť späť do lievika. Hluk spojený s odvzdušňovaním zvyčajne prestane po druhom alebo treťom prevrátení, pretože priestor v hlave sa nasýti parami rozpúšťadla a tlaky vnútri a mimo lievika sa vyrovnajú.
Bezpečnostné upozornenie: Pri odvzdušňovaní nikdy nemierte kohútikom smerom k niekomu, pretože je možné, že na neho vystrekne časť kvapaliny.
9. Zatvorte kohút a roztoky miešajte o niečo intenzívnejšie, pričom sa pravidelne zastavujte, aby ste systém odvzdušnili. Existujú rôzne názory na to, ako intenzívne by sa mali roztoky v oddeľovacích lievikoch miešať a ako dlho. Ako všeobecné vodítko by malo stačiť mierne miešanie počas 10 - 20 sekúnd. Pri niektorých roztokoch (napr. dichlórmetán) by sa malo dbať na to, aby sa nemiešali príliš intenzívne, pretože tieto roztoky často tvoria emulzie (kde sa rozhranie medzi roztokmi nevyjasňuje). Pri roztokoch náchylných na tvorbu emulzií by sa malo lievikom jemne kývať jednu minútu.
10. Oddeľovací lievik umiestnite do kruhovej svorky vo zvislej polohe, aby sa vrstvy úplne oddelili. Rozhranie medzi vrstvami by sa malo pomerne rýchlo usadiť, často približne do 10 sekúnd. Ak je rozhranie zakalené alebo nie je dobre definované (vytvorila sa emulzia), pozrite si tipy v časti o riešení problémov.
Oddelenie vrstiev (pre jednu extrakciu)
11. Kvapalina nebude dobre odtekať z oddeľovacieho lievika, ak zátka zostane nasadená, pretože do lievika sa nemôže dostať vzduch, ktorý by nahradil vytlačenú kvapalinu. Ak by kvapalina z lievika vytiekla bez nahradenia rovnakým objemom vzduchu, v lieviku by sa vytvoril podtlak. Preto pred vypustením kvapaliny z oddeľovacieho lievika odstráňte zátku (obr. 7 a).
12. Väčšinu spodnej vrstvy odlejte do čistej Erlenmeyerovej banky, pričom krúžkovú svorku umiestnite tak, aby sa špička oddeľovacieho lievika zahniezdila v Erlenmeyerovej banke, aby sa zabránilo rozstreku (obr. 7 b). Odvodňovanie zastavte, keď je rozhranie do 1 cm od dna uzatváracieho kohútika.
13. Jemne otáčajte lievikom, aby sa uvoľnili všetky kvapky priliehajúce na sklo (obr. 7 c). Na zrazenie tvrdohlavých priľnavých kvapiek možno použiť tyčinku na miešanie skla.
14. Ďalej vypustite spodnú vrstvu, pričom zastavte, keď sa rozhranie práve dostane do komory kohútika (obr. 7 d). Erlenmeyerovu banku označte (napr. "spodná vrstva").
Bezpečnostné upozornenie: Pri odvzdušňovaní nikdy nemierte kohútikom smerom k niekomu, pretože je možné, že na neho vystrekne časť kvapaliny.
9. Zatvorte kohút a roztoky miešajte o niečo intenzívnejšie, pričom sa pravidelne zastavujte, aby ste systém odvzdušnili. Existujú rôzne názory na to, ako intenzívne by sa mali roztoky v oddeľovacích lievikoch miešať a ako dlho. Ako všeobecné vodítko by malo stačiť mierne miešanie počas 10 - 20 sekúnd. Pri niektorých roztokoch (napr. dichlórmetán) by sa malo dbať na to, aby sa nemiešali príliš intenzívne, pretože tieto roztoky často tvoria emulzie (kde sa rozhranie medzi roztokmi nevyjasňuje). Pri roztokoch náchylných na tvorbu emulzií by sa malo lievikom jemne kývať jednu minútu.
10. Oddeľovací lievik umiestnite do kruhovej svorky vo zvislej polohe, aby sa vrstvy úplne oddelili. Rozhranie medzi vrstvami by sa malo pomerne rýchlo usadiť, často približne do 10 sekúnd. Ak je rozhranie zakalené alebo nie je dobre definované (vytvorila sa emulzia), pozrite si tipy v časti o riešení problémov.
Oddelenie vrstiev (pre jednu extrakciu)
11. Kvapalina nebude dobre odtekať z oddeľovacieho lievika, ak zátka zostane nasadená, pretože do lievika sa nemôže dostať vzduch, ktorý by nahradil vytlačenú kvapalinu. Ak by kvapalina z lievika vytiekla bez nahradenia rovnakým objemom vzduchu, v lieviku by sa vytvoril podtlak. Preto pred vypustením kvapaliny z oddeľovacieho lievika odstráňte zátku (obr. 7 a).
12. Väčšinu spodnej vrstvy odlejte do čistej Erlenmeyerovej banky, pričom krúžkovú svorku umiestnite tak, aby sa špička oddeľovacieho lievika zahniezdila v Erlenmeyerovej banke, aby sa zabránilo rozstreku (obr. 7 b). Odvodňovanie zastavte, keď je rozhranie do 1 cm od dna uzatváracieho kohútika.
13. Jemne otáčajte lievikom, aby sa uvoľnili všetky kvapky priliehajúce na sklo (obr. 7 c). Na zrazenie tvrdohlavých priľnavých kvapiek možno použiť tyčinku na miešanie skla.
14. Ďalej vypustite spodnú vrstvu, pričom zastavte, keď sa rozhranie práve dostane do komory kohútika (obr. 7 d). Erlenmeyerovu banku označte (napr. "spodná vrstva").
15. Vylejte vrchnú vrstvu z vrchnej časti oddeľovacieho lievika do inej čistej Erlenmeyerovej banky (obr. 8 a), pričom túto banku opäť nezabudnite označiť (obr. 8 b). Správnou technikou je vypustenie spodnej vrstvy cez uzatvárací kohút a vyliatie vrchnej vrstvy z hornej časti lievika. Tento spôsob minimalizuje opätovné miešanie roztokov, pretože stonky lievika sa dotýka len spodná vrstva.
16. Nikdy nevyhadzujte žiadne kvapaliny z extrakcie , kým si nie ste úplne istí, že máte požadovanú zlúčeninu. Nežiadúce vrstvy môžete riadne zlikvidovať, keď budete mať v rukách požadovanú zlúčeninu (napr. po tom, ako rotačná odparka odstráni rozpúšťadlo).
Chyby urobené počas extrakcie (napr. pokračovanie s nesprávnou vrstvou) sa dajú vyriešiť, pokiaľ roztoky neboli umiestnené do nádoby na odpad! Vrstvy by sa tiež mali uchovávať až do odparenia, pretože požadovaná zlúčenina nemusí byť v použitom rozpúšťadle dobre rozpustná. Ak sa zlúčeninu nepodarilo extrahovať v jednom rozpúšťadle, neskôr sa môže vyskúšať iné rozpúšťadlo, opäť len vtedy, ak vrstvy ešte neboli vyhodené.
Čistenie (pre jednu extrakciu)
Ak chcete vyčistiť separačný lievik, najprv ho vypláchnite acetónom do odpadovej nádoby. Potom lievik umyte vodou a mydlom na pracovnom stole. Demontujte teflónový kohút (ak sa používa). Po opláchnutí destilovanou vodou nechajte oddelené časti vyschnúť v skrinke (obr. 8 c).
Chyby urobené počas extrakcie (napr. pokračovanie s nesprávnou vrstvou) sa dajú vyriešiť, pokiaľ roztoky neboli umiestnené do nádoby na odpad! Vrstvy by sa tiež mali uchovávať až do odparenia, pretože požadovaná zlúčenina nemusí byť v použitom rozpúšťadle dobre rozpustná. Ak sa zlúčeninu nepodarilo extrahovať v jednom rozpúšťadle, neskôr sa môže vyskúšať iné rozpúšťadlo, opäť len vtedy, ak vrstvy ešte neboli vyhodené.
Čistenie (pre jednu extrakciu)
Ak chcete vyčistiť separačný lievik, najprv ho vypláchnite acetónom do odpadovej nádoby. Potom lievik umyte vodou a mydlom na pracovnom stole. Demontujte teflónový kohút (ak sa používa). Po opláchnutí destilovanou vodou nechajte oddelené časti vyschnúť v skrinke (obr. 8 c).
Viacnásobná extrakcia.
V tejto časti sú postupné pokyny, ako extrahovať vodný roztok organickým rozpúšťadlom, ktoré má menšiu hustotu ako voda (organická vrstva bude na vrchu). Ako príklad sú napísané pokyny na trojnásobnú extrakciu vodného roztoku s použitím 25 ml dietyléteru zakaždým (3×25 ml dietyléteru). Zhrnutie postupu prvých dvoch extrakcií je na obr. 9. Dve extrakcie, keď je organická vrstva na vrchu.
.
Extrakcia č. 1
1. Vykonajte jednu extrakciu s použitím približne 25 ml dietyléteru (presné množstvo nie je potrebné), ako bolo opísané predtým, pričom sa uistite, že ste každú vrstvu vhodne označili (napr. "vrchná organická vrstva" a "spodná vodná vrstva").
Extrakcia č. 2
2. Vráťte vodnú vrstvu do oddeľovacieho lievika. Medzi extrakciami nie je potrebné lievik premyť.
3. Do oddeľovacieho lievika pridajte čerstvú 25 ml porciu dietyléteru. Lievik zazátkujte, obráťte a pretrepte s odvzdušnením, potom nechajte vrstvy oddeliť.
V tomto kroku by mali byť v oddeľovacom lieviku dve vrstvy. Ak tam dve vrstvy nie sú, je pravdepodobné, že v kroku 2 bola do lievika pridaná nesprávna vrstva (častá chyba). Jedným zo spôsobov, ako otestovať, či to bola chyba, je pridať trochu vody zo striekacej fľaše. Ak je vrstva, ktorá sa vrátila do oddeľovacieho lievika, organická vrstva (nesprávna), voda zo striekacej fľaše sa nezmieša s roztokom a namiesto toho bude vo forme kvapiek padať na dno. Ak sa organická vrstva (nesprávna) náhodne vrátila do oddeľovacieho lievika, nedošlo k žiadnej škode, pretože organická vrstva sa jednoducho zriedila. Nalejte kvapalinu späť do banky určenej pre organickú vrstvu a namiesto toho pridajte do lievika vodný roztok.
4. Spodnú vodnú vrstvu sceďte do Erlenmeyerovej banky: je prípustné použiť tú istú banku, ktorá bola použitá na vodnú vrstvu pri prvej extrakcii (ktorá mohla byť označená ako "spodná vodná vrstva").
5. Keďže sa organické vrstvy najčastejšie kombinujú pri viacerých extrakciách, vrchná organická vrstva sa môže vyliať z oddeľovacieho lievika do tej istej banky, ktorá sa použila na organickú vrstvu pri prvej extrakcii (ktorá mohla byť označená ako "vrchná organická vrstva"). V tejto banke by malo byť približne 50 ml dietyléteru z oboch extrakcií.
Extrakcia č. 3
6. Extrakciu zopakujte tretíkrát pridaním vodnej vrstvy z druhej extrakcie do oddeľovacieho lievika, po ktorej nasleduje ďalšia čerstvá 25 ml porcia dietyléteru. Lievik uzavrite, prevráťte a pretrepte s odvzdušnením, potom nechajte vrstvy oddeliť.
7. Vodnú vrstvu sceďte do príslušnej banky a vrchnú vrstvu opäť prelejte do banky s organickou vrstvou, kde by malo byť približne 75 ml dietyléteru z troch extrakcií.
1. Vykonajte jednu extrakciu s použitím približne 25 ml dietyléteru (presné množstvo nie je potrebné), ako bolo opísané predtým, pričom sa uistite, že ste každú vrstvu vhodne označili (napr. "vrchná organická vrstva" a "spodná vodná vrstva").
Extrakcia č. 2
2. Vráťte vodnú vrstvu do oddeľovacieho lievika. Medzi extrakciami nie je potrebné lievik premyť.
3. Do oddeľovacieho lievika pridajte čerstvú 25 ml porciu dietyléteru. Lievik zazátkujte, obráťte a pretrepte s odvzdušnením, potom nechajte vrstvy oddeliť.
V tomto kroku by mali byť v oddeľovacom lieviku dve vrstvy. Ak tam dve vrstvy nie sú, je pravdepodobné, že v kroku 2 bola do lievika pridaná nesprávna vrstva (častá chyba). Jedným zo spôsobov, ako otestovať, či to bola chyba, je pridať trochu vody zo striekacej fľaše. Ak je vrstva, ktorá sa vrátila do oddeľovacieho lievika, organická vrstva (nesprávna), voda zo striekacej fľaše sa nezmieša s roztokom a namiesto toho bude vo forme kvapiek padať na dno. Ak sa organická vrstva (nesprávna) náhodne vrátila do oddeľovacieho lievika, nedošlo k žiadnej škode, pretože organická vrstva sa jednoducho zriedila. Nalejte kvapalinu späť do banky určenej pre organickú vrstvu a namiesto toho pridajte do lievika vodný roztok.
4. Spodnú vodnú vrstvu sceďte do Erlenmeyerovej banky: je prípustné použiť tú istú banku, ktorá bola použitá na vodnú vrstvu pri prvej extrakcii (ktorá mohla byť označená ako "spodná vodná vrstva").
5. Keďže sa organické vrstvy najčastejšie kombinujú pri viacerých extrakciách, vrchná organická vrstva sa môže vyliať z oddeľovacieho lievika do tej istej banky, ktorá sa použila na organickú vrstvu pri prvej extrakcii (ktorá mohla byť označená ako "vrchná organická vrstva"). V tejto banke by malo byť približne 50 ml dietyléteru z oboch extrakcií.
Extrakcia č. 3
6. Extrakciu zopakujte tretíkrát pridaním vodnej vrstvy z druhej extrakcie do oddeľovacieho lievika, po ktorej nasleduje ďalšia čerstvá 25 ml porcia dietyléteru. Lievik uzavrite, prevráťte a pretrepte s odvzdušnením, potom nechajte vrstvy oddeliť.
7. Vodnú vrstvu sceďte do príslušnej banky a vrchnú vrstvu opäť prelejte do banky s organickou vrstvou, kde by malo byť približne 75 ml dietyléteru z troch extrakcií.
Riešenie problémov.
V tejto časti sú opísané bežné problémy a riešenia pri extrakciách.Existuje len jedna vrstva
Najčastejším dôvodom, prečo je v oddeľovacom lieviku len jedna vrstva, hoci by tam mali byť dve (ako v prípade, keď vám postup hovorí, aby ste "oddelili vrstvy"), je chyba. Pravdepodobne sa stalo to, že do oddeľovacieho lievika bola pridaná nesprávna vrstva - napríklad namiesto vodnej vrstvy bola nevedomky pridaná organická vrstva. Keď sa do organickej vrstvy v oddeľovacom lieviku pridá organické rozpúšťadlo, výsledkom je len jedna vrstva. Chyba sa dá napraviť, pokiaľ vrstvy ešte neboli vyhodené! Ak sa do lievika pridá správna vrstva, všetko bude fungovať podľa plánu. Aby ste v budúcnosti predišli tejto chybe, nezabudnite Erlenmeyerove banky označiť. Takisto sa uistite, že nikdy nevyhodíte žiadnu vrstvu, kým si nie ste úplne istí, že ste všetko urobili správne.
Príležitostným dôvodom, prečo sa v oddeľovacom lieviku vytvorí len jedna vrstva, je, ak je prítomné veľké množstvo zlúčenín, ktoré sa rozpúšťajú v oboch rozpúšťadlách, napríklad ak je prítomné veľké množstvo etanolu, ktorý sa dobre rozpúšťa vo vodných aj organických rozpúšťadlách. V takejto situácii je najlepším postupom odstrániť problematickú zlúčeninu (t. j. etanol) na rotačnej odparke pred extrakciou.
Existujú tri vrstvy
Najčastejším dôvodom vzniku troch vrstiev v separačnom lieviku je nedostatočné premiešanie (obr. 10 a). Ak sa lievik pretrepe s väčšou silou, pravdepodobne sa usadí do dvoch vrstiev (obr. 10 b). Je tiež možné, že stredná tretia vrstva je emulzia, kde dve vrstvy nie sú úplne oddelené.
Najčastejším dôvodom, prečo je v oddeľovacom lieviku len jedna vrstva, hoci by tam mali byť dve (ako v prípade, keď vám postup hovorí, aby ste "oddelili vrstvy"), je chyba. Pravdepodobne sa stalo to, že do oddeľovacieho lievika bola pridaná nesprávna vrstva - napríklad namiesto vodnej vrstvy bola nevedomky pridaná organická vrstva. Keď sa do organickej vrstvy v oddeľovacom lieviku pridá organické rozpúšťadlo, výsledkom je len jedna vrstva. Chyba sa dá napraviť, pokiaľ vrstvy ešte neboli vyhodené! Ak sa do lievika pridá správna vrstva, všetko bude fungovať podľa plánu. Aby ste v budúcnosti predišli tejto chybe, nezabudnite Erlenmeyerove banky označiť. Takisto sa uistite, že nikdy nevyhodíte žiadnu vrstvu, kým si nie ste úplne istí, že ste všetko urobili správne.
Príležitostným dôvodom, prečo sa v oddeľovacom lieviku vytvorí len jedna vrstva, je, ak je prítomné veľké množstvo zlúčenín, ktoré sa rozpúšťajú v oboch rozpúšťadlách, napríklad ak je prítomné veľké množstvo etanolu, ktorý sa dobre rozpúšťa vo vodných aj organických rozpúšťadlách. V takejto situácii je najlepším postupom odstrániť problematickú zlúčeninu (t. j. etanol) na rotačnej odparke pred extrakciou.
Existujú tri vrstvy
Najčastejším dôvodom vzniku troch vrstiev v separačnom lieviku je nedostatočné premiešanie (obr. 10 a). Ak sa lievik pretrepe s väčšou silou, pravdepodobne sa usadí do dvoch vrstiev (obr. 10 b). Je tiež možné, že stredná tretia vrstva je emulzia, kde dve vrstvy nie sú úplne oddelené.
Na rozhraní sa nachádza nerozpustný materiál.
Malé množstvo nerozpustného filmu medzi dvoma vrstvami nie je počas extrakcie ničím nezvyčajným. Polymérne materiály majú tendenciu zostať medzi vrstvami, pretože interakcie rozpúšťadla sú na rozhraní minimalizované. Malého množstva filmu sa netreba obávať, pretože ak sa malé množstvo dostane do organickej vrstvy, následný krok sušenia a filtrácie ho často odstráni.
Rozhranie nie je vidieť.
Niekedy sú zlúčeniny v separačnom lieviku také tmavé, že zakrývajú rozhranie medzi dvoma vrstvami. Ak sa to stane, existuje niekoľko metód, ktoré vám môžu pomôcť rozhranie vidieť. Jednou z nich je podržať oddeľovací lievik proti svetlu alebo si na sklo posvietiť baterkou (obr. 11 b). Dodatočné svetlo vám niekedy umožní vidieť rozhranie. Druhou metódou je pozorné pozorovanie vrstiev pri nakláňaní lievika do strán a späť (obr. 11 c). Vaše oko môže niekedy zachytiť jemné rozdiely v spôsobe, akým kvapaliny tečú. Treťou metódou je pridať do lievika trochu viac rozpúšťadla, aby sa jedna z vrstiev trochu zriedila, alebo pridať iné rozpúšťadlo, aby sa zmenil index lomu.
Vrstvy sa dobre neoddeľujú (vytvorila sa emulzia)
)
Emulzie môžu vzniknúť z viacerých dôvodov.
1. Hustota jednotlivých vrstiev môže byť taká podobná, že existuje slabá motivácia na oddelenie kvapalín.2. Môžu byť prítomné mydlovité zlúčeniny alebo iné emulgátory, ktoré rozpúšťajú niektoré zložky v sebe navzájom.
Emulzie sa dajú veľmi ťažko napraviť a najlepšie je, ak sa im v prvom rade predíde jemným pretrepávaním roztokov, ktoré sú náchylné na emulzie (napr. dichlórmetán s vysoko zásaditými alebo hustými roztokmi) v separačnom lieviku. Napriek tomu, ak sa emulzia predsa len vytvorí, existuje niekoľko spôsobov, ako sa ich pokúsiť vyčistiť.
- a) V prípade miernych emulzií jemne vírite vrstvy a pokúste sa zraziť suspendované kvapôčky sklenenou miešacou tyčinkou.
- b) Ak je to možné, nechajte roztok určitý čas odstáť (aj do ďalšej laboratórnej hodiny). S dostatočným časovým odstupom sa niektoré roztoky usadia samé. To samozrejme nemusí byť praktické.
- c) Pri malých objemoch použite odstredivku, ak ju máte k dispozícii. Odstredivka urýchľuje proces, keď sa emulzia nechá usadiť sama. Nezabudnite, že odstredivka musí byť vyvážená, inak sa môže vychýliť z dosky stola. Roztoky rozdeľte rovnomerne, pričom do odstredivky umiestnite skúmavky rovnakého objemu oproti sebe.
- d) Ak sa emulzia vytvorí, pretože dve vrstvy majú podobnú hustotu, skúste zmeniť hustotu jednotlivých vrstiev, aby sa viac líšili. Ak chcete pomôcť vyjasniť emulziu, skúste znížiť hustotu hornej vrstvy alebo zvýšiť hustotu spodnej vrstvy. Ak napríklad vznikne emulzia s etylacetátom (vrchná vrstva) a vodným roztokom (spodná vrstva), pridajte trochu NaCl. NaCl sa rozpustí vo vodnej vrstve a zvýši hustotu vodného roztoku. Prípadne pridajte ďalší etylacetát, ktorý zriedi organickú vrstvu a zníži jej hustotu. V krajnom prípade pridajte trochu pentánu, ktorý sa zmieša s vrchnou organickou vrstvou a zníži jej hustotu (pentán je jedným z najmenej hustých organických rozpúšťadiel). Pridanie pentánu sa používa ako posledná snaha, pretože negatívne ovplyvní schopnosť organickej vrstvy extrahovať trochu polárne zlúčeniny.
Ak vznikne emulzia s vodným roztokom (vrchná vrstva) a dichlórmetánom (spodná vrstva), pridajte trochu vody zo striekacej fľaše, aby ste zriedili vrchnú vrstvu a znížili jej hustotu. Táto metóda sa osvedčila pri vyjasňovaní emulzie na obr. 13 c, ako to dokazuje obr. 13 d. - c) Skúste znížiť rozpustnosť jednej zložky v druhej. Jednou z metód je pridať do oddeľovacieho lievika NaCl alebo NH4Cl, ktoré sa rozpúšťajú vo vodnej vrstve a znižujú schopnosť organických zlúčenín rozpúšťať sa vo vode ("vysolenie").
Extrakcia kyselinou a zásadou
Ako fungujú.
Modifikáciou extrakcií, o ktorých sa predtým hovorilo v tejto kapitole, je vykonanie chemickej reakcie v separačnom lieviku s cieľom zmeniť polaritu, a teda rozdelenie zlúčeniny vo vodnej a organickej vrstve. Bežnou metódou je vykonanie acidobázickej reakcie, ktorou sa môžu niektoré zlúčeniny zmeniť z neutrálnych na iónové formy (alebo naopak).
Predstavte si napríklad, že zmes kyseliny benzoovej a cyklohexánu je rozpustená v organickom rozpúšťadle, ako je etylacetát, v oddeľovacom lieviku. Na oddelenie zložiek sa možno pokúsiť o premytie vodou, aby sa odstránila kyselina benzoová, ale kyselina benzoová nie je obzvlášť rozpustná vo vode kvôli svojmu nepolárnemu aromatickému kruhu a do vodnej vrstvy by sa extrahovalo len malé množstvo (obr. 14 a).
Predstavte si napríklad, že zmes kyseliny benzoovej a cyklohexánu je rozpustená v organickom rozpúšťadle, ako je etylacetát, v oddeľovacom lieviku. Na oddelenie zložiek sa možno pokúsiť o premytie vodou, aby sa odstránila kyselina benzoová, ale kyselina benzoová nie je obzvlášť rozpustná vo vode kvôli svojmu nepolárnemu aromatickému kruhu a do vodnej vrstvy by sa extrahovalo len malé množstvo (obr. 14 a).
Separácia zmesi kyseliny benzoovej a cyklohexánu je však možná pomocou premývania zásadou, napríklad NaOH. Vzhľadom na svoju kyslú povahu môže kyselina benzoová reagovať s NaOH takto, pričom vzniká karboxylátová soľ benzoan sodný.
Vlastnosti rozpustnosti karboxylových kyselín sa podstatne líšia od ich príslušných karboxylátových solí. Salicylan sodný je približne 350-krát rozpustnejší vo vode ako kyselina salicylová v dôsledku svojho iónového charakteru (obr. 15) a je pomerne málo rozpustný v organických rozpúšťadlách, ako je dietyléter.
Preto by sa premytím NaOH kyselina benzoová premenila na jej iónovú karboxylátovú formu, ktorá by potom bola vo vodnej vrstve rozpustnejšia, čo by umožnilo extrakciu benzoanu sodného do vodnej vrstvy. Cyklohexán by zostal v organickej vrstve, pretože nemá žiadnu afinitu k vodnej fáze, ani nemôže nijako reagovať s NaOH. Týmto spôsobom sa môže oddeliť zmes kyseliny benzoovej a cyklohexánu (obr. 14 b). Vodná vrstva sa môže neskôr v prípade potreby okysliť HCl(aq), aby sa kyselina benzoová previedla späť na neutrálnu formu.
Premytie hydrogenuhličitanom sodným
Na extrakciu karboxylových kyselín z organickej vrstvy do vodnej vrstvy sa môže použiť acidobázická extrakcia. Ako bolo uvedené v predchádzajúcej časti, NaOH sa môže použiť na premenu karboxylovej kyseliny na jej vo vode rozpustnejšiu iónovú karboxylátovú formu. Ak však zmes obsahuje požadovanú zlúčeninu, ktorá môže reagovať s NaOH, mala by sa použiť miernejšia zásada, napríklad hydrogenuhličitan sodný. Dochádza k podobnej reakcii.
Premytie hydrogenuhličitanom sodným
Na extrakciu karboxylových kyselín z organickej vrstvy do vodnej vrstvy sa môže použiť acidobázická extrakcia. Ako bolo uvedené v predchádzajúcej časti, NaOH sa môže použiť na premenu karboxylovej kyseliny na jej vo vode rozpustnejšiu iónovú karboxylátovú formu. Ak však zmes obsahuje požadovanú zlúčeninu, ktorá môže reagovať s NaOH, mala by sa použiť miernejšia zásada, napríklad hydrogenuhličitan sodný. Dochádza k podobnej reakcii.
Jedným z rozdielov pri použití zásady NaHCO3 namiesto NaOH je, že vedľajší produkt kyselina uhličitá (H2CO3) sa môže rozkladať na vodu a plynný oxid uhličitý. Pri trepaní kyslého roztoku s hydrogenuhličitanom sodným v oddeľovacom lieviku treba dbať na jemné vírenie a častejšie odvzdušňovanie, aby sa uvoľnil tlak plynu.
Príkladom reakcie, pri ktorej sa často používa premývanie hydrogenuhličitanom sodným, je Fischerova esterifikačná reakcia. Na demonštráciu sa kyselina benzoová refluxovala v etanole spolu s koncentrovanou kyselinou sírovou s cieľom vytvoriť etylbenzoát (obr. 16 a a b). TLC platňa reakčnej zmesi po 1 hodine refluxu ukázala zvyšky nezreagovanej kyseliny karboxylovej (obr. 16 c), čo nie je nezvyčajné vzhľadom na energetickú stránku reakcie.
Príkladom reakcie, pri ktorej sa často používa premývanie hydrogenuhličitanom sodným, je Fischerova esterifikačná reakcia. Na demonštráciu sa kyselina benzoová refluxovala v etanole spolu s koncentrovanou kyselinou sírovou s cieľom vytvoriť etylbenzoát (obr. 16 a a b). TLC platňa reakčnej zmesi po 1 hodine refluxu ukázala zvyšky nezreagovanej kyseliny karboxylovej (obr. 16 c), čo nie je nezvyčajné vzhľadom na energetickú stránku reakcie.
Zvyšky kyseliny karboxylovej sa môžu odstrániť z požadovaného esterového produktu pomocou acidobázickej extrakcie v separačnom lieviku. Premývaním hydrogenuhličitanom sodným sa kyselina benzoová premení na jej vo vode rozpustnejšiu formu benzoanu sodného, čím sa extrahuje do vodnej vrstvy (obr. 17). Okrem toho hydrogenuhličitan sodný neutralizuje katalytickú kyselinu v tejto reakcii.
Hydrogenuhličitan sodný je v tomto procese vhodnejší ako NaOH, pretože je oveľa slabšou zásadou; premývanie NaOH by mohlo spôsobiť hydrolýzu produktu esteru.
Zmesi kyselín a zásad
Ako už bolo uvedené, acidobázické vlastnosti zlúčenín možno využiť na selektívnu extrakciu určitých zlúčenín zo zmesí. Túto stratégiu možno rozšíriť na ďalšie príkladyZmesi kyselín a zásad
Extrakcia zásad
Zásadité zlúčeniny, ako sú amíny, možno extrahovať z organických roztokov ich pretrepávaním s kyslými roztokmi, aby sa premenili na soli rozpustnejšie vo vode. Týmto spôsobom ich možno extrahovať z organickej vrstvy do vodnej vrstvy.Extrakcia karboxylových kyselín a fenolov
Ako už bolo uvedené, karboxylové kyseliny sa môžu extrahovať z organickej vrstvy do vodnej vrstvy pretrepávaním so zásaditými roztokmi, čím sa premenia na ich vo vode rozpustnejšie soli.
Ako už bolo uvedené, karboxylové kyseliny sa môžu extrahovať z organickej vrstvy do vodnej vrstvy pretrepávaním so zásaditými roztokmi, čím sa premenia na ich vo vode rozpustnejšie soli.
Podobná reakcia prebieha s fenolmi (PhOH) a aj tie možno extrahovať do vodnej vrstvy NaOH (obr. 18 a).
Fenoly sú však podstatne menej kyslé ako karboxylové kyseliny a nie sú dostatočne kyslé na to, aby úplne reagovali s NaHCO3, slabšou zásadou. Preto sa na oddelenie zmesí fenolov a karboxylových kyselín môže použiť roztok hydrogenuhličitanu (obr. 18 b).
Fenoly sú však podstatne menej kyslé ako karboxylové kyseliny a nie sú dostatočne kyslé na to, aby úplne reagovali s NaHCO3, slabšou zásadou. Preto sa na oddelenie zmesí fenolov a karboxylových kyselín môže použiť roztok hydrogenuhličitanu (obr. 18 b).
Extrakcia kyselín, zásad a neutrálnych zlúčenín
Predtým uvedené acidobázické vlastnosti umožňujú, aby sa zmes obsahujúca kyslé (napr. RCO2H), zásadité (napr. RNH2) a neutrálne zložky čistila sériou extrakcií, ako je zhrnuté na obr. 19 (pri ktorej sa používa organické rozpúšťadlo s menšou hustotou ako voda).
Predtým uvedené acidobázické vlastnosti umožňujú, aby sa zmes obsahujúca kyslé (napr. RCO2H), zásadité (napr. RNH2) a neutrálne zložky čistila sériou extrakcií, ako je zhrnuté na obr. 19 (pri ktorej sa používa organické rozpúšťadlo s menšou hustotou ako voda).
Predpokladá sa, že čitatelia vykonávajúci tento typ experimentu sú oboznámení s vykonávaním jednoduchých a viacnásobných extrakcií. V tejto časti sú opísané rozdiely medzi všeobecnými extrakčnými postupmi a postupom zhrnutým na obr. 19.
1. Izolácia kyslej zložky:
a) Keď sa kyslá zložka nachádza vo vodnej vrstve v Erlenmeyerovej banke, možno ju previesť späť na neutrálnu zložku pridaním 2M HCl(aq), kým roztok nedá pH 3 - 4 (stanovené pomocou pH papierika). Ak je prítomné veľké množstvo kyseliny, takže okyslenie by si vyžadovalo príliš veľký objem 2M HCl(aq), môže sa namiesto toho po kvapkách pridať koncentrovaná HCl(aq). Nižšie koncentrácie Hcl(aq) sú menej nebezpečné, ale zvýšenie objemu vodnej vrstvy o veľké množstvo by ovplyvnilo účinnosť následných extrakcií a filtračných krokov.
b) Po okyslení sa môžu použiť dva spôsoby v závislosti od toho, či je kyslá zložka pevná alebo kvapalná.
1. Izolácia kyslej zložky:
a) Keď sa kyslá zložka nachádza vo vodnej vrstve v Erlenmeyerovej banke, možno ju previesť späť na neutrálnu zložku pridaním 2M HCl(aq), kým roztok nedá pH 3 - 4 (stanovené pomocou pH papierika). Ak je prítomné veľké množstvo kyseliny, takže okyslenie by si vyžadovalo príliš veľký objem 2M HCl(aq), môže sa namiesto toho po kvapkách pridať koncentrovaná HCl(aq). Nižšie koncentrácie Hcl(aq) sú menej nebezpečné, ale zvýšenie objemu vodnej vrstvy o veľké množstvo by ovplyvnilo účinnosť následných extrakcií a filtračných krokov.
b) Po okyslení sa môžu použiť dva spôsoby v závislosti od toho, či je kyslá zložka pevná alebo kvapalná.
- Ak sa po okyslení iónovej soli vytvorí pevná látka, môže sa zachytiť odsávacou filtráciou. Táto metóda by sa mala použiť len vtedy, ak sa objavia veľké množstvá kryštálov veľkých rozmerov. Ak sa vytvoria jemné kryštáliky (ktoré sú pomerne časté), upchajú filtračný papier a bránia primeranému odtoku. Ak je vidieť len malé množstvo pevnej látky v porovnaní s teoretickým množstvom, je pravdepodobné, že zlúčenina je pomerne dobre rozpustná vo vode a filtrácia by viedla k nízkej výťažnosti.
- Ak sa po okyslení nevytvorí žiadna pevná látka (alebo ak sa vytvoria jemné kryštáliky alebo malé množstvo pevnej látky), extrahujte kyslú zložku späť do organického rozpúšťadla (×3). Všeobecne platí pravidlo, že na extrakciu použite tretinu rozpúšťadla, ako je pôvodná vrstva (napr. ak použijete 100 ml vodného roztoku, extrahujte vždy 33 ml organického rozpúšťadla). Ak pri okysľovaní vzniklo výrazné teplo, nezabudnite vodný roztok pred extrakciou najprv ochladiť v ľadovom kúpeli. Ak používate dietyléter alebo etylacetát, pokračujte premytím soľným roztokom (×1), vysušte sušiacim činidlom a odstráňte rozpúšťadlo pomocou rotačnej odparky, aby ste ponechali čistú kyslú zložku.
2. Izolácia zásaditej zložky:
Použite podobný postup ako pri izolácii kyslej zložky, s výnimkou bazifikácie roztoku pomocou 2M NaOH(aq), až kým nedosiahnete pH 9 - 10 stanovené pomocou pH papiera.
3. Izolácia neutrálnej zložky:
Neutrálna zložka bude "zvyšná" zlúčenina v organickej vrstve. Ak chcete izolovať, premyte soľným roztokom (×1), ak používate dietyléter alebo etylacetát, vysušte sušiacim činidlom a odstráňte rozpúšťadlo pomocou rotačnej odparky, aby zostala čistá neutrálna zložka.
Použite podobný postup ako pri izolácii kyslej zložky, s výnimkou bazifikácie roztoku pomocou 2M NaOH(aq), až kým nedosiahnete pH 9 - 10 stanovené pomocou pH papiera.
3. Izolácia neutrálnej zložky:
Neutrálna zložka bude "zvyšná" zlúčenina v organickej vrstve. Ak chcete izolovať, premyte soľným roztokom (×1), ak používate dietyléter alebo etylacetát, vysušte sušiacim činidlom a odstráňte rozpúšťadlo pomocou rotačnej odparky, aby zostala čistá neutrálna zložka.
Záver.
Extrakčné metódy sa používajú na extrakciu niektorých látok zo zmesi. Tieto látky môžu byť zásadité, kyslé alebo neutrálne (polárne alebo nepolárne). Táto metóda sa napríklad používa pri výrobe amfetamínu vo fáze dekantácie: vrchná vrstva obsahujúca amfetamínovú bázu sa zozbiera v alkohole. Môže sa trochu vysušiť bezvodým síranom horečnatým a troska sa môže dodatočne extrahovať nepolárnym rozpúšťadlom (éter, benzén, toluén), rozpúšťadlo sa potom odparí. Výroba mefedrónu zahŕňa manipuláciu s oddeľovacím lievikom a extrakciu. Pri čistení niektorých psychoaktívnych látok od nečistôt sa používa aj acidobázická extrakcia.
Attachments
Last edited: