Teorija ekstrakcije.
"Ekstrakcija" se nanaša na prenos spojine (spojin) iz trdne ali tekoče snovi v drugo topilo ali fazo. Ko čajno vrečko dodamo v vročo vodo, se spojine, ki so odgovorne za okus in barvo čaja, izločijo iz usedline v vodo. Kava brez kofeina se proizvaja z uporabo topil ali superkritičnega ogljikovega dioksida za ekstrakcijo kofeina iz kavnih zrn. V kemijskem laboratoriju se najpogosteje uporablja ekstrakcija tekočina-tekočina, postopek, ki poteka v ločevalnem lijaku. V lij se vlije raztopina z raztopljenimi sestavinami in doda se nemešljivo topilo, pri čemer nastaneta dve plasti, ki se stresata skupaj. Najpogosteje je ena plast vodna, druga pa organsko topilo. Komponente se "ekstrahirajo", ko prehajajo iz ene plasti v drugo. Oblika ločevalnega lijaka omogoča učinkovito odvajanje in ločevanje obeh plasti.
Slika 1 Shema ekstrakcije
Spojine prehajajo iz ene tekočine v drugo glede na njihovo relativno topnost v posamezni tekočini. Hitro vodilo za topnost je načelo "podobno se raztaplja podobno", kar pomeni, da se nepolarne spojine zlahka ekstrahirajo v nepolarna topila (in obratno). Spojine, ki so odgovorne za okus in barvo čaja, morajo biti polarne, če se zlahka ekstrahirajo v vroči vodi. Ko se v ločilnem lijaku pustimo izenačiti med dvema tekočinama, večina spojine pogosto konča v plasti, ki je bolj topna.
Slika 2
Postopki po korakih za ekstrakcije.
Enotna ekstrakcija.
Slike v tem razdelku prikazujejo enkratno ekstrakcijo metil rdečega (obarvana spojina, slika 3) iz vodne raztopine (spodnja plast) v 25 ml etil acetata (zgornja plast). Vodna raztopina je prvotno rožnate barve, saj se metil rdeče v kisli raztopini pojavi rdeče (vodna raztopina je bila pripravljena iz 50 ml vode, 5 kapljic 0,1 MHCl in 5 kapljic 1 % raztopine indikatorja metil rdečega). Metil rdeče ima velik porazdelitveni koeficient in se v tem postopku izloči iz vodne plasti v etil acetat.
Potek ekstrakcije metil rdečega (obarvana spojina) iz kisle vodne plasti (spodaj) v organsko plast (zgoraj). Inverzije so bile izvedene počasi, da bi videli postopno ekstrakcijo. Tudi z nežnim mešanjem se metil rdeče hitro ekstrahira.
Priprava nastavitve (za enkratno ekstrakcijo)
1. Priskrbite ločilni lijak (slika 4 a).- a) Če ima ločilni lijak teflonsko zaporko, jo ponovno sestavite, če je bila razstavljena zaradi sušenja, in dele postavite v ustreznem vrstnem redu (slika 4 b). Prepričajte se, da je teflonska zaporna pipa zmerno tesna, tako da se še vedno lahko obrača, vendar ni tako ohlapna, da bi lahko tekočina pronicala okoli spoja.
- b) Če uporabljate stekleni zamašek (slika 4 c), ga verjetno ni treba dodatno pripraviti. Uporabiti je treba zelo tanek sloj masti, da se zatesni zaporna pipa in prepreči zmrzovanje. Če sta na voljo tako steklena kot teflonska zamaška, je boljša izbira teflon, saj vedno obstaja možnost, da topilo raztopi mast, ki se uporablja pri steklenih zamaških, in kontaminira vzorec.
- c) Priskrbite tudi zamašek (teflonski ali iz brušenega stekla), ki se dobro prilega zgornjemu spoju lijaka (slika 4 a).
2. Ločilni lijak namestite v obročasto objemko, pritrjeno na obročasto stojalo ali rešetko. Lijaki se zlahka zlomijo, zato lijak v kovinski objemki podložite s koščki prerezane gume ali plastične cevi (slika 4 d).
Dodajte raztopine (za enkratno ekstrakcijo)
3. Preden kar koli nalijete v ločevalni lijak, se prepričajte, da je zaporna pipa v položaju "zaprto", v katerem je zaporna pipa v vodoravni legi (slika 5 a). Kot varnostno varovalo vedno postavite Erlenmeyerjevo bučko pod ločilni lij (Slika 5 b). Ta lahko zajame tekočino, če je zaporna pipa pomotoma ostala odprta ali če je zaporna pipa zrahljana in tekočina nenamerno izteče skozi.
4. S pomočjo lijaka vlijte tekočino, ki jo želite ekstrahirati, v ločilni lijak (slika 5 b). Ločilnega lijaka nikoli ne smete uporabljati z vročo ali toplo tekočino. Spoj brušenega stekla na vrhu ločevalnega lijaka je bolj nagnjen k temu, da se prilepi na zamašek, če je bila v nekem trenutku v spoju tekočina. Če tekočino v ločilni lijak nalijete s pomočjo lijaka s kratkim pecljem, se izognete navlažitvi spoja, tako da bo manj verjetno, da bo med mešanjem zmrznil.
3. Preden kar koli nalijete v ločevalni lijak, se prepričajte, da je zaporna pipa v položaju "zaprto", v katerem je zaporna pipa v vodoravni legi (slika 5 a). Kot varnostno varovalo vedno postavite Erlenmeyerjevo bučko pod ločilni lij (Slika 5 b). Ta lahko zajame tekočino, če je zaporna pipa pomotoma ostala odprta ali če je zaporna pipa zrahljana in tekočina nenamerno izteče skozi.
4. S pomočjo lijaka vlijte tekočino, ki jo želite ekstrahirati, v ločilni lijak (slika 5 b). Ločilnega lijaka nikoli ne smete uporabljati z vročo ali toplo tekočino. Spoj brušenega stekla na vrhu ločevalnega lijaka je bolj nagnjen k temu, da se prilepi na zamašek, če je bila v nekem trenutku v spoju tekočina. Če tekočino v ločilni lijak nalijete s pomočjo lijaka s kratkim pecljem, se izognete navlažitvi spoja, tako da bo manj verjetno, da bo med mešanjem zmrznil.
Slika
a) Zaprti in odprti zamaški, b) Vlivanje tekočine z lijakom: opazite Erlenmeyerjevo bučko, nameščeno spodaj kot varovalo, c) Vlivanje organskega topila, d) Ločilni lijak pred mešanjem.V ločilni lijak vlijemo določeno količino ekstrakcijskega topila, kot je navedeno v postopku (slika 5 c). Za ekstrakcije ni treba uporabljati natančnih količin topila, volumne pa lahko izmerimo v graduiranem valju. Če postopek zahteva 20 ml topila, je sprejemljivo, če se vsakič uporabi med 20 in 25 ml.
Mešanje raztopin (za enkratno ekstrakcijo)
6. Na lijak namestite zamašek in ga držite tako, da prsti ene roke varno pokrivajo zamašek, druga roka pa drži dno lijaka (slika 6 a).
7. Nežno obrnite lijak (slika 6 b) in mešanico nekoliko zavrtite. Čeprav se neredko zgodi, da nekaj tekočine pri prevračanju spolzi v spoj brušenega stekla, mora biti to minimalno. Če vam tekočina pri obračanju lijaka kaplja na prste ali rokavice, je zamašek verjetno napačne velikosti.
Mešanje raztopin (za enkratno ekstrakcijo)
6. Na lijak namestite zamašek in ga držite tako, da prsti ene roke varno pokrivajo zamašek, druga roka pa drži dno lijaka (slika 6 a).
7. Nežno obrnite lijak (slika 6 b) in mešanico nekoliko zavrtite. Čeprav se neredko zgodi, da nekaj tekočine pri prevračanju spolzi v spoj brušenega stekla, mora biti to minimalno. Če vam tekočina pri obračanju lijaka kaplja na prste ali rokavice, je zamašek verjetno napačne velikosti.
Slika
a) Držanje ločevalnega lijaka pred stresanjem, b) Obračanje lijaka, da se sestavine premešajo, c) Odprtje, da se sprosti tlak.8. Pri mešanju raztopin se lahko v lijaku nabere tlak, zato ga takoj po mešanju, ko je lijak še vedno obrnjen, "odzračite" tako, da za kratek čas odprete zaporno pipo, da se tlak sprosti (slika 6 c). Tlak v lijaku narašča, ko topilo izhlapeva v prostor pod glavo in prispeva dodatno paro k začetnemu zračnemu tlaku ∼1 atmosfere v lijaku. Pri zelo hlapnih topilih (kot je dietil eter) lahko ob izpustu slišimo določen "šum", majhne količine tekočine pa lahko celo brizgnejo skozi zaporno pipo. Če tekočina brizgne skozi zaporno pipo, ji poskušajte omogočiti, da odteče nazaj v lijak. Hrup, povezan z odzračevanjem, običajno preneha po drugem ali tretjem obratu, saj se prostor v glavi nasiči s hlapi topila, tlaki v lijaku in zunaj njega pa se izenačijo.
Varnostno opozorilo: Med odzračevanjem nikoli ne usmerite zaporne pipe proti nekomu, saj lahko tekočina brizgne nanj ali nanjo.
9. Zaprite zaporno pipo in raztopini nekoliko bolj intenzivno mešajte, pri čemer se občasno ustavite, da odzračite sistem. Obstajajo različna mnenja o tem, kako močno je treba raztopine mešati v ločevalnih lijakih in kako dolgo. Kot splošno vodilo velja, da naj bi zadostovalo rahlo mešanje 10-20 sekund. Pri nekaterih raztopinah (npr. diklorometan) je treba paziti, da ne stresamo premočno, saj te raztopine pogosto tvorijo emulzije (kjer se vmesnik med raztopinama ne zbistri). Pri raztopinah, ki so nagnjene k nastanku emulzij, je treba lijak eno minuto nežno stresati.
10. Ločilni lijak postavite pokonci v obročasto objemko, da se plasti popolnoma ločijo. Vmesnik med plastmi se mora dokaj hitro ustaliti, pogosto v približno 10 sekundah. Če je vmesnik moten ali ni dobro opredeljen (nastala je emulzija), si oglejte nasvete v razdelku o odpravljanju težav.
Ločevanje plasti (za enkratno ekstrakcijo)
11. Tekočina ne bo dobro odtekla iz ločilnega lijaka, če bo zamašek ostal nameščen, saj v lijak ne more priti zrak, da bi nadomestil izpodrinjeno tekočino. Če bi tekočina odtekla iz lijaka, ne da bi jo nadomestila enaka količina zraka, bi v lijaku nastal podtlak. Zato pred odvajanjem tekočine iz lijaka odstranimo zamašek (slika 7 a).
12. Večino spodnje plasti odcedite v čisto Erlenmeyerjevo bučko, pri čemer obročasto sponko namestite tako, da je konica lijaka v Erlenmeyerjevi bučki, da preprečite brizganje (slika 7 b). Odcejanje ustavite, ko je vmesnik v razdalji 1 cm od dna zaporne pipe.
13. Nežno zavrtite lijak, da odstranite vse kapljice, ki se držijo stekla (slika 7 c). Za zbijanje trdovratno oprijemajočih se kapljic lahko uporabite paličico za mešanje stekla.
14. Nadalje odcedite spodnjo plast, pri čemer se ustavite, ko vmesnik ravno vstopi v komoro z zaporno pipo (slika 7 d). Erlenmeyerjevo bučko označite (npr. "spodnja plast").
Varnostno opozorilo: Med odzračevanjem nikoli ne usmerite zaporne pipe proti nekomu, saj lahko tekočina brizgne nanj ali nanjo.
9. Zaprite zaporno pipo in raztopini nekoliko bolj intenzivno mešajte, pri čemer se občasno ustavite, da odzračite sistem. Obstajajo različna mnenja o tem, kako močno je treba raztopine mešati v ločevalnih lijakih in kako dolgo. Kot splošno vodilo velja, da naj bi zadostovalo rahlo mešanje 10-20 sekund. Pri nekaterih raztopinah (npr. diklorometan) je treba paziti, da ne stresamo premočno, saj te raztopine pogosto tvorijo emulzije (kjer se vmesnik med raztopinama ne zbistri). Pri raztopinah, ki so nagnjene k nastanku emulzij, je treba lijak eno minuto nežno stresati.
10. Ločilni lijak postavite pokonci v obročasto objemko, da se plasti popolnoma ločijo. Vmesnik med plastmi se mora dokaj hitro ustaliti, pogosto v približno 10 sekundah. Če je vmesnik moten ali ni dobro opredeljen (nastala je emulzija), si oglejte nasvete v razdelku o odpravljanju težav.
Ločevanje plasti (za enkratno ekstrakcijo)
11. Tekočina ne bo dobro odtekla iz ločilnega lijaka, če bo zamašek ostal nameščen, saj v lijak ne more priti zrak, da bi nadomestil izpodrinjeno tekočino. Če bi tekočina odtekla iz lijaka, ne da bi jo nadomestila enaka količina zraka, bi v lijaku nastal podtlak. Zato pred odvajanjem tekočine iz lijaka odstranimo zamašek (slika 7 a).
12. Večino spodnje plasti odcedite v čisto Erlenmeyerjevo bučko, pri čemer obročasto sponko namestite tako, da je konica lijaka v Erlenmeyerjevi bučki, da preprečite brizganje (slika 7 b). Odcejanje ustavite, ko je vmesnik v razdalji 1 cm od dna zaporne pipe.
13. Nežno zavrtite lijak, da odstranite vse kapljice, ki se držijo stekla (slika 7 c). Za zbijanje trdovratno oprijemajočih se kapljic lahko uporabite paličico za mešanje stekla.
14. Nadalje odcedite spodnjo plast, pri čemer se ustavite, ko vmesnik ravno vstopi v komoro z zaporno pipo (slika 7 d). Erlenmeyerjevo bučko označite (npr. "spodnja plast").
15. Zgornjo plast z vrha ločilnega lijaka prelijte v drugo čisto Erlenmeyerjevo bučko (slika 8 a), pri čemer poskrbite, da to bučko ponovno označite (slika 8 b). Ustrezna tehnika je, da spodnjo plast odcedite skozi zaporno pipo, zgornjo plast pa izlijete z vrha lijaka. Ta metoda zmanjšuje ponovno mešanje raztopin, saj se le spodnja plast dotika stebla lijaka.
Slika
a) Izlivanje zgornje plasti, b) označene plasti, c) sušenje lijaka z razstavljenim zamaškom.16. Nikoli ne zavrzite tekočin iz ekstrakcije , dokler niste popolnoma prepričani, da ste dobili želeno spojino. Neželene plasti lahko ustrezno odstranite, ko je želena spojina v vaših rokah (npr. ko je rotacijski uparjalnik odstranil topilo).
Napake med ekstrakcijo (npr. nadaljevanje z napačno plastjo) je mogoče odpraviti, če raztopine niso bile odložene v posodo za odpadke! Sloje je treba shraniti do izhlapevanja tudi zato, ker želena spojina morda ni dobro topna v uporabljenem topilu. Če se spojina ni uspela ekstrahirati v enem topilu, se lahko pozneje poskusi z drugim topilom, vendar le, če plasti še niso bile odvržene.
Čiščenje (za enkratno ekstrakcijo)
Za čiščenje ločilnega lijaka ga najprej sperite z acetonom v posodo za odpadke. Nato lij splaknite z milom in vodo na delovni mizi. Odstranite teflonsko zaporno pipo (če jo uporabljate). Po izpiranju z destilirano vodo pustite, da se ločeni deli posušijo v vaši omarici (slika 8 c).
Napake med ekstrakcijo (npr. nadaljevanje z napačno plastjo) je mogoče odpraviti, če raztopine niso bile odložene v posodo za odpadke! Sloje je treba shraniti do izhlapevanja tudi zato, ker želena spojina morda ni dobro topna v uporabljenem topilu. Če se spojina ni uspela ekstrahirati v enem topilu, se lahko pozneje poskusi z drugim topilom, vendar le, če plasti še niso bile odvržene.
Čiščenje (za enkratno ekstrakcijo)
Za čiščenje ločilnega lijaka ga najprej sperite z acetonom v posodo za odpadke. Nato lij splaknite z milom in vodo na delovni mizi. Odstranite teflonsko zaporno pipo (če jo uporabljate). Po izpiranju z destilirano vodo pustite, da se ločeni deli posušijo v vaši omarici (slika 8 c).
Večkratna ekstrakcija.
V tem razdelku so postopna navodila za ekstrakcijo vodne raztopine z organskim topilom, ki je manj gosto od vode (organska plast bo na vrhu). Kot primer so napisana navodila za trikratno ekstrakcijo vodne raztopine z vsakokratno uporabo 25 ml dietiletra (3×25 ml dietiletra). Povzetek postopka prvih dveh ekstrakcij je na sliki 9. Dve ekstrakciji, ko je organska plast na vrhu.
Slika.
Ekstrakcija št. 1
1. Izvedite eno ekstrakcijo s približno 25 ml dietiletra (natančna količina ni potrebna), kot je bilo opisano prej, in poskrbite, da ustrezno označite vsako plast (npr. "zgornja organska plast" in "spodnja vodna plast").
Ekstrakcija št. 2
2. Vodno plast vrnite v ločilni lij. Med ekstrakcijami lijaka ni treba izpirati.
3. V ločilni lij dodajte svežo 25-mililitrsko porcijo dietiletra. Zamašite lij, ga obrnite in pretresite z zračenjem, nato pa pustite, da se plasti ločijo.
V tem koraku morata biti v ločevalnem lijaku dve plasti. Če dveh plasti ni, je verjetno, da je bila v lijak v koraku 2 dodana napačna plast (pogosta napaka). Eden od načinov za preverjanje, ali je šlo za napako, je, da dodate malo vode iz steklenice z brizgalko. Če je plast, vrnjena v lij ločilnik, organska plast (napačna), se voda iz stekleničke s curkom ne bo pomešala z raztopino, temveč bo v obliki kapljic padla na dno. Če je bila organska plast (nepravilna) pomotoma vrnjena v ločevalni lijak, ni nobene škode, saj je bila organska plast preprosto razredčena. Tekočino prelijte nazaj v bučko, namenjeno za organsko plast, in namesto tega v lijak dodajte vodno raztopino.
4. Spodnjo vodno plast odcedite v Erlenmeyerjevo bučko: dovoljeno je uporabiti isto bučko, ki je bila uporabljena za vodno plast pri prvi ekstrakciji (morda je bila označena kot "spodnja vodna plast").
5. Ker je najpogostejše združevanje organskih plasti pri več ekstrakcijah, se lahko zgornja organska plast prelije iz ločevalnega lijaka v isto bučko, ki je bila uporabljena za organsko plast pri prvi ekstrakciji (ki je lahko označena kot "zgornja organska plast"). V tej bučki mora biti približno 50 ml dietiletra iz obeh ekstrakcij.
Ekstrakcija #3
6. Ekstrakcijo ponovite še tretjič tako, da v lij ločilnik dodate vodno plast iz druge ekstrakcije, nato pa še 25 ml dietiletra. Lijak zamašimo, obrnemo in pretresemo z zračenjem, nato pa pustimo, da se plasti ločijo.
7. Vodno plast odcedite v ustrezno bučko, zgornjo plast pa ponovno prelijte v bučko za organsko plast, v kateri mora biti približno 75 ml dietiletra iz treh ekstrakcij.
1. Izvedite eno ekstrakcijo s približno 25 ml dietiletra (natančna količina ni potrebna), kot je bilo opisano prej, in poskrbite, da ustrezno označite vsako plast (npr. "zgornja organska plast" in "spodnja vodna plast").
Ekstrakcija št. 2
2. Vodno plast vrnite v ločilni lij. Med ekstrakcijami lijaka ni treba izpirati.
3. V ločilni lij dodajte svežo 25-mililitrsko porcijo dietiletra. Zamašite lij, ga obrnite in pretresite z zračenjem, nato pa pustite, da se plasti ločijo.
V tem koraku morata biti v ločevalnem lijaku dve plasti. Če dveh plasti ni, je verjetno, da je bila v lijak v koraku 2 dodana napačna plast (pogosta napaka). Eden od načinov za preverjanje, ali je šlo za napako, je, da dodate malo vode iz steklenice z brizgalko. Če je plast, vrnjena v lij ločilnik, organska plast (napačna), se voda iz stekleničke s curkom ne bo pomešala z raztopino, temveč bo v obliki kapljic padla na dno. Če je bila organska plast (nepravilna) pomotoma vrnjena v ločevalni lijak, ni nobene škode, saj je bila organska plast preprosto razredčena. Tekočino prelijte nazaj v bučko, namenjeno za organsko plast, in namesto tega v lijak dodajte vodno raztopino.
4. Spodnjo vodno plast odcedite v Erlenmeyerjevo bučko: dovoljeno je uporabiti isto bučko, ki je bila uporabljena za vodno plast pri prvi ekstrakciji (morda je bila označena kot "spodnja vodna plast").
5. Ker je najpogostejše združevanje organskih plasti pri več ekstrakcijah, se lahko zgornja organska plast prelije iz ločevalnega lijaka v isto bučko, ki je bila uporabljena za organsko plast pri prvi ekstrakciji (ki je lahko označena kot "zgornja organska plast"). V tej bučki mora biti približno 50 ml dietiletra iz obeh ekstrakcij.
Ekstrakcija #3
6. Ekstrakcijo ponovite še tretjič tako, da v lij ločilnik dodate vodno plast iz druge ekstrakcije, nato pa še 25 ml dietiletra. Lijak zamašimo, obrnemo in pretresemo z zračenjem, nato pa pustimo, da se plasti ločijo.
7. Vodno plast odcedite v ustrezno bučko, zgornjo plast pa ponovno prelijte v bučko za organsko plast, v kateri mora biti približno 75 ml dietiletra iz treh ekstrakcij.
Odpravljanje težav.
V tem razdelku so opisane pogoste težave in rešitve pri ekstrakcijah.Obstaja samo ena plast
Najpogostejši razlog, da je v lijaku samo ena plast, čeprav bi morali biti dve (kot v primeru, ko postopek pravi, da "ločite plasti"), je napaka. Verjetno se je zgodilo, da je bila v ločevalni lijak dodana napačna plast - na primer organska plast je bila nevede dodana namesto vodne plasti. Če organski plasti v ločevalnem lijaku dodamo organsko topilo, je rezultat le ena plast. Napako je mogoče odpraviti, dokler plasti še niso bile zavržene! Če v lijak dodamo pravilno plast, bo vse potekalo, kot je bilo načrtovano. Da bi preprečili to napako v prihodnosti, ne pozabite označiti Erlenmeyerjevih bučk. Prav tako bodite prepričani, da nikoli ne zavrzite plasti, dokler niste popolnoma prepričani, da ste vse naredili pravilno.
Občasni razlog, da se v ločevalnem lijaku oblikuje samo ena plast, je, če so prisotne velike količine spojin, ki se topijo v obeh topilih, na primer če so prisotne velike količine etanola, ki se dobro topi tako v vodnih kot organskih topilih. V tem primeru je najboljši pristop, da pred ekstrakcijo na rotacijskem uparjalniku odstranimo problematično spojino (tj. etanol).
Obstajajo tri plasti
Najpogostejši razlog za tri plasti v lijaku je neustrezno mešanje (slika 10 a). Če lij z večjo močjo stresemo, se bo lij verjetno usedel v dve plasti (slika 10 b). Možno je tudi, da je srednja tretja plast emulzija, pri kateri dve plasti nista popolnoma ločeni.
Najpogostejši razlog, da je v lijaku samo ena plast, čeprav bi morali biti dve (kot v primeru, ko postopek pravi, da "ločite plasti"), je napaka. Verjetno se je zgodilo, da je bila v ločevalni lijak dodana napačna plast - na primer organska plast je bila nevede dodana namesto vodne plasti. Če organski plasti v ločevalnem lijaku dodamo organsko topilo, je rezultat le ena plast. Napako je mogoče odpraviti, dokler plasti še niso bile zavržene! Če v lijak dodamo pravilno plast, bo vse potekalo, kot je bilo načrtovano. Da bi preprečili to napako v prihodnosti, ne pozabite označiti Erlenmeyerjevih bučk. Prav tako bodite prepričani, da nikoli ne zavrzite plasti, dokler niste popolnoma prepričani, da ste vse naredili pravilno.
Občasni razlog, da se v ločevalnem lijaku oblikuje samo ena plast, je, če so prisotne velike količine spojin, ki se topijo v obeh topilih, na primer če so prisotne velike količine etanola, ki se dobro topi tako v vodnih kot organskih topilih. V tem primeru je najboljši pristop, da pred ekstrakcijo na rotacijskem uparjalniku odstranimo problematično spojino (tj. etanol).
Obstajajo tri plasti
Najpogostejši razlog za tri plasti v lijaku je neustrezno mešanje (slika 10 a). Če lij z večjo močjo stresemo, se bo lij verjetno usedel v dve plasti (slika 10 b). Možno je tudi, da je srednja tretja plast emulzija, pri kateri dve plasti nista popolnoma ločeni.
Na vmesniku je netopna snov.
Majhna količina netopnega filma med dvema plastema med ekstrakcijo ni neobičajna. Polimerni materiali se običajno zadržujejo med plastmi, saj so interakcije topila na vmesniku čim manjše. Manjši film ni razlog za skrb, ker če majhna količina preide v organsko plast, se pogosto odstrani z nadaljnjim sušenjem in filtriranjem.
Vmesnika ni mogoče videti.
Občasno so spojine v ločevalnem lijaku tako temne, da zasenčijo vmesnik med obema plastema. Če se to zgodi, obstaja več metod, ki vam lahko pomagajo videti vmesnik. Ena od teh je, da ločilni lijak držite proti svetlobi ali da na steklo posvetimo z baterijsko svetilko (slika 11 b). Dodatna svetloba včasih omogoči, da vidite vmesnik. Druga metoda je skrbno opazovanje plasti med nagibanjem lijaka naprej in nazaj na stran (slika 11 c). Z očesom lahko včasih opazite subtilne razlike v načinu pretakanja tekočin. Tretja metoda je, da v lijak dodamo malo več topila, da nekoliko razredčimo eno od plasti, ali da dodamo drugo topilo, da spremenimo lomni količnik.
Slika
a) Vmesnik je pretemen, da bi ga bilo mogoče zlahka videti, b) svetilka vizualizira vmesnik, c) nagibanje prav tako subtilno vizualizira vmesnik, čeprav je veliko manj dramatično.Plasti se ne ločijo dobro (nastane emulzija)
)
Emulzije lahko nastanejo iz več razlogov.
1. Gostota posameznih plasti je lahko tako podobna, da je motivacija za ločevanje tekočin šibka.2. Prisotne so lahko milo podobne spojine ali druga emulgatorna sredstva, ki nekatere sestavine raztopijo eno v drugi.
Emulzije je zelo težko popraviti, zato je najbolje, če se jim najprej izognemo tako, da raztopine, ki so nagnjene k emulzijam (npr. diklorometan z zelo bazičnimi ali gostimi raztopinami), nežno stresamo v ločevalnem liju. Če emulzija kljub temu nastane, jo lahko poskušamo razjasniti na nekaj načinov.
- a) Za blage emulzije nežno vrtinčite plasti in skušajte s stekleno mešalno palico zbiti suspendirane kapljice.
- b) Če je mogoče, pustite raztopino stati nekaj časa (tudi do naslednje laboratorijske ure). V dovolj dolgem času se nekatere raztopine same usedejo. To seveda morda ni praktično.
- c) Pri majhnih količinah uporabite centrifugirko, če jo imate na voljo. Centrifuga pospeši postopek, v katerem se emulzija sama usede. Ne pozabite, da mora biti centrifuga uravnotežena, sicer se lahko z vrha mize zamaje. Raztopini razdelite enakomerno, tako da v centrifugirko postavite epruvete enake prostornine drugo proti drugi.
- d) Če je emulzija nastala, ker imata obe plasti podobno gostoto, poskusite spremeniti gostoto vsake plasti, da se bosta bolj razlikovali. Da bi pomagali razjasniti emulzijo, poskusite zmanjšati gostoto zgornje plasti ali povečati gostoto spodnje plasti. Če na primer nastane emulzija z etil acetatom (zgornja plast) in vodno raztopino (spodnja plast), dodajte nekaj NaCl. NaCl se bo raztopil v vodni plasti in povečal gostoto vodne raztopine. Lahko pa dodate dodaten etil acetat, ki bo razredčil organsko plast in zmanjšal njeno gostoto. V skrajnem primeru dodajte nekaj pentana, ki se bo pomešal z zgornjo organsko plastjo in zmanjšal njeno gostoto (pentan je eno najmanj gostih organskih topil). Dodajanje pentana se uporablja kot zadnji poskus, saj bo negativno vplivalo na sposobnost organske plasti za ekstrakcijo nekoliko polarnih spojin.
Če nastane emulzija z vodno raztopino (zgornja plast) in diklorometanom (spodnja plast), dodajte nekaj vode iz steklenice, da razredčite zgornjo plast in zmanjšate njeno gostoto. Ta metoda se je dobro obnesla pri razjasnitvi emulzije na sliki 13 c, kar dokazuje slika 13 d. - c) Poskusite zmanjšati topnost ene komponente v drugi. Ena od metod je dodajanje NaCl ali NH4Cl v ločilni lijak, ki se raztopi v vodni plasti in zmanjša sposobnost organskih spojin, da se raztopijo v vodi ("soljenje").
Ekstrakcija s kislinami in bazami
Kako delujejo.
Modifikacija ekstrakcij, ki so bile predhodno obravnavane v tem poglavju, je izvedba kemične reakcije v ločevalnem lijaku, da se spremeni polarnost in s tem porazdelitev spojine v vodni in organski plasti. Običajna metoda je izvedba kislinsko-bazične reakcije, ki lahko nekatere spojine pretvori iz nevtralnih v ionske oblike (ali obratno).
Predstavljajte si na primer, da je mešanica benzojeve kisline in cikloheksana raztopljena v organskem topilu, kot je etil acetat, v ločilnem liju. Da bi ločili komponente, lahko poskušamo benzojevo kislino odstraniti z izpiranjem z vodo, vendar benzojeva kislina zaradi svojega nepolarnega aromatskega obroča ni posebej topna v vodi, zato bi se v vodni sloj ekstrahirale le majhne količine (slika 14 a).
Predstavljajte si na primer, da je mešanica benzojeve kisline in cikloheksana raztopljena v organskem topilu, kot je etil acetat, v ločilnem liju. Da bi ločili komponente, lahko poskušamo benzojevo kislino odstraniti z izpiranjem z vodo, vendar benzojeva kislina zaradi svojega nepolarnega aromatskega obroča ni posebej topna v vodi, zato bi se v vodni sloj ekstrahirale le majhne količine (slika 14 a).
Ločevanje mešanice benzojeve kisline in cikloheksana pa je mogoče z izpiranjem z bazo, kot je NaOH. Zaradi svoje kisle narave lahko benzojeva kislina reagira z NaOH na naslednji način, pri čemer nastane karboksilatna sol natrijev benzoat.
Lastnosti topnosti karboksilnih kislin se bistveno razlikujejo od njihovih ustreznih karboksilatnih soli. Natrijev salicilat je zaradi svoje ionske narave približno 350-krat bolj topen v vodi kot salicilna kislina (slika 15), v organskih topilih, kot je dietil eter, pa je precej netopen.
Zato bi izpiranje z NaOH pretvorilo benzojevo kislino v njeno ionsko karboksilatno obliko, ki bi bila nato bolj topna v vodni plasti, kar bi omogočilo ekstrakcijo natrijevega benzoata v vodno plast. Cikloheksan bi ostal v organski plasti, ker nima afinitete do vodne faze in ne more reagirati z NaOH. Na ta način lahko ločimo mešanico benzojske kisline in cikloheksana (slika 14 b). Vodni sloj lahko po želji naknadno nakisamo s HCl(aq), da se benzojeva kislina pretvori nazaj v nevtralno obliko.
Pranje z natrijevim bikarbonatom
Za ekstrakcijo karboksilnih kislin iz organske plasti v vodno plast se lahko uporabi kislinsko-bazična ekstrakcija. Kot je bilo obravnavano v prejšnjem razdelku, se lahko NaOH uporabi za pretvorbo karboksilne kisline v njeno bolj vodotopno ionsko karboksilatno obliko. Če pa zmes vsebuje želeno spojino, ki lahko reagira z NaOH, je treba uporabiti blažjo bazo, kot je natrijev bikarbonat. Nastane podobna reakcija.
Pranje z natrijevim bikarbonatom
Za ekstrakcijo karboksilnih kislin iz organske plasti v vodno plast se lahko uporabi kislinsko-bazična ekstrakcija. Kot je bilo obravnavano v prejšnjem razdelku, se lahko NaOH uporabi za pretvorbo karboksilne kisline v njeno bolj vodotopno ionsko karboksilatno obliko. Če pa zmes vsebuje želeno spojino, ki lahko reagira z NaOH, je treba uporabiti blažjo bazo, kot je natrijev bikarbonat. Nastane podobna reakcija.
Razlika pri uporabi baze NaHCO3 namesto NaOH je v tem, da lahko stranski produkt ogljikova kislina (H2CO3) razpade na vodo in ogljikov dioksid. Pri stresanju kisle raztopine z natrijevim bikarbonatom v ločevalnem lijaku je treba paziti na nežno vrtenje in pogostejše zračenje, da se sprosti tlak plina.
Primer reakcije, pri kateri se pri pripravi pogosto uporablja izpiranje z natrijevim bikarbonatom, je Fischerjeva reakcija estrifikacije. Za demonstracijo smo benzojevo kislino refluksirali v etanolu skupaj s koncentrirano žveplovo kislino, da bi tvorili etil benzoat (sliki 16 a in b). Na ploščici TLC reakcijske mešanice pri eni uri refluksa je bil viden ostanek nereagirane karboksilne kisline (slika 16 c), kar zaradi energijske narave reakcije ni neobičajno.
Primer reakcije, pri kateri se pri pripravi pogosto uporablja izpiranje z natrijevim bikarbonatom, je Fischerjeva reakcija estrifikacije. Za demonstracijo smo benzojevo kislino refluksirali v etanolu skupaj s koncentrirano žveplovo kislino, da bi tvorili etil benzoat (sliki 16 a in b). Na ploščici TLC reakcijske mešanice pri eni uri refluksa je bil viden ostanek nereagirane karboksilne kisline (slika 16 c), kar zaradi energijske narave reakcije ni neobičajno.
Preostalo karboksilno kislino lahko odstranimo iz želenega estrskega produkta z uporabo kislinsko-bazične ekstrakcije v ločevalnem lijaku. S spiranjem z natrijevim bikarbonatom se benzojeva kislina pretvori v vodotopnejšo obliko natrijevega benzoata, ki se ekstrahira v vodni sloj (slika 17). Poleg tega natrijev bikarbonat nevtralizira katalitično kislino v tej reakciji.
Natrijev bikarbonat je pri tem postopku primernejši od NaOH, saj je veliko šibkejša baza; izpiranje z NaOH bi lahko povzročilo hidrolizo produkta estra.
Mešanice kislin in baz
Kot je bilo že omenjeno, se lahko kislinsko-bazične lastnosti spojin uporabijo za selektivno ekstrakcijo določenih spojin iz mešanic. To strategijo lahko razširimo na druge primereMešanice kislin in baz
Ekstrakcija baz
Bazične spojine, kot so amini, lahko iz organskih raztopin ekstrahiramo tako, da jih stresamo s kislimi raztopinami, da se pretvorijo v bolj vodotopne soli. Na ta način jih je mogoče ekstrahirati iz organske plasti v vodno plast.Ekstrakcija karboksilnih kislin in fenolov
Kot je bilo že omenjeno, lahko karboksilne kisline ekstrahiramo iz organske plasti v vodno plast tako, da jih stresamo z bazičnimi raztopinami, ki jih pretvorijo v njihove bolj vodotopne soli.
Kot je bilo že omenjeno, lahko karboksilne kisline ekstrahiramo iz organske plasti v vodno plast tako, da jih stresamo z bazičnimi raztopinami, ki jih pretvorijo v njihove bolj vodotopne soli.
Podobna reakcija poteka s fenoli (PhOH) in tudi te lahko ekstrahiramo v vodno plast NaOH (slika 18 a).
Vendar so fenoli precej manj kisli od karboksilnih kislin in niso dovolj kisli, da bi popolnoma reagirali z NaHCO3, ki je šibkejša baza. Zato lahko za ločevanje mešanic fenolov in karboksilnih kislin uporabimo raztopino bikarbonata (slika 18 b).
Vendar so fenoli precej manj kisli od karboksilnih kislin in niso dovolj kisli, da bi popolnoma reagirali z NaHCO3, ki je šibkejša baza. Zato lahko za ločevanje mešanic fenolov in karboksilnih kislin uporabimo raztopino bikarbonata (slika 18 b).
Ekstrakcija kislih, bazičnih in nevtralnih spojin
Prej obravnavane kislinsko-bazične lastnosti omogočajo čiščenje zmesi, ki vsebuje kisle (npr. RCO2H), bazične (npr. RNH2) in nevtralne sestavine, z vrsto ekstrakcij, kot je povzeto na sliki 19 (ki uporablja organsko topilo z manjšo gostoto od vode).
Prej obravnavane kislinsko-bazične lastnosti omogočajo čiščenje zmesi, ki vsebuje kisle (npr. RCO2H), bazične (npr. RNH2) in nevtralne sestavine, z vrsto ekstrakcij, kot je povzeto na sliki 19 (ki uporablja organsko topilo z manjšo gostoto od vode).
Predpostavlja se, da so bralci, ki izvajajo tovrstne poskuse, seznanjeni z izvajanjem enojnih in večkratnih ekstrakcij. V tem razdelku so opisane razlike med splošnimi postopki ekstrakcije in postopkom, kot je povzet na sliki 19.
1. Izoliranje kisle komponente:
a) Ko je kisla komponenta v vodni plasti v Erlenmeyerjevi bučki, jo lahko z dodajanjem 2M HCl(aq) pretvorimo nazaj v nevtralno komponento, dokler raztopina ne da pH 3-4 (kot je določeno s pH papirjem). Če so prisotne velike količine kisline, tako da bi za zakisanje potrebovali preveliko količino 2M HCl(aq), lahko namesto tega po kapljicah dodajamo koncentrirano HCl(aq). Nižje koncentracije Hcl(aq) so manj nevarne, vendar bi povečanje prostornine vodne plasti za veliko količino vplivalo na učinkovitost nadaljnjih ekstrakcij in filtriranja.
b) Po zakisanju se lahko izvedeta dve poti, odvisno od tega, ali je kisla komponenta trdna ali tekoča.
1. Izoliranje kisle komponente:
a) Ko je kisla komponenta v vodni plasti v Erlenmeyerjevi bučki, jo lahko z dodajanjem 2M HCl(aq) pretvorimo nazaj v nevtralno komponento, dokler raztopina ne da pH 3-4 (kot je določeno s pH papirjem). Če so prisotne velike količine kisline, tako da bi za zakisanje potrebovali preveliko količino 2M HCl(aq), lahko namesto tega po kapljicah dodajamo koncentrirano HCl(aq). Nižje koncentracije Hcl(aq) so manj nevarne, vendar bi povečanje prostornine vodne plasti za veliko količino vplivalo na učinkovitost nadaljnjih ekstrakcij in filtriranja.
b) Po zakisanju se lahko izvedeta dve poti, odvisno od tega, ali je kisla komponenta trdna ali tekoča.
- Če se po zakisanju ionske soli tvori trdna snov, jo lahko zberemo s sesalno filtracijo. To metodo je treba uporabiti le, če opazimo velike količine kristalov velikih dimenzij. Če nastanejo drobni kristali (ki so precej pogosti), bodo zamašili filtrirni papir in ovirali ustrezno odvajanje. Če opazimo le majhno količino trdne snovi v primerjavi s teoretično količino, je spojina verjetno precej topna v vodi in filtriranje bi vodilo k majhnemu izkoristku.
- Če se po zakisanju ne tvori trdna snov (ali če se tvorijo drobni kristali ali majhna količina trdne snovi), ekstrahirajte kislo komponento nazaj v organsko topilo (×3). Splošno pravilo je, da za ekstrakcije uporabite tretjino topila, kot je prvotna plast (npr. če uporabljate 100 ml vodne raztopine, vsakič ekstrahirajte s 33 ml organskega topila). Pred ekstrakcijo vodno raztopino najprej ohladite v ledeni kopeli, če je pri kisanju nastala opazna toplota. Če uporabljate dietileter ali etilacetat, sledite izpiranju s slanico (×1), posušite s sušilnim sredstvom in odstranite topilo z rotacijskim izparilnikom, da ostanejo čiste kisle komponente.
2. Izoliranje bazične komponente:
Uporabite podoben postopek kot pri izolaciji kisle komponente, le da raztopino bazificirate z 2M NaOH(aq), dokler ne dobite pH 9-10, kot ga določite s pH papirjem.
3. Izoliranje nevtralne komponente:
Nevtralna komponenta bo "preostala" spojina v organski plasti. Če uporabljate dietileter ali etilacetat, jo izolirate tako, da jo sperete s slanico (×1), posušite s sušilnim sredstvom in odstranite topilo z rotacijskim uparjalnikom, da ostanejo čiste nevtralne komponente.
Uporabite podoben postopek kot pri izolaciji kisle komponente, le da raztopino bazificirate z 2M NaOH(aq), dokler ne dobite pH 9-10, kot ga določite s pH papirjem.
3. Izoliranje nevtralne komponente:
Nevtralna komponenta bo "preostala" spojina v organski plasti. Če uporabljate dietileter ali etilacetat, jo izolirate tako, da jo sperete s slanico (×1), posušite s sušilnim sredstvom in odstranite topilo z rotacijskim uparjalnikom, da ostanejo čiste nevtralne komponente.
Zaključek.
Ekstrakcijske metode se uporabljajo za ekstrakcijo nekaterih snovi iz zmesi. Te snovi so lahko bazične, kisle ali nevtralne (polarne ali nepolarne). Ta metoda se na primer uporablja pri proizvodnji amfetamina v fazi dekantiranja: zgornji sloj, ki vsebuje amfetaminsko bazo, se zbere v alkoholu. Malo se lahko posuši z brezvodnim magnezijevim sulfatom, žlindra pa se lahko dodatno ekstrahira z nepolarnim topilom (eter, benzen, toluen), topilo se nato izpari. Proizvodnja mefedrona vključuje manipulacijo z ločevalnim lijakom in ekstrakcijo. Pri čiščenju nekaterih psihoaktivnih snovi od nečistoč se uporablja tudi kislinsko-bazična ekstrakcija.
Attachments
Last edited: