Uvod
Nekatere spojine so sposobne sublimacije, ki je neposredna fazna sprememba iz trdne snovi v plin. Trdni ogljikov dioksid je primer snovi, ki pri atmosferskem tlaku zlahka sublimira, saj se kos suhega ledu ne bo stopil, temveč se bo zdelo, da "izginja", saj se neposredno spremeni v plinasti ogljikov dioksid. Sublimacija je proces, podoben vrenju, saj se pojavi, ko je parni tlak spojine enak uporabljenemu tlaku (pogosto atmosferskemu tlaku). Razlika je v tem, da sublimacija vključuje parni tlak trdne snovi in ne tekočine. Večina trdnih snovi pri lahko dostopnih temperaturah nima opaznega parnega tlaka, zato je sublimacija redka. Spojine, ki so sposobne sublimacije, so ponavadi tiste s šibkimi medmolekulskimi silami v trdnem stanju. Mednje spadajo spojine s simetrično ali sferično strukturo. Primeri spojin, ki jih je mogoče sublimirati, so predstavljeni spodaj: DMT; magnezijev 4-hidroksibutirat; TMA in tako naprej.
Ta metoda se uporablja za prečiščevanje snovi. Prednosti teh postopkov vključujejo: relativno visok ravnotežni koeficient ločevanja; možnost, da v primeru uporabe plinskih mešanic izključimo izhlapevanje topil (v nasprotju z absorpcijo in rektifikacijo); nižja delovna temperatura kot pri destilaciji; enostaven nadzor nad procesom prevleke; možnost takojšnjega pridobivanja ciljnih izdelkov v komercialni obliki (dispergirani delci, monokristali, trdni filmi), materiali visoke čistosti, sestave nefuzijskih komponent (whiskers iz nekovin v kovinski matrici), tanki in ultrafini praški kovin, njihovi oksidi.
Ta metoda se uporablja za prečiščevanje snovi. Prednosti teh postopkov vključujejo: relativno visok ravnotežni koeficient ločevanja; možnost, da v primeru uporabe plinskih mešanic izključimo izhlapevanje topil (v nasprotju z absorpcijo in rektifikacijo); nižja delovna temperatura kot pri destilaciji; enostaven nadzor nad procesom prevleke; možnost takojšnjega pridobivanja ciljnih izdelkov v komercialni obliki (dispergirani delci, monokristali, trdni filmi), materiali visoke čistosti, sestave nefuzijskih komponent (whiskers iz nekovin v kovinski matrici), tanki in ultrafini praški kovin, njihovi oksidi.
Spojine, ki se lahko sublimirajo v vakuumu
Ker je razmeroma malo trdnih snovi sposobnih sublimacije, je postopek lahko odlična metoda čiščenja, kadar je hlapna trdna snov onesnažena z nehlapnimi nečistočami. Nečista trdna snov se segreva na dnu posode v neposredni bližini hladne površine, imenovane "hladni prst" (slika 1). Ko hlapna trdna snov sublimira, se usede na površino hladnega prsta (kjer jo je pozneje mogoče obnoviti) in se tako loči od nehlapne snovi, ki ostane v posodi. Vendar ta postopek ni posebno učinkovit pri ločevanju hlapnih trdnih snovi med seboj.
Od trdnih snovi z opaznim parnim tlakom pri sobni temperaturi jih veliko še vedno potrebuje precej visoke temperature za aktivno sublimacijo (ko je njihov parni tlak enak atmosferskemu tlaku skoraj 760 mm Hg). Če te trdne snovi segrevamo do njihove sublimacijske temperature pod atmosferskim tlakom, nekatere med procesom zoglenijo in razpadejo. Zato se sublimacija zelo pogosto izvaja pod znižanim tlakom (vakuumsublimacija). Podobno kot pri vakuumski destilaciji, pri kateri tekočina zavre, ko je njen parni tlak enak reduciranemu tlaku v aparatu, pri vakuumski sublimaciji trdna snov sublimira, ko je njen parni tlak enak reduciranemu tlaku v aparatu. Pri vakuumski destilaciji zmanjšanje tlaka omogoča, da tekočine vrejo pri nižji temperaturi. Podobno zmanjšanje tlaka pri vakuumski sublimaciji omogoča sublimacijo trdnih snovi pri nižji temperaturi, ki preprečuje razgradnjo.
Postopki sublimacije korak za korakom
Pod atmosferskim tlakom
Sublimacija, prikazana v tem razdelku, prikazuje čiščenje 0,29 g ferocena, ki je zrasel v dolgih iglicah na dnu in vrhu Petrijevih posodic (90 % izkoristek).1. Na "spodnjo" Petrijevo posodico (slika 2 a) v tankem sloju nanesite surovo, suho trdno snov, ki jo želite sublimirati. Če je kosmičasta, jo najprej zdrobite z možnarjem in pestilom. Določite prazno maso zgornje Petrijeve posodice. Pomembno je, da je trdna snov, ki jo je treba očistiti, suha: če je vzorec moker s topilom, lahko med sublimacijo na zgornji Petrijevi posodi nastane kondenzacija. V začetnih fazah sublimacije lahko majhne količine kondenzacije z zgornje Petrijevke obrišemo s papirnato brisačo. Vendar lahko preveč kondenzacije odplakne kristale z zgornje posode.
2 . Spodnjo Petrijevo posodo pokrijte z zgornjo posodo in jo postavite na žično mrežo na kuhalno ploščo v digestoriju (slika 2 b), nastavljeno na ustrezno temperaturo (odvisno od sublimacijske točke zanimive spojine, morda srednje nizko). Žična mreža pripomore k enakomerni razpršitvi toplote v posodo in zmanjšuje oglenenje.
3 . Na Petrijevo posodo postavite veliko 600 ml čašo, napolnjeno z ledeno vodo (slika 2 c).
2 . Spodnjo Petrijevo posodo pokrijte z zgornjo posodo in jo postavite na žično mrežo na kuhalno ploščo v digestoriju (slika 2 b), nastavljeno na ustrezno temperaturo (odvisno od sublimacijske točke zanimive spojine, morda srednje nizko). Žična mreža pripomore k enakomerni razpršitvi toplote v posodo in zmanjšuje oglenenje.
3 . Na Petrijevo posodo postavite veliko 600 ml čašo, napolnjeno z ledeno vodo (slika 2 c).
4. Sčasoma bo vzorec sublimiral in se zbral na zgornji Petrijevem krožniku (slika 3). Spremljajte sublimacijo, saj lahko spojine med postopkom zoglene (če začnejo črneti, zmanjšajte temperaturo). S sublimacijo nadaljujte, dokler se ne zdi, da je na spodnji Petrijevi posodici malo (ali nič) trdne snovi. Zelo pogosto se zgodi, da kristali rastejo tudi ob straneh spodnje posode.
5. Z bombažnimi rokavicami (slika 4 a) ali silikonskim ščitnikom za vroče roke nežno odstranite Petrijeve posode z vroče plošče. Zaradi potiskanja posodic bodo sublimirani kristali padali iz zgornje Petrijeve posodice.
Varnostno opozorilo: pustite, da se posodici nedotaknjeni ohladita na keramični ploščici v digestoriju (slika 4 b). Ne odstranite takoj zgornje Petrijeve posodice, sicer lahko pride do uhajanja škodljivih hlapov.
6. Kristali na zgornji Petrijevi posodici so prečiščeni in jih je treba obdržati (in določiti njihovo maso). Včasih se lahko ohrani tudi material na spodnji posodi, če je videti kristaliničen (kar pomeni, da je bil podvržen procesu sublimacije) in ni videti onesnažen z ogljem (slika 4 c).
5. Z bombažnimi rokavicami (slika 4 a) ali silikonskim ščitnikom za vroče roke nežno odstranite Petrijeve posode z vroče plošče. Zaradi potiskanja posodic bodo sublimirani kristali padali iz zgornje Petrijeve posodice.
Varnostno opozorilo: pustite, da se posodici nedotaknjeni ohladita na keramični ploščici v digestoriju (slika 4 b). Ne odstranite takoj zgornje Petrijeve posodice, sicer lahko pride do uhajanja škodljivih hlapov.
6. Kristali na zgornji Petrijevi posodici so prečiščeni in jih je treba obdržati (in določiti njihovo maso). Včasih se lahko ohrani tudi material na spodnji posodi, če je videti kristaliničen (kar pomeni, da je bil podvržen procesu sublimacije) in ni videti onesnažen z ogljem (slika 4 c).
Pod znižanim tlakom (vakuumsublimacija)
Sublimacija v tem delu prikazuje čiščenje kafre na dveh stopnjah: 2,28 g (velika stopnja, 77 % izkoristek) in približno 0,2 g (mala stopnja).
1. Če je trdna snov za sublimacijo drobna, jo najprej zdrobite z možnarjem in pestilom (slika 5 a). Nato suho, grobo trdno snov položite na dno sublimacijskega aparata (slika 5 b). Pomembno je, da je trdna snov suha: če je vzorec moker s topilom, lahko med sublimacijo na hladnem prstu nastane kondenzacija. Prevelika kondenzacija lahko odplakne kristale s hladnega prsta.
2. Aparat pritrdite na obročno stojalo ali rešetko (sliki 5 c in d). Pri majhnih skalah aparaturo podprite s podstavkom (slika 5 d). Sublimator za velike meritve je prikazan na sliki 5 c.
3. Rahlo namažite spoj, ki povezuje dva kosa sublimacijskega stekla. Maščobo lahko enostavno nanesete z brizgalko, polno masti. Če uporabljate brušeno steklo, rahlo namažite spoj blizu konca, ki ne bo v stiku z vzorcem (slika 5 d).
4. Vstavite zgornji del sublimacijske aparature (hladni prst) in zasukajte oba kosa steklovine skupaj, da se maščoba razporedi v spoju. Pri uporabi brušenega stekla mora mazivo povzročiti, da spodnja polovica spoja postane prozorna po vsej dolžini (slika 6 a). Če celoten spoj postane prozoren, je bilo uporabljene preveč masti in je treba nekaj masti obrisati.
5. Z debelimi gumijastimi cevmi (prozorna cev na sliki 6 a) povežite aparat z virom vakuuma (vakuumsko linijo ali vodnim aspiratorjem). Uporabite vakuum. Naprava ne sme sikati, sicer je v sistemu puščanje.
6. Pripravite hladen prst.
5. Z debelimi gumijastimi cevmi (prozorna cev na sliki 6 a) povežite aparat z virom vakuuma (vakuumsko linijo ali vodnim aspiratorjem). Uporabite vakuum. Naprava ne sme sikati, sicer je v sistemu puščanje.
6. Pripravite hladen prst.
a) Če ima hladni prst kondenzator, povežite vodne cevi tako, da se spodnja roka priključi na pipo za vodo, zgornja roka pa odteče v umivalnik (tan cevi na sliki 6 a). Začnite kroženje vode skozi kondenzator.
b) Če je hladni prst prazna cev, napolnite hladni prst do roba z ledom, nato pa vlijte toliko vode, da prst napolnite približno do treh četrtin (slika 6 b). V nekaterih primerih lahko hladni prst napolnimo s suhim ledom in acetonom.
c) Pravilna tehnika je, da pred ohlajanjem prsta uporabimo vakuum, da preprečimo nastanek vodne kondenzacije, ki bi lahko odplavila kristale s hladnega prsta.
7. Trdino segrevajte s toplotno pištolo (slika 6 c) ali Bunsenovim gorilnikom, pri čemer začnite počasi z gibanjem naprej in nazaj ter z nizko temperaturo. Za sublimacijo ni priporočljivo uporabljati peščene kopeli ali grelnega plašča, saj je segrevanje pogosto prepočasno in lahko usmeri toploto le na dno aparature, ne pa tudi na stranice. Če se sublimacija ne začne v nekaj minutah, povečajte hitrost segrevanja.
8. V kratkem času se mora na hladnem prstu začeti odlagati trdna snov. Nedvomno se bo odlagala tudi na zunanjih straneh steklovine (slika 6 d). Trdno snov lahko z zunanjosti steklovine in proti hladnemu prstu preusmerite tako, da s toplotno pištolo ali gorilnikom občasno mahate po straneh stekla.
8. V kratkem času se mora na hladnem prstu začeti odlagati trdna snov. Nedvomno se bo odlagala tudi na zunanjih straneh steklovine (slika 6 d). Trdno snov lahko z zunanjosti steklovine in proti hladnemu prstu preusmerite tako, da s toplotno pištolo ali gorilnikom občasno mahate po straneh stekla.
)
9. S sublimacijo nadaljujte, dokler se vsa hlapna snov ne prenese s spodnjega dela steklovine na hladen prst (slika 7). Če začne spojina temneti, zmanjšajte hitrost segrevanja, da preprečite razkroj.
10. Odstranite hladilno tekočino iz hladnega prsta.
10. Odstranite hladilno tekočino iz hladnega prsta.
a) Če je bil uporabljen kondenzator, izklopite obtočno vodo in odstranite vodne cevi iz aparature (previdno, ne da bi naredili velik nered).
b) Če je bilo uporabljeno hladilno sredstvo z ledeno vodo, po možnosti izločite led in odstranite vodo s pipeto (ali za velike skale s puranjim lončkom, slika 7 a).
11. Počakajte, da se sistem segreje na sobno temperaturo.
12. Nežno ponovno vzpostavite zračni tlak v aparaturo (slika 7 b), pri čemer upoštevajte, da bo nenadno odpiranje sistema povzročilo silovit vstop zraka v aparaturo in verjetno povzročilo iztrganje kristalov iz hladnega prsta.
13. Izpraznjeno hladno prst previdno odstranite iz aparature, sublimirane kristale pa strgajte na urno steklo (slika 7 c). Lahko pa kristale iz hladnega prsta sperete s topilom skozi lijak v bučko z okroglim dnom (slika 7 d) inkasneje odstranite topilo z rotacijskim uparjalnikom.
13. Izpraznjeno hladno prst previdno odstranite iz aparature, sublimirane kristale pa strgajte na urno steklo (slika 7 c). Lahko pa kristale iz hladnega prsta sperete s topilom skozi lijak v bučko z okroglim dnom (slika 7 d) inkasneje odstranite topilo z rotacijskim uparjalnikom.
Last edited by a moderator: