Inledning
Vissa föreningar kan sublimera, vilket innebär en direkt fasförändring från fast form till gas. Fast koldioxid är ett exempel på ett ämne som lätt sublimerar vid atmosfärstryck, eftersom en bit torris inte smälter utan verkar "försvinna" när den direkt förvandlas till koldioxidgas. Sublimering är en process som är analog med kokning, eftersom den inträffar när ett ämnes ångtryck är lika med det applicerade trycket (ofta atmosfärstrycket). Skillnaden är att sublimering involverar ett fast ämnes ångtryck istället för en vätskas. De flesta fasta ämnen har inte ett nämnvärt ångtryck vid lättillgängliga temperaturer, och därför är förmågan att sublimera ovanlig. Föreningar som kan sublimera tenderar att vara sådana med svaga intermolekylära krafter i fast tillstånd. Dessa inkluderar föreningar med symmetriska eller sfäriska strukturer. Exempel på föreningar som kan sublimeras visas nedan: DMT; magnesium 4-hydroxibutyrat; TMA och så vidare.
Denna metod används för rening av ämnen. Fördelarna med dessa processer inkluderar: en relativt hög jämviktsseparationskoefficient; möjligheten, vid användning av gasblandningar, att utesluta avdunstning av lösningsmedel (i motsats till absorption och rektifiering); lägre driftstemperatur än vid destillation; enkel kontroll över beläggningsprocessen; förmågan att omedelbart erhålla målprodukter i kommersiell form (dispergerade partiklar, enkristaller, fasta filmer), material med hög renhet, kompositioner av icke-fusionskomponenter (whiskers från icke-metaller i en metallmatris), tunna och ultrafina pulver av metaller, deras oxider.
Denna metod används för rening av ämnen. Fördelarna med dessa processer inkluderar: en relativt hög jämviktsseparationskoefficient; möjligheten, vid användning av gasblandningar, att utesluta avdunstning av lösningsmedel (i motsats till absorption och rektifiering); lägre driftstemperatur än vid destillation; enkel kontroll över beläggningsprocessen; förmågan att omedelbart erhålla målprodukter i kommersiell form (dispergerade partiklar, enkristaller, fasta filmer), material med hög renhet, kompositioner av icke-fusionskomponenter (whiskers från icke-metaller i en metallmatris), tunna och ultrafina pulver av metaller, deras oxider.
Föreningar som kan sublimeras genom vakuumering
Eftersom relativt få fasta ämnen kan sublimeras kan processen vara en utmärkt reningsmetod när ett flyktigt fast ämne är förorenat med icke-flyktiga föroreningar. Det orena fasta ämnet värms upp i botten av ett kärl i nära anslutning till en kall yta, ett så kallat "kallt finger" (fig. 1). När det flyktiga fasta ämnet sublimerar avsätts det på ytan av det kalla fingret (där det senare kan återvinnas) och separeras på så sätt från det icke-flyktiga ämnet som finns kvar i kärlet. Processen är dock inte särskilt effektiv när det gäller att separera flyktiga fasta ämnen från varandra.
Av de fasta ämnen som har märkbart ångtryck vid rumstemperatur kräver många fortfarande ganska höga temperaturer för att sublimera aktivt (när deras ångtryck är lika med atmosfärstrycket på nästan 760 mm Hg). Om dessa fasta ämnen värms upp till sina sublimeringspunkter under atmosfärstryck kommer en del att förkolnas och brytas ned under processen. Av denna anledning är det mycket vanligt att sublimering sker under reducerat tryck (vakuumsublimering). På samma sätt som vid vakuumdestillation, där vätskan kokar när dess ångtryck är lika med det reducerade trycket i apparaten, sublimeras fasta ämnen vid vakuumsublimering när deras ångtryck är lika med det reducerade trycket i apparaten. Vid vakuumdestillation kan vätskor koka vid lägre temperatur om trycket sänks. På samma sätt kan fasta ämnen sublimeras vid enlägre temperatur genom att trycket minskas vid vakuumsublimering, vilket gör att nedbrytning undviks.
Steg-för-steg-förfaranden för sublimering
Under atmosfäriskt tryck
Sublimeringen som visas i detta avsnitt visar rening av 0,29 g ferrocen, som växte i långa nålar på botten och toppen av petriskålarna (90% återvinning).1. Sprid ut det råa, torra fasta ämnet som ska sublimeras i ett tunt lager på en petriskål med "botten" (fig. 2 a). Om det är klumpigt, krossa det först med en mortel och mortelstöt. Bestäm den tomma massan i den översta petriskålen. Det är viktigt att det fasta ämne som ska renas är torrt: om provet är vått av lösningsmedel kan det bildas kondens på den översta petriskålen under sublimeringen. I början av sublimeringen kan små mängder kondens torkas bort från den översta petriskålen med en pappershandduk. För mycket kondens kan dock tvätta bort kristaller från den översta skålen.
2 . Täck den nedre petriskålen med den övre skålen och ställ den ovanpå ett trådnät på en värmeplatta i dragskåpet (fig. 2 b) som är inställd på lämplig temperatur (beroende på sublimeringspunkten för den intressanta föreningen, kanske medellåg). Trådnätet hjälper till att sprida värmen jämnt till skålen och minimerar förkolning.
3 . Placera en stor 600 ml bägare fylld med isvatten ovanpå petriskålen (fig. 2 c).
2 . Täck den nedre petriskålen med den övre skålen och ställ den ovanpå ett trådnät på en värmeplatta i dragskåpet (fig. 2 b) som är inställd på lämplig temperatur (beroende på sublimeringspunkten för den intressanta föreningen, kanske medellåg). Trådnätet hjälper till att sprida värmen jämnt till skålen och minimerar förkolning.
3 . Placera en stor 600 ml bägare fylld med isvatten ovanpå petriskålen (fig. 2 c).
petriskålen
4. Med tiden kommer provet att sublimera och samlas på den övre petriskålen (fig. 3). Övervaka sublimeringen eftersom föreningar kan förkolnas under processen (om det börjar svartna, sänk värmen). Fortsätt sublimeringen tills det ser ut som om det finns lite (eller inget) fast ämne kvar på den nedre petriskålen. Det är mycket vanligt att kristaller också växer längs sidorna av den nedre skålen.
5. Ta försiktigt bort petriskålarna från värmeplattan med hjälp av bomullshandskar (fig. 4 a) eller ett silikonskydd för heta händer. Om du skakar om skålarna kommer sublimerade kristaller att falla från den översta petriskålen.
Säkerhetsanmärkning: Låt de två skålarna svalna intakta på en keramisk kakelplatta i dragskåpet (fig. 4 b). Ta inte bort den översta petriskålen direkt, eftersom det då kan uppstå skadliga ångor.
6. Kristallerna på den översta petriskålen är renade och bör behållas (och deras massa bestämmas). Ibland kan även materialet på den undre skålen sparas om det verkar kristallint (vilket tyder på att det genomgått en sublimeringsprocess) och inte verkar vara förorenat av kol (Fig. 4 c).
5. Ta försiktigt bort petriskålarna från värmeplattan med hjälp av bomullshandskar (fig. 4 a) eller ett silikonskydd för heta händer. Om du skakar om skålarna kommer sublimerade kristaller att falla från den översta petriskålen.
Säkerhetsanmärkning: Låt de två skålarna svalna intakta på en keramisk kakelplatta i dragskåpet (fig. 4 b). Ta inte bort den översta petriskålen direkt, eftersom det då kan uppstå skadliga ångor.
6. Kristallerna på den översta petriskålen är renade och bör behållas (och deras massa bestämmas). Ibland kan även materialet på den undre skålen sparas om det verkar kristallint (vilket tyder på att det genomgått en sublimeringsprocess) och inte verkar vara förorenat av kol (Fig. 4 c).
Under reducerat tryck (vakuumsublimering)
Sublimeringen i detta avsnitt visar rening av kamfer i två skalor 2,28 g (stor skala, 77% återvinning) och ungefär 0,2 g (liten skala).
1. Om det fasta ämne som ska sublimeras är klumpigt ska det först krossas med en mortel och mortelstöt (fig. 5 a). Placera sedan det råa, torra ämnet i botten på sublimeringsapparaten (fig. 5 b). Det är viktigt att det fasta ämnet är torrt: om provet är vått av lösningsmedel kan det bildas kondens på det kalla fingret under sublimeringen. För mycket kondens kan tvätta bort kristaller från det kalla fingret.
2. Fäst apparaten på ett ringstativ eller ett gitter (fig. 5 c och d). För småskalig sublimering kan apparaten stödjas med en plattform (fig. 5 d). En storskalig sublimator visas i Fig.5 c.
3. Smörj lätt in fogen som förbinder de två delarna av sublimeringsglaset. Fettet kan enkelt appliceras med en spruta full med fett. Om duanvänder slipat glas ska du smörja fogen lätt nära den ände som inte kommer i kontakt med provet (fig. 5 d).
4. Sätt i sublimeringsapparatens överdel (kallt finger) och vrid ihop de två glasbitarna så att fettet sprids i skarven. Vid användning av slipat glas ska fettet göra att den nedre halvan av fogen blir genomskinlig hela vägen runt (Fig.6 a). Om hela fogen blir genomskinlig har för mycket fett använts och en del bör torkas bort.
5. Använd tjockväggig gummislang (genomskinlig slang i fig. 6 a) för att ansluta apparaten till en vakuumkälla (vakuumledning eller vattensugare). Applicera vakuumet. Installationen får inte väsnas eller så finns det en läcka i systemet.
6. Förbered det kalla fingret.
5. Använd tjockväggig gummislang (genomskinlig slang i fig. 6 a) för att ansluta apparaten till en vakuumkälla (vakuumledning eller vattensugare). Applicera vakuumet. Installationen får inte väsnas eller så finns det en läcka i systemet.
6. Förbered det kalla fingret.
a) Om det kalla fingret har en kondensor, anslut vattenslangar så att den nedre armen ansluts till vattenkranen och den övre armen dräneras till diskhon (solbrända slangar i fig. 6 a). Börja cirkulera vatten genom kondensorn.
b) Om det kalla fingret är ett tomt rör, fyll det kalla fingret till brädden med is och häll sedan i tillräckligt med vatten för att fylla fingret till tre fjärdedelar (fig. 6 b). Ivissa fall kan det kalla fingret fyllas med torris och aceton.
c) Det ärkorrekt teknik att applicera vakuumet innan fingret kyls för att förhindra att vattenkondens bildas, vilket kan tvätta bort kristaller från det kalla fingret.
7. Värm upp det fasta ämnet med en värmepistol (fig. 6 c) eller bunsenbrännare, börja långsamt med en fram- och återgående rörelse och låg värme. Det rekommenderas inte att använda ett sandbad eller en värmemantel för sublimering, eftersom uppvärmningen ofta är för långsam och endast kan rikta värmen till apparatens botten, inte till sidorna. Öka uppvärmningshastigheten om sublimeringen inte börjar inom några minuter.
8. Under en kort tid bör en fast substans börja avsättas på det kalla fingret. Det kommer utan tvekan också att avsättas på utsidan av glaset (Fig.6 d). Mankan locka bort det fasta ämnet från glasets utsida och mot det kalla fingret genom att regelbundet föra värmepistolen eller brännaren längs glasets sidor.
8. Under en kort tid bör en fast substans börja avsättas på det kalla fingret. Det kommer utan tvekan också att avsättas på utsidan av glaset (Fig.6 d). Mankan locka bort det fasta ämnet från glasets utsida och mot det kalla fingret genom att regelbundet föra värmepistolen eller brännaren längs glasets sidor.
)
9. Fortsätt sublimeringen tills allt flyktigt ämne har överförts från den nedre delen av glasvaran till det kalla fingret (fig. 7). Om föreningen börjar mörkna, sänk uppvärmningshastigheten för att förhindra sönderdelning.
10. Avlägsna kylvätskan från det kalla fingret.
10. Avlägsna kylvätskan från det kalla fingret.
a) Om en kondensor har använts, stäng av vattencirkulationen och ta bort vattenslangarna från apparaten (försiktigt, utan att det blir en stor röra).
b) Om kylvätska i form av isvatten har använts, gröp urisen om möjligt och avlägsna vattnet med pipett (eller för stora skalor med en kalkonbaster, fig. 7 a).
11. Låt systemet komma upp i rumstemperatur.
12. Återställ försiktigt lufttrycket i apparaten (fig. 7 b) och observera att en plötslig öppning av systemet kommer att leda till att luft tränger in i apparaten och troligen till att kristaller lossnar från det kalla fingret.
13. Ta försiktigt bort det tömda kalla fingret från apparaten och skrapa de sublimerade kristallerna på ett klockglas (fig. 7 c). Alternativt kan kristallerna från det kalla fingret sköljas med lösningsmedel genom en tratt och över i en rundkolv(fig.7 d), för att senare avlägsna lösningsmedlet med hjälp av en roterande indunstare.
13. Ta försiktigt bort det tömda kalla fingret från apparaten och skrapa de sublimerade kristallerna på ett klockglas (fig. 7 c). Alternativt kan kristallerna från det kalla fingret sköljas med lösningsmedel genom en tratt och över i en rundkolv(fig.7 d), för att senare avlägsna lösningsmedlet med hjälp av en roterande indunstare.
Last edited by a moderator: