Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Сентябрь » 1 » Жидкофазная экстракция
14:03
Жидкофазная экстракция

Экстракция из жидкостей основана на различном сродстве экстрагируемого вещества к одной из сред (элюенту и исходной среде). Обычно, экстракция применяется для извлечения целевого вещества из реакционной смеси или разбавленного раствора (например, промывных или сточных вод).

Классический пример экстракции из жидкой среды – извлечение йода из разбавленных водных растворов. Вы можете провести этот простой эксперимент дома. Для этого, налейте в банку на 1 литр около 700 мл воды и добавьте туда 15-20 капель раствора йода, что бы вода слегка окрасилась. Затем, добавьте в банку 40-50 мл бензина (лучше, петролейного эфира, более известного как "бензин-калоша”). Закройте банку и встряхните ее, при этом, вся окраска из воды перейдет в органическую фазу. Последняя, окрасится в характерный красновато-коричневый цвет.

Так происходит по причине различной растворимости йода в воде и в бензине. Бензин можно слить, для этого, перелейте верхние слои жидкости в сосуд с узким горлом и соберите пипеткой бензин. После испарения органического растворителя, можно выделить экстрагируемое вещество. Этот метод хорошо подходит, также для сбора мелких взвесей и коллоидов органических соединений. В моей практике доводилось работать с экстрактами бересты. При выделении суберина из промывных вод (после высаживания серной кислотой), значительно быстрее экстрагировать его, например, диэтиловым эфиром, чем ждать оседание и мучиться с фильтрацией мелкого осадка.

При выборе элюента, то есть, растворителя, следует руководствоваться несколькими принципами. Для начала, растворитель не должен смешиваться с исходной средой, из которой мы извлекаем целевое вещество. Кроме того, растворимость целевого вещества в растворителе должна быть в разы, а лучше, на порядки выше, чем в исходной среде. Кроме того, хорошо, если в данном растворителе мало растворимы примеси и побочные продукты процесса. От которых все равно, придется в последствии очищать вещество.

Если Вы работаете с редким или недавно синтезированным веществом, и не имеете точной информации о его растворимости в различных средах, то можете руководствоваться следующими принципами. Если в молекуле целевого вещества присутствует большое количество полярных групп (-SO3H, -OH, -NO3, -COOH, -NH2, галогены и пр.) тогда, вещество должно иметь существенную растворимость в воде и других полярных средах. Наличие в молекуле большого количества сопряженных бензольных и других ароматических циклов, указывает на весьма ограниченную растворимость данного вещества в различных средах.

Отсутствие (или небольшое количество) полярных группировок при больших размерах молекулы приводит к низкой скорости всех процессов с ее участием (наступление равновесия, растворение, коагуляция коллоида, экстракция и др.). Если при этом, вся или почти вся молекула состоит из алифатических фрагментов, то это вещество должно иметь хорошую растворимость в неполярных и малополярных средах (гексан, гептан, бензин, бензол и др.). Если вся или почти вся молекула состоит из ароматических или других π-сопряженных систем, то данное вещество должно иметь максимальную растворимость в умеренно полярных растворителях (этанол, дихлорэтан, нитрит метанола, диоксан и др.). Раскачать и вовлечь в сольватные оболочки плоские, небольшие, плотноупакованные и при этом, достаточно полярные системы из ароматических циклов – серьезная проблема для практически неполярных сред, не способных к специфическим взаимодействиям.

При этом, рыхлая структура малополярных и весьма объемных алифатических систем делает их достаточно доступными для любых органических растворителей, классический пример – высшие терпены (канифоль).

Существенные проблемы могут возникнуть при экстракции поверхностно-активных веществ (ПАВ). Для которых характерно наличие двух и более (обычно два) элементов в молекуле, сильно отличающихся по полярности. А, значит, и по сродству к той или иной среде. При попытке выделения таких веществ из, например, водной среды, можно получить устойчивый коллоид. Это происходит из-за образования мицеллярной системы, стабилизированной данным ПАВ. Схема мицеллы образованной стеаратом натрия и алифатическим углеводородом представлена на рисунке.

мицелла

Стеарат натрия (C17H35COONa), то есть, обычное мыло, представляет собой углеводородный алкильный хвостик (показанный на рисунке красным цветом) и полярную карбоксильную группу с катионом натрия (на рисунке черные кружки). Полярная часть молекулы тянется к воде для образования энергетически выгодного специфического взаимодействия (в данном случае, гидратный комплекс). Движущей силой здесь является взаимное притяжение катиона водорода диполя воды и карбоксильной группы соли после диссоциации. Диполи полярного растворителя условно показаны в данном случае тремя двухцветными овалами (положительно заряженная часть диполя отмечена синим цветом).

Углеводородный хвостик молекулы тянется к таким же неполярным, как и он сам, молекулам углеводородов. При этом они не мешают друг другу поляризующими воздействиями зарядов. Молекулы углеводорода обозначены зеленым цветом.

Обычно, мицеллы имеют сферическую форму, так как, эта форма соответствует минимальной площади поверхности для данного объема. Нарушения этой формы могут быть вызваны тепловым движением среды и перемешиванием жидкой среды.

Каждый раз, когда Вы моете руки, Вы сталкиваетесь с образование подобных мицелл. Роль неполярной среды при этом играет жировой слой кожного покрова. В данном случае, мицеллобразование способствует переходу в водную среду грязи, налипшей на жировую оболочку.

Другой пример образования мицелл, и как раз, с углеводородами, знают дачники. Для борьбы с вредителями некоторых корнеплодов используют поливку керосином. Для обеспечения смешения керосина с водой, предварительно готовят смесь вода-керосин-мыло, в приблизительной пропорции: 3-3-1 по объему. Затем добавляют данную смесь в лейку примерно по 20-40 граммов на 12 литров. При этом, образуются мицеллы как на рисунке представленном выше.

Из всего вышесказанного делаем вывод, что вещества, являющиеся ПАВ или близкие им по свойствам, не получится выделить экстракцией. В остальных случаях, последнее слово всегда за научно-изыскательской работой. При предварительном выборе элюента можно руководствоваться табличными данными по распределению органических веществ между водой и различными растворителями.

Категория: Очистка и выделение веществ | Просмотров: 1994 | Добавил: Chemadm | Теги: экстракция, элюенты, мицелла | Рейтинг: 4.7/26
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]