Ekstraksiyon teorisi.
"Ekstraksiyon", bileşik(ler)in bir katı veya sıvıdan farklı bir çözücü veya faza aktarılması anlamına gelir. Bir poşet çay sıcak suya eklendiğinde, çayın lezzetinden ve renginden sorumlu bileşikler telveden suya ekstrakte edilir. Kafeinsiz kahve, kahve çekirdeklerinden kafeini çıkarmak için çözücüler veya süperkritik karbondioksit kullanılarak yapılır. Kimya laboratuvarında, ayırıcı bir hunide gerçekleşen bir işlem olan sıvı-sıvı ekstraksiyonu kullanmak en yaygın yöntemdir. Çözünmüş bileşenler içeren bir çözelti huniye yerleştirilir ve karışmayan bir çözücü eklenerek birlikte çalkalanan iki katman elde edilir. Bir katmanın sulu, diğerinin organik bir çözücü olması en yaygın olanıdır. Bileşenler bir katmandan diğerine geçtiklerinde "ekstrakte" edilirler. Ayırma hunisinin şekli, iki katmanın verimli bir şekilde drenajına ve ayrılmasına olanak sağlar.
Şekil 1 Ekstraksiyon şeması
Bileşikler, her bir sıvıdaki göreceli çözünürlüklerine bağlı olarak bir sıvıdan diğerine geçer. Çözünürlük için hızlı bir rehber "benzer benzeri çözer" prensibidir, yani polar olmayan bileşikler polar olmayan çözücülerde kolayca ekstrakte edilmelidir (ve bunun tersi de geçerlidir). Çayın tadı ve renginden sorumlu bileşikler, sıcak suda kolayca ekstrakte edilebiliyorsa polar olmalıdır. Bir ayırma hunisinde iki sıvı arasında dengelenmeye bırakıldığında, bir bileşiğin çoğunluğu genellikle daha çözünür olduğu katmanda son bulur.
Şekil 2
Çekimler İçin Adım Adım Prosedürler.
Tekli Ekstraksiyon.
Bu bölümdeki resimler metil kırmızısının (renkli bileşik, Şekil 3) sulu bir çözeltiden (alt katman) 25 ml etil asetat (üst katman) içine tek bir ekstraksiyonunu göstermektedir. Sulu çözelti başlangıçta pembe renktedir, çünkü metil kırmızısı asidik çözeltide kırmızı görünür (sulu çözelti 50 ml su, 5 damla 0.1MHCl ve 5 damla %1 metil kırmızısı indikatör çözeltisinden yapılmıştır). Metil kırmızısı büyük bir bölme katsayısına sahiptir ve bu işlemde sulu katmandan etil asetat içine ekstrakte edilir.
Metil kırmızısının (renkli bileşik) asidik sulu katmandan (altta) organik katmana (üstte) ekstraksiyonunun ilerleyişi. Ekstraksiyonu aşamalı olarak görmek için ters çevirme işlemi yavaşça yapılmıştır. Hafifçe karıştırıldığında bile metil kırmızısı hızla ekstrakte olur.
Kurulumu Hazırlayın (tekli ekstraksiyon için)
1. Bir ayırma hunisi edinin (Şekil 4 a).- a) Ayırma hunisinde Teflon musluk varsa, kurutmak için sökülmüşse parçaları uygun sırayla yerleştirerek musluğu yeniden monte edin (Şekil 4 b). Teflon musluğun hala kolayca dönebilmesi için orta derecede sıkı olduğundan emin olun, ancak eklemin etrafına sıvı sızacak kadar gevşek olmamalıdır.
- b) Cam musluk kullanılıyorsa (Şekil 4 c), muhtemelen başka bir hazırlığa gerek yoktur. Musluğu kapatmak ve donmayı önlemek için çok ince bir gres tabakası kullanılmalıdır. Hem cam hem de teflon tıpalar mevcutsa, teflon daha iyi bir seçimdir, çünkü çözücünün cam tıpalarda kullanılan gresi çözme ve numuneyi kirletme olasılığı her zaman vardır.
- c) Ayrıca huninin üst eklemine iyi oturan bir tıpa (teflon veya taşlanmış cam) edinin (Şekil 4 a).
2. Ayırma hunisini bir halka sehpasına veya kafes sistemine bağlı bir halka kıskacına yerleştirin. Hunilerin kırılması kolaydır, bu nedenle huniyi metal kelepçede yarık kauçuk veya plastik boru parçaları kullanarak tamponlayın (Şekil 4 d).
Çözeltileri ekleyin (tek ekstraksiyon için)
3. Ayırma hunisine herhangi bir şey dökmeden önce, musluğun yatay olduğu "kapalı" konumda olduğundan emin olun (Şekil 5 a). Bir arıza emniyeti olarak, dökmeden önce daima ayırma hunisinin altına bir Erlenmeyer şişesi yerleştirin (Şekil 5 b). Bu, musluğun yanlışlıkla açık bırakılması veya musluğun gevşemesi ve sıvının istemeden sızması durumunda sıvıyı yakalayabilir.
4. Bir huni kullanarak, çıkarılacak sıvıyı ayırma hunisine dökün (Şekil 5 b). Ayırma hunisi asla sıcak veya ılık bir sıvı ile kullanılmamalıdır. Ayırma hunisinin üstündeki buzlu cam bağlantı, bağlantıda bir noktada sıvı varsa tıpaya yapışmaya daha yatkındır. Sıvıyı ayırma hunisine kısa saplı bir huni kullanarak dökmek eklemin ıslanmasını önler, böylece karıştırma sırasında donma olasılığı azalır.
3. Ayırma hunisine herhangi bir şey dökmeden önce, musluğun yatay olduğu "kapalı" konumda olduğundan emin olun (Şekil 5 a). Bir arıza emniyeti olarak, dökmeden önce daima ayırma hunisinin altına bir Erlenmeyer şişesi yerleştirin (Şekil 5 b). Bu, musluğun yanlışlıkla açık bırakılması veya musluğun gevşemesi ve sıvının istemeden sızması durumunda sıvıyı yakalayabilir.
4. Bir huni kullanarak, çıkarılacak sıvıyı ayırma hunisine dökün (Şekil 5 b). Ayırma hunisi asla sıcak veya ılık bir sıvı ile kullanılmamalıdır. Ayırma hunisinin üstündeki buzlu cam bağlantı, bağlantıda bir noktada sıvı varsa tıpaya yapışmaya daha yatkındır. Sıvıyı ayırma hunisine kısa saplı bir huni kullanarak dökmek eklemin ıslanmasını önler, böylece karıştırma sırasında donma olasılığı azalır.
Prosedürde belirtildiği gibi (Şekil 5 c) ayırma hunisine bir miktar ekstraktif çözücü dökün. Ekstraksiyonlar için kesin miktarlarda çözücü kullanmak gereksizdir ve hacimler dereceli bir silindirde ölçülebilir. Bir prosedür 20 mL çözücü gerektiriyorsa, her seferinde 20-25 ml arasında kullanılması kabul edilebilir.
Çözeltileri Karıştırın (tekli ekstraksiyon için)
6. Tıpayı huninin üzerine yerleştirin ve huniyi bir elinizin parmakları tıpayı sıkıca kapatırken diğer eliniz huninin altını kavrayacak şekilde tutun (Şekil 6 a).
7. Huniyi yavaşça ters çevirin (Şekil 6 b) ve karışımı biraz döndürün. Ters çevrildiğinde bir miktar sıvının buzlu cam eklemine sızması nadir olmasa da, bu minimum düzeyde olmalıdır. Huniyi ters çevirdiğinizde parmaklarınıza veya eldivenlerinize sıvı damlarsa, tıpa muhtemelen yanlış boyuttadır.
Çözeltileri Karıştırın (tekli ekstraksiyon için)
6. Tıpayı huninin üzerine yerleştirin ve huniyi bir elinizin parmakları tıpayı sıkıca kapatırken diğer eliniz huninin altını kavrayacak şekilde tutun (Şekil 6 a).
7. Huniyi yavaşça ters çevirin (Şekil 6 b) ve karışımı biraz döndürün. Ters çevrildiğinde bir miktar sıvının buzlu cam eklemine sızması nadir olmasa da, bu minimum düzeyde olmalıdır. Huniyi ters çevirdiğinizde parmaklarınıza veya eldivenlerinize sıvı damlarsa, tıpa muhtemelen yanlış boyuttadır.
8. Çözeltiler karıştırıldığında ayırma hunisinin içinde basınç oluşabilir, bu nedenle huniyi döndürdükten hemen sonra ve huni hala ters çevrilmiş durumdayken, basıncın serbest kalmasını sağlamak için musluğu kısa bir süre açarak huniyi "havalandırın" (Şekil 6 c). Çözücü tepe boşluğuna buharlaştıkça ve hunideki ilk ∼1 atmosferlik hava basıncına ilave buhar ekledikçe hunide basınç oluşur. Çok uçucu çözücülerle (dietil eter gibi), havalandırma sırasında kesin bir "vınlama" duyulabilir ve hatta az miktarda sıvı musluktan dışarı sıçrayabilir. Eğer sıvı musluktan dışarı fışkırırsa, huniye geri akmasına izin vermeye çalışın. Tepe boşluğu solvent buharlarıyla doygun hale geldiğinden ve huninin içindeki ve dışındaki basınçlar eşitlendiğinden, havalandırma ile ilişkili gürültü normalde ikinci veya üçüncü ters çevirmeden sonra kesilir.
Güvenlik notu: Havalandırma yaparken musluğu asla birine doğru tutmayın, çünkü bir miktar sıvının üzerine sıçraması olasıdır.
9. Musluğu kapatın ve sistemi havalandırmak için periyodik olarak durarak çözeltileri biraz daha kuvvetli bir şekilde karıştırın. Çözeltilerin ayırma hunilerinde ne kadar kuvvetli ve ne kadar süreyle karıştırılması gerektiği konusunda görüş farklılıkları vardır. Genel bir kılavuz olarak, 10-20 saniye boyunca hafif bir karıştırma yeterli olmalıdır. Bazı çözeltilerde (örn. diklorometan), bu çözeltiler sıklıkla emülsiyonlar oluşturduğundan (çözeltiler arasındaki arayüzey netleşmediğinden) çok kuvvetli çalkalamamaya dikkat edilmelidir. Emülsiyona eğilimli çözeltilerde huni bir dakika boyunca hafifçe sallanmalıdır.
10. Katmanların tamamen ayrılmasını sağlamak için ayırma hunisini halka kıskacına dik olarak yerleştirin. Katmanlar arasındaki arayüz oldukça hızlı bir şekilde, genellikle 10 saniye içinde çökmelidir. Arayüz bulanıksa veya iyi tanımlanmamışsa (bir emülsiyon oluşmuşsa), ipuçları için sorun giderme bölümüne bakın.
Katmanları Ayırın (tekli çıkarma için)
11. Tıpa açık kalırsa, yer değiştiren sıvının yerini almak üzere huniye hava giremeyeceğinden, sıvı ayırma hunisinden iyi bir şekilde boşalmayacaktır. Eğer sıvı huniden eşit hacimde hava ile değiştirilmeden akarsa, hunide negatif basınç oluşacaktır. Bu nedenle, bir ayırma hunisinden sıvı boşaltmadan önce tıpayı çıkarın (Şekil 7 a).
12. Alt katmanın büyük kısmını temiz bir Erlenmeyer şişesine boşaltın, halka kelepçeyi ayırma hunisinin ucu sıçramayı önlemek için Erlenmeyer şişesinin içine girecek şekilde yerleştirin (Şekil 7 b). Arayüz musluğun altından 1 cm içeride olduğunda boşaltmayı durdurun.
13. Cama yapışan damlacıkları yerinden çıkarmak için huniyi hafifçe döndürün (Şekil 7 c). İnatçı yapışmış damlacıkları devirmek için bir cam karıştırma çubuğu kullanılabilir.
14. Ayrıca, arayüz musluk haznesine girdiğinde durarak alt katmanı boşaltın (Şekil 7 d). Erlenmeyer şişesini etiketleyin (örneğin "alt katman").
Güvenlik notu: Havalandırma yaparken musluğu asla birine doğru tutmayın, çünkü bir miktar sıvının üzerine sıçraması olasıdır.
9. Musluğu kapatın ve sistemi havalandırmak için periyodik olarak durarak çözeltileri biraz daha kuvvetli bir şekilde karıştırın. Çözeltilerin ayırma hunilerinde ne kadar kuvvetli ve ne kadar süreyle karıştırılması gerektiği konusunda görüş farklılıkları vardır. Genel bir kılavuz olarak, 10-20 saniye boyunca hafif bir karıştırma yeterli olmalıdır. Bazı çözeltilerde (örn. diklorometan), bu çözeltiler sıklıkla emülsiyonlar oluşturduğundan (çözeltiler arasındaki arayüzey netleşmediğinden) çok kuvvetli çalkalamamaya dikkat edilmelidir. Emülsiyona eğilimli çözeltilerde huni bir dakika boyunca hafifçe sallanmalıdır.
10. Katmanların tamamen ayrılmasını sağlamak için ayırma hunisini halka kıskacına dik olarak yerleştirin. Katmanlar arasındaki arayüz oldukça hızlı bir şekilde, genellikle 10 saniye içinde çökmelidir. Arayüz bulanıksa veya iyi tanımlanmamışsa (bir emülsiyon oluşmuşsa), ipuçları için sorun giderme bölümüne bakın.
Katmanları Ayırın (tekli çıkarma için)
11. Tıpa açık kalırsa, yer değiştiren sıvının yerini almak üzere huniye hava giremeyeceğinden, sıvı ayırma hunisinden iyi bir şekilde boşalmayacaktır. Eğer sıvı huniden eşit hacimde hava ile değiştirilmeden akarsa, hunide negatif basınç oluşacaktır. Bu nedenle, bir ayırma hunisinden sıvı boşaltmadan önce tıpayı çıkarın (Şekil 7 a).
12. Alt katmanın büyük kısmını temiz bir Erlenmeyer şişesine boşaltın, halka kelepçeyi ayırma hunisinin ucu sıçramayı önlemek için Erlenmeyer şişesinin içine girecek şekilde yerleştirin (Şekil 7 b). Arayüz musluğun altından 1 cm içeride olduğunda boşaltmayı durdurun.
13. Cama yapışan damlacıkları yerinden çıkarmak için huniyi hafifçe döndürün (Şekil 7 c). İnatçı yapışmış damlacıkları devirmek için bir cam karıştırma çubuğu kullanılabilir.
14. Ayrıca, arayüz musluk haznesine girdiğinde durarak alt katmanı boşaltın (Şekil 7 d). Erlenmeyer şişesini etiketleyin (örneğin "alt katman").
15. Üst katmanı ayırma hunisinin üstünden başka bir temiz Erlenmeyer şişesine dökün (Şekil 8 a) ve bu şişeyi tekrar etiketlediğinizden emin olun (Şekil 8 b). Alt katmanı musluktan boşaltmak ve üst katmanı huninin üstünden dökmek uygun bir tekniktir. Bu yöntem, sadece alt katman huninin gövdesine temas ettiği için çözeltilerin yeniden karışmasını en aza indirir.
16. İstediğiniz bileşiği elde ettiğinizden kesinlikle emin olana kadar bir ekstraksiyondan elde edilen sıvıları asla atmayın . İstenmeyen katmanlar, istenen bileşik elinize geçtiğinde (örneğin döner buharlaştırıcı çözücüyü çıkardıktan sonra) uygun şekilde atılabilir.
Ekstraksiyonlar sırasında yapılan hatalar (örneğin yanlış katmanla devam etmek), çözeltiler atık kabına konulmadığı sürece çözülebilir! Katmanlar buharlaştırma sonrasına kadar saklanmalıdır çünkü istenen bileşik kullanılan çözücüde çok fazla çözünmeyebilir. Bileşik bir çözücüde ekstrakte edilemediyse, daha sonra farklı bir çözücü denenebilir, ancak yine de katmanlar henüz atılmamışsa.
Temizleme (tekli ekstraksiyon için)
Bir ayırma hunisini temizlemek için, önce bir atık kabına asetonla durulayın. Ardından huniyi tezgahınızın üzerinde su ve sabunla yıkayın. Teflon musluğu (eğer kullanılıyorsa) sökün. Damıtılmış suyla duruladıktan sonra, parçaları dolabınızda ayrı olarak kurumaya bırakın (Şekil 8 c).
Ekstraksiyonlar sırasında yapılan hatalar (örneğin yanlış katmanla devam etmek), çözeltiler atık kabına konulmadığı sürece çözülebilir! Katmanlar buharlaştırma sonrasına kadar saklanmalıdır çünkü istenen bileşik kullanılan çözücüde çok fazla çözünmeyebilir. Bileşik bir çözücüde ekstrakte edilemediyse, daha sonra farklı bir çözücü denenebilir, ancak yine de katmanlar henüz atılmamışsa.
Temizleme (tekli ekstraksiyon için)
Bir ayırma hunisini temizlemek için, önce bir atık kabına asetonla durulayın. Ardından huniyi tezgahınızın üzerinde su ve sabunla yıkayın. Teflon musluğu (eğer kullanılıyorsa) sökün. Damıtılmış suyla duruladıktan sonra, parçaları dolabınızda ayrı olarak kurumaya bırakın (Şekil 8 c).
Çoklu Ekstraksiyonlar.
Bu bölümde, sulu bir çözeltinin sudan daha az yoğun olan organik bir çözücü ile nasıl ekstrakte edileceğine dair adım adım talimatlar yer almaktadır (organik katman üstte olacaktır). Örnek olarak, talimatlar her seferinde 25 ml dietil eter kullanarak sulu bir çözeltiyi üç kez ekstrakte etmek için yazılmıştır (3×25 ml dietil eter). İlk iki ekstraksiyonun prosedürel özeti Şekil 9'da Organik tabaka üstte olduğunda iki ekstraksiyon.
Şekil 9 Organik tabakaaksiyon.
Ekstraksiyon #1
1. Daha önce açıklandığı gibi yaklaşık 25 ml dietil eter kullanarak (kesin bir miktar gerekli değildir) tek bir ekstraksiyon gerçekleştirin ve her katmanı uygun şekilde etiketlediğinizden emin olun (örneğin "üst organik katman" ve "alt sulu katman").
Çıkarma #2
2. Sulu tabakayı ayırma hunisine geri koyun. Ekstraksiyonlar arasında huniyi yıkamaya gerek yoktur.
3. Ayırma hunisine 25 ml'lik yeni bir dietil eter porsiyonu ekleyin. Huninin tıpasını kapatın, ters çevirin ve havalandırarak çalkalayın, ardından katmanların ayrılmasına izin verin.
Bu adımda ayırma hunisinde iki katman olmalıdır. İki katman yoksa, büyük olasılıkla 2. adımda huniye yanlış katman eklenmiştir (yaygın bir hata). Hatanın bu olup olmadığını test etmenin bir yolu, bir fışkırtma şişesinden biraz su eklemektir. Ayırma hunisine geri gönderilen katman organik katmansa (yanlış), fışkırtma şişesindeki su çözeltiyle karışmayacak ve bunun yerine dibe damlacıklar halinde düşecektir. Organik tabaka (yanlış) yanlışlıkla ayırma hunisine geri gönderilmişse, organik tabaka basitçe seyreltildiği için herhangi bir zarar yoktur. Sıvıyı organik katman için tasarlanmış şişeye geri dökün ve bunun yerine sulu çözeltiyi huniye ekleyin.
4. Alttaki sulu tabakayı bir Erlenmeyer şişesine boşaltın: ilk ekstraksiyonda sulu tabaka için kullanılan şişenin aynısının kullanılması kabul edilebilir ("alt sulu tabaka" olarak etiketlenmiş olabilir).
5. Organik katmanların birden fazla ekstraksiyonda birleştirilmesi en yaygın yöntem olduğundan, üst organik katman ayırma hunisinden ilk ekstraksiyonda organik katman için kullanılan aynı şişeye ("üst organik katman" olarak etiketlenmiş olabilir) dökülebilir. Bu şişede, iki ekstraksiyondan elde edilen yaklaşık 50 ml dietil eter bulunmalıdır.
Ekstraksiyon #3
6. İkinci ekstraksiyondan elde edilen sulu tabakayı ayırma hunisine ekleyerek ekstraksiyonu üçüncü kez tekrarlayın, ardından 25 ml'lik yeni bir dietil eter kısmı daha ekleyin. Huninin tıpasını kapatın, ters çevirin ve havalandırarak çalkalayın, ardından katmanların ayrılmasına izin verin.
7. Sulu tabakayı uygun şişeye boşaltın ve üst tabakayı tekrar organik tabaka şişesine dökün; burada üç ekstraksiyondan yaklaşık 75 ml dietil eter bulunmalıdır.
1. Daha önce açıklandığı gibi yaklaşık 25 ml dietil eter kullanarak (kesin bir miktar gerekli değildir) tek bir ekstraksiyon gerçekleştirin ve her katmanı uygun şekilde etiketlediğinizden emin olun (örneğin "üst organik katman" ve "alt sulu katman").
Çıkarma #2
2. Sulu tabakayı ayırma hunisine geri koyun. Ekstraksiyonlar arasında huniyi yıkamaya gerek yoktur.
3. Ayırma hunisine 25 ml'lik yeni bir dietil eter porsiyonu ekleyin. Huninin tıpasını kapatın, ters çevirin ve havalandırarak çalkalayın, ardından katmanların ayrılmasına izin verin.
Bu adımda ayırma hunisinde iki katman olmalıdır. İki katman yoksa, büyük olasılıkla 2. adımda huniye yanlış katman eklenmiştir (yaygın bir hata). Hatanın bu olup olmadığını test etmenin bir yolu, bir fışkırtma şişesinden biraz su eklemektir. Ayırma hunisine geri gönderilen katman organik katmansa (yanlış), fışkırtma şişesindeki su çözeltiyle karışmayacak ve bunun yerine dibe damlacıklar halinde düşecektir. Organik tabaka (yanlış) yanlışlıkla ayırma hunisine geri gönderilmişse, organik tabaka basitçe seyreltildiği için herhangi bir zarar yoktur. Sıvıyı organik katman için tasarlanmış şişeye geri dökün ve bunun yerine sulu çözeltiyi huniye ekleyin.
4. Alttaki sulu tabakayı bir Erlenmeyer şişesine boşaltın: ilk ekstraksiyonda sulu tabaka için kullanılan şişenin aynısının kullanılması kabul edilebilir ("alt sulu tabaka" olarak etiketlenmiş olabilir).
5. Organik katmanların birden fazla ekstraksiyonda birleştirilmesi en yaygın yöntem olduğundan, üst organik katman ayırma hunisinden ilk ekstraksiyonda organik katman için kullanılan aynı şişeye ("üst organik katman" olarak etiketlenmiş olabilir) dökülebilir. Bu şişede, iki ekstraksiyondan elde edilen yaklaşık 50 ml dietil eter bulunmalıdır.
Ekstraksiyon #3
6. İkinci ekstraksiyondan elde edilen sulu tabakayı ayırma hunisine ekleyerek ekstraksiyonu üçüncü kez tekrarlayın, ardından 25 ml'lik yeni bir dietil eter kısmı daha ekleyin. Huninin tıpasını kapatın, ters çevirin ve havalandırarak çalkalayın, ardından katmanların ayrılmasına izin verin.
7. Sulu tabakayı uygun şişeye boşaltın ve üst tabakayı tekrar organik tabaka şişesine dökün; burada üç ekstraksiyondan yaklaşık 75 ml dietil eter bulunmalıdır.
Sorun Giderme.
Bu bölümde ekstraksiyonlarda sık karşılaşılan sorunlar ve çözümleri anlatılmaktadır.Sadece Bir Katman Var
Ayırma hunisinde iki katman olması gerekirken sadece bir katman olmasının en yaygın nedeni (prosedürde "katmanları ayırın" denildiğinde olduğu gibi), bir hata yapmış olmaktır. Muhtemelen olan şey, ayırma hunisine yanlış katmanın eklenmiş olmasıdır - örneğin, organik katman bilmeden sulu katman yerine eklenmiştir. Ayırma hunisindeki organik bir katmana organik çözücü eklendiğinde, sonuç yalnızca bir katmandır. Katmanlar henüz atılmadığı sürece hata düzeltilebilir! Huniye doğru katman eklenirse, her şey planlandığı gibi çalışacaktır. Gelecekte bu hatayı yapmamak için Erlenmeyer şişelerini etiketlediğinizden emin olun. Ayrıca, her şeyi doğru yaptığınızdan kesinlikle emin olana kadar bir katmanı asla atmadığınızdan emin olun.
Ayırma hunisinde yalnızca bir katman oluşmasının nadir bir nedeni, her iki çözücüde de çözünen büyük miktarlarda bileşik bulunmasıdır; örneğin, hem sulu hem de organik çözücülerde iyi çözünen büyük miktarlarda etanol varsa. Bu durumda en iyi yaklaşım, ekstraksiyondan önce sorunlu bileşiği (yani etanolü) bir döner buharlaştırıcıda uzaklaştırmaktır.
Üç Katman Vardır
Bir ayırma hunisinde üç katman olmasının en yaygın nedeni yetersiz karıştırmadır (Şekil 10 a). Huni daha kuvvetli bir şekilde çalkalanırsa, muhtemelen iki katmana yerleşecektir (Şekil 10 b). Ortadaki üçüncü katmanın, iki katmanın tam olarak ayrılmadığı bir emülsiyon olması da mümkündür.
Ayırma hunisinde iki katman olması gerekirken sadece bir katman olmasının en yaygın nedeni (prosedürde "katmanları ayırın" denildiğinde olduğu gibi), bir hata yapmış olmaktır. Muhtemelen olan şey, ayırma hunisine yanlış katmanın eklenmiş olmasıdır - örneğin, organik katman bilmeden sulu katman yerine eklenmiştir. Ayırma hunisindeki organik bir katmana organik çözücü eklendiğinde, sonuç yalnızca bir katmandır. Katmanlar henüz atılmadığı sürece hata düzeltilebilir! Huniye doğru katman eklenirse, her şey planlandığı gibi çalışacaktır. Gelecekte bu hatayı yapmamak için Erlenmeyer şişelerini etiketlediğinizden emin olun. Ayrıca, her şeyi doğru yaptığınızdan kesinlikle emin olana kadar bir katmanı asla atmadığınızdan emin olun.
Ayırma hunisinde yalnızca bir katman oluşmasının nadir bir nedeni, her iki çözücüde de çözünen büyük miktarlarda bileşik bulunmasıdır; örneğin, hem sulu hem de organik çözücülerde iyi çözünen büyük miktarlarda etanol varsa. Bu durumda en iyi yaklaşım, ekstraksiyondan önce sorunlu bileşiği (yani etanolü) bir döner buharlaştırıcıda uzaklaştırmaktır.
Üç Katman Vardır
Bir ayırma hunisinde üç katman olmasının en yaygın nedeni yetersiz karıştırmadır (Şekil 10 a). Huni daha kuvvetli bir şekilde çalkalanırsa, muhtemelen iki katmana yerleşecektir (Şekil 10 b). Ortadaki üçüncü katmanın, iki katmanın tam olarak ayrılmadığı bir emülsiyon olması da mümkündür.
Arayüzde Çözünmeyen Malzeme Var.
Bir ekstraksiyon sırasında iki katman arasında az miktarda çözünmeyen film bulunması nadir değildir. Çözücü etkileşimleri arayüzde en aza indirildiğinden polimerik malzemeler katmanlar arasında dinlenme eğilimindedir. Küçük bir film endişelenecek bir şey değildir çünkü küçük bir miktar organik katmana girerse, sonraki bir kurutma ve filtreleme adımı genellikle onu ortadan kaldıracaktır.
Arayüz Görülemez.
Bazen ayırma hunisindeki bileşikler o kadar koyu olur ki iki katman arasındaki arayüzü gizler. Bu durumda, ara yüzeyi görmenize yardımcı olabilecek birkaç yöntem vardır. Bunlardan biri ayırma hunisini ışığa tutmak veya cama bir el feneri tutmaktır (Şekil 11 b). Ek ışık bazen arayüzü görmenizi sağlar. İkinci bir yöntem ise huniyi ileri geri yana yatırırken katmanları dikkatlice gözlemlemektir (Şekil 11 c). Gözünüz bazen sıvıların akış şeklindeki ince farklılıkları yakalayabilir. Üçüncü bir yöntem, katmanlardan birini biraz seyreltmek için huniye biraz daha çözücü eklemek veya kırılma indisini değiştirmek için farklı bir çözücü eklemektir.
Katmanlar İyi Ayrışmıyor (Bir Emülsiyon Oluştu)
Emülsiyonlar çeşitli nedenlerle oluşabilir.
1. Her katmanın yoğunluğu o kadar benzer olabilir ki sıvıların ayrılması için zayıf bir motivasyon vardır.2. Bazı bileşenleri birbiri içinde çözen sabun benzeri bileşikler veya diğer emülsifiye edici maddeler mevcut olabilir.
Emülsiyonları düzeltmek çok zor olabilir ve emülsiyona eğilimli çözeltileri (örn. yüksek bazik veya yoğun çözeltilerle diklorometan) ayırma hunisinde hafifçe çalkalayarak ilk etapta bunlardan kaçınmak en iyisidir. Bununla birlikte, bir emülsiyon oluşursa, bunları berraklaştırmaya çalışmanın bazı yolları vardır.
- a) Hafif emülsiyonlar için katmanları nazikçe döndürün ve cam bir karıştırma çubuğuyla asılı damlacıkları düşürmeye çalışın.
- b) Mümkünse çözeltiyi bir süre (hatta bir sonraki laboratuvar dönemine kadar) bekletin. Yeterli zaman geçtiğinde bazı çözeltiler kendiliğinden çökelir. Bu elbette pratik olmayabilir.
- c) Küçük hacimler için, eğer varsa santrifüj kullanın. Santrifüj, emülsiyonun kendi kendine çökmesi sürecini hızlandırır. Santrifüjün dengeli olması gerektiğini unutmayın, aksi takdirde tezgahın üstünden sallanabilir. Santrifüjün içine eşit hacimli tüpleri karşılıklı koyarak çözeltileri eşit şekilde bölün.
- d) İki katman benzer yoğunluğa sahip olduğu için bir emülsiyon oluşmuşsa, daha farklı hale getirmek için her katmanın yoğunluğunu değiştirmeye çalışın. Bir emülsiyonu netleştirmeye yardımcı olmak için üst katmanın yoğunluğunu azaltmaya veya alt katmanın yoğunluğunu artırmaya çalışın. Örneğin, bir emülsiyon etil asetat (üst katman) ve sulu bir çözelti (alt katman) ile oluşuyorsa, biraz NaCl ekleyin. NaCl sulu katmanda çözünecek ve sulu çözeltinin yoğunluğunu artıracaktır. Alternatif olarak, organik katmanı seyreltecek ve yoğunluğunu düşürecek ilave etil asetat ekleyin. Son çare olarak, üst organik katmanla karışacak ve yoğunluğunu azaltacak bir miktar pentan ekleyin (pentan en az yoğun organik çözücülerden biridir). Pentan ilavesi, organik katmanın bir miktar polar bileşik çıkarma kabiliyetini olumsuz etkileyeceğinden, son bir çaba olarak kullanılır.
Sulu bir çözelti (üst katman) ve diklorometan (alt katman) ile bir emülsiyon oluşursa, üst katmanı seyreltmek ve yoğunluğunu azaltmak için bir fışkırtma şişesinden biraz su ekleyin. Bu yöntem, Şekil 13 d'de görüldüğü gibi, Şekil 13 c'deki emülsiyonu berraklaştırmak için iyi sonuç vermiştir. - c) Bir bileşenin diğer bileşen içindeki çözünürlüğünü azaltmayı deneyin. Bir yöntem, ayırma hunisine NaCl veya NH4Cl eklemektir; bu, sulu katmanda çözünür ve organik bileşiklerin suda çözünme kabiliyetini azaltır ("tuzlama").
Asit-Baz Ekstraksiyonu
Nasıl Çalışırlar?
Bu bölümde daha önce tartışılan ekstraksiyonların bir modifikasyonu, polariteyi ve dolayısıyla bir bileşiğin sulu ve organik katmanlardaki bölümlenmesini değiştirmek için ayırıcı hunide kimyasal bir reaksiyon gerçekleştirmektir. Yaygın bir yöntem, bazı bileşikleri nötrden iyonik formlara (veya tam tersi) dönüştürebilen bir asit-baz reaksiyonu gerçekleştirmektir.
Örneğin, benzoik asit ve siklohekzan karışımının bir ayırma hunisinde etil asetat gibi bir organik çözücü içinde çözüldüğünü düşünün. Bileşenleri ayırmak için, benzoik asidi uzaklaştırmak amacıyla suyla yıkama denenebilir, ancak benzoik asit polar olmayan aromatik halkası nedeniyle özellikle suda çözünür değildir ve sulu tabakaya yalnızca küçük miktarlarda ekstrakte edilir (Şekil 14 a).
Örneğin, benzoik asit ve siklohekzan karışımının bir ayırma hunisinde etil asetat gibi bir organik çözücü içinde çözüldüğünü düşünün. Bileşenleri ayırmak için, benzoik asidi uzaklaştırmak amacıyla suyla yıkama denenebilir, ancak benzoik asit polar olmayan aromatik halkası nedeniyle özellikle suda çözünür değildir ve sulu tabakaya yalnızca küçük miktarlarda ekstrakte edilir (Şekil 14 a).
Şekil
Benzoik asit ve siklohekzan karışımının: a) su, b) sulu NaOH ile yıkanması.Bununla birlikte, benzoik asit ve sikloheksan karışımının ayrıştırılması NaOH gibi bir baz ile yıkama kullanılarak mümkündür. Asidik yapısı nedeniyle benzoik asit, NaOH ile aşağıdaki gibi bir reaksiyona girerek karboksilat tuzu sodyum benzoat ile sonuçlanabilir.
Karboksilik asitlerin çözünürlük özellikleri, karşılık gelen karboksilat tuzlarından önemli ölçüde farklıdır. Sodyum salisilat, iyonik karakteri nedeniyle suda salisilik asitten yaklaşık 350 kat daha fazla çözünür (Şekil 15) ve dietil eter gibi organik çözücülerde oldukça çözünmez.
Bu nedenle, NaOH ile yıkama benzoik asidi iyonik karboksilat formuna dönüştürecek ve bu da sulu katmanda daha fazla çözünür hale gelerek sodyum benzoatın sulu katmana ekstrakte edilmesini sağlayacaktır. Siklohekzan organik katmanda kalacaktır, çünkü sulu faza karşı herhangi bir afinitesi yoktur ve NaOH ile herhangi bir şekilde reaksiyona giremez. Bu şekilde benzoik asit ve siklohekzan karışımı ayrılabilir (Şekil 14 b). Sulu katman daha sonra benzoik asidi nötr formuna geri dönüştürmek için istenirse HCl(aq) ile asitlendirilebilir.
Sodyum Bikarbonatlı Yıkamalar
Karboksilik asitleri organik katmandan sulu katmana çıkarmak için bir asit-baz ekstraksiyonu kullanılabilir. Önceki bölümde tartışıldığı gibi, NaOH bir karboksilik asidi daha suda çözünür iyonik karboksilat formuna dönüştürmek için kullanılabilir. Ancak, karışım NaOH ile reaksiyona girebilecek istenen bir bileşik içeriyorsa, sodyum bikarbonat gibi daha hafif bir baz kullanılmalıdır. Benzer bir reaksiyon meydana gelir.
Sodyum Bikarbonatlı Yıkamalar
Karboksilik asitleri organik katmandan sulu katmana çıkarmak için bir asit-baz ekstraksiyonu kullanılabilir. Önceki bölümde tartışıldığı gibi, NaOH bir karboksilik asidi daha suda çözünür iyonik karboksilat formuna dönüştürmek için kullanılabilir. Ancak, karışım NaOH ile reaksiyona girebilecek istenen bir bileşik içeriyorsa, sodyum bikarbonat gibi daha hafif bir baz kullanılmalıdır. Benzer bir reaksiyon meydana gelir.
NaOH yerine NaHCO3 bazının kullanılmasındaki bir fark, yan ürün olan karbonik asidin (H2CO3) su ve karbondioksit gazına ayrışabilmesidir. Bir ayırma hunisinde sodyum bikarbonatlı asidik bir çözelti çalkalanırken, gazın basıncını boşaltmak için hafifçe döndürmeye ve daha sık havalandırmaya dikkat edilmelidir.
Çalışmada sıklıkla sodyum bikarbonat yıkamasının kullanıldığı bir reaksiyon örneği Fischer Esterleşme reaksiyonudur. Bunu göstermek için benzoik asit, etil benzoat oluşturmak üzere konsantre sülfürik asit ile birlikte etanol içinde geri akıtılmıştır (Şekil 16 a ve b). Reaksiyon karışımının 1 saatlik geri akıştaki TLC plakasında reaksiyona girmemiş karboksilik asit kalıntıları görülmüştür (Şekil 16 c), bu durum reaksiyonun enerjisinden dolayı nadir değildir.
Çalışmada sıklıkla sodyum bikarbonat yıkamasının kullanıldığı bir reaksiyon örneği Fischer Esterleşme reaksiyonudur. Bunu göstermek için benzoik asit, etil benzoat oluşturmak üzere konsantre sülfürik asit ile birlikte etanol içinde geri akıtılmıştır (Şekil 16 a ve b). Reaksiyon karışımının 1 saatlik geri akıştaki TLC plakasında reaksiyona girmemiş karboksilik asit kalıntıları görülmüştür (Şekil 16 c), bu durum reaksiyonun enerjisinden dolayı nadir değildir.
Kalan karboksilik asit, bir ayırma hunisinde bir asit-baz ekstraksiyonu kullanılarak istenen ester ürününden uzaklaştırılabilir. Sodyum bikarbonat ile yıkama, benzoik asidi suda daha fazla çözünen sodyum benzoat formuna dönüştürerek sulu katmana ekstrakte eder (Şekil 17). Ayrıca, sodyum bikarbonat bu reaksiyonda katalitik asidi nötralize eder.
Esteredilir
Sodyum bikarbonat çok daha zayıf bir baz olduğu için bu işlemde NaOH'a tercih edilir; NaOH ile yıkama ester ürününün hidrolizine neden olabilir.
Asit ve Baz Karışımları
Daha önce tartışıldığı gibi, bileşiklerin asit-baz özellikleri, karışımlardan belirli bileşikleri seçici olarak çıkarmak için kullanılabilir. Bu strateji diğer örneklere de genişletilebilirAsit ve Baz Karışımları
Bazların Çıkarılması
Aminler gibi bazik bileşikler, suda daha fazla çözünen tuzlara dönüştürmek için asidik çözeltilerle çalkalanarak organik çözeltilerden ekstrakte edilebilir. Bu şekilde, organik bir katmandan sulu bir katmana ekstrakte edilebilirler.Karboksilik Asitlerin Fenollere Karşı Ekstraksiyonu
Daha önce tartışıldığı gibi, karboksilik asitler bazik çözeltilerle çalkalanarak organik bir katmandan sulu bir katmana ekstrakte edilebilir, bu da onları daha suda çözünür tuzlarına dönüştürür.
Daha önce tartışıldığı gibi, karboksilik asitler bazik çözeltilerle çalkalanarak organik bir katmandan sulu bir katmana ekstrakte edilebilir, bu da onları daha suda çözünür tuzlarına dönüştürür.
Benzer bir reaksiyon fenollerle (PhOH) gerçekleşir ve onlar da sulu bir NaOH katmanına ekstrakte edilebilir (Şekil 18 a).
Bununla birlikte, fenoller karboksilik asitlerden çok daha az asidiktir ve daha zayıf bir baz olan NaHCO3 ile tamamen reaksiyona girecek kadar asidik değildir. Bu nedenle, fenol ve karboksilik asit karışımlarını ayırmak için bir bikarbonat çözeltisi kullanılabilir (Şekil 18 b).
Bununla birlikte, fenoller karboksilik asitlerden çok daha az asidiktir ve daha zayıf bir baz olan NaHCO3 ile tamamen reaksiyona girecek kadar asidik değildir. Bu nedenle, fenol ve karboksilik asit karışımlarını ayırmak için bir bikarbonat çözeltisi kullanılabilir (Şekil 18 b).
Şekil
a) Hem karboksilik asitlerin hem de fenollerin %5 NaOH(aq) içine ekstraksiyonu, b) Sadece karboksilik asitlerin %5 NaHCO3(aq) içine ekstraksiyonu.Asit, Baz ve Nötr Bileşiklerin Ekstraksiyonu
Daha önce tartışılan asit-baz özellikleri, asidik (örneğin RCO2H), bazik (örneğin RNH2) ve nötr bileşenler içeren bir karışımın Şekil 19'da özetlendiği gibi (sudan daha az yoğun bir organik çözücü kullanılır) bir dizi ekstraksiyon yoluyla saflaştırılmasına izin verir.
Daha önce tartışılan asit-baz özellikleri, asidik (örneğin RCO2H), bazik (örneğin RNH2) ve nötr bileşenler içeren bir karışımın Şekil 19'da özetlendiği gibi (sudan daha az yoğun bir organik çözücü kullanılır) bir dizi ekstraksiyon yoluyla saflaştırılmasına izin verir.
Şekil
Bu tür bir deney yürüten okuyucuların tekli ve çoklu ekstraksiyonlar gerçekleştirmeye aşina oldukları varsayılmaktadır. Bu bölümde genel ekstraksiyon prosedürleri ile Şekil 19'da özetlenen süreç arasındaki farklar açıklanmaktadır.
1. Asidik bileşenin izole edilmesi:
a) Asidik bileşen bir Erlenmeyer şişesindeki sulu katmanda olduğunda, çözelti pH 3-4 olana kadar (pH kağıdı ile belirlendiği gibi) 2M HCl(aq) eklenerek nötr bileşene geri dönüştürülebilir. Asitleştirmenin çok büyük hacimde 2M HCl(aq) gerektireceği büyük miktarlarda asit mevcutsa, bunun yerine konsantre HCl(aq) damla damla eklenebilir. Daha düşük Hcl(aq) konsantrasyonları daha az tehlikelidir, ancak sulu katmanın hacmini büyük miktarda artırmak sonraki ekstraksiyon ve filtreleme adımlarının verimliliğini etkileyecektir.
b) Asitleştirmeden sonra, asidik bileşenin katı veya sıvı olmasına bağlı olarak iki yol izlenebilir.
1. Asidik bileşenin izole edilmesi:
a) Asidik bileşen bir Erlenmeyer şişesindeki sulu katmanda olduğunda, çözelti pH 3-4 olana kadar (pH kağıdı ile belirlendiği gibi) 2M HCl(aq) eklenerek nötr bileşene geri dönüştürülebilir. Asitleştirmenin çok büyük hacimde 2M HCl(aq) gerektireceği büyük miktarlarda asit mevcutsa, bunun yerine konsantre HCl(aq) damla damla eklenebilir. Daha düşük Hcl(aq) konsantrasyonları daha az tehlikelidir, ancak sulu katmanın hacmini büyük miktarda artırmak sonraki ekstraksiyon ve filtreleme adımlarının verimliliğini etkileyecektir.
b) Asitleştirmeden sonra, asidik bileşenin katı veya sıvı olmasına bağlı olarak iki yol izlenebilir.
- Eğer iyonik tuzun asitleştirilmesinden sonra bir katı oluşursa, emme filtrasyonu yoluyla toplanabilir. Bu yöntem yalnızca büyük miktarlarda büyük boyutlu kristaller görüldüğünde kullanılmalıdır. İnce kristaller oluşursa (ki bu oldukça yaygındır), filtre kağıdını tıkayacak ve yeterli drenajı engelleyecektir. Teorik miktara kıyasla sadece az miktarda katı madde görülüyorsa, bileşik muhtemelen suda oldukça çözünürdür ve filtrasyon düşük geri kazanıma yol açacaktır.
- Asitleme sonrasında katı oluşmazsa (veya ince kristaller veya düşük miktarda katı oluşursa), asidik bileşeni tekrar organik bir çözücüye (×3) ekstrakte edin. Genel bir kural olarak, ekstraksiyonlar için orijinal katmanın üçte biri kadar çözücü kullanın (örneğin, 100 ml sulu çözelti kullanıyorsanız, her seferinde 33 ml organik çözücü ile ekstrakte edin). Asitleştirme fark edilir bir ısı yarattıysa, ekstraksiyondan önce sulu çözeltiyi bir buz banyosunda soğuttuğunuzdan emin olun. Dietil eter veya etil asetat kullanıyorsanız tuzlu suyla yıkayın (×1), bir kurutma maddesiyle kurutun ve saf asidik bileşeni bırakmak için çözücüyü döner buharlaştırıcı ile çıkarın.
2. Bazik bileşenin izole edilmesi:
Asidik bileşenin izolasyonu ile benzer bir işlem kullanın, ancak çözeltiyi pH kağıdı ile belirlendiği gibi 9-10 pH verene kadar 2M NaOH (aq) kullanarak bazikleştirin.
3. Nötr bileşenin izole edilmesi:
Nötr bileşen organik katmandaki "artık" bileşik olacaktır. İzole etmek için, dietil eter veya etil asetat kullanıyorsanız tuzlu suyla (×1) yıkayın, bir kurutma maddesiyle kurutun ve saf nötr bileşeni bırakmak için çözücüyü döner buharlaştırıcı ile çıkarın.
Asidik bileşenin izolasyonu ile benzer bir işlem kullanın, ancak çözeltiyi pH kağıdı ile belirlendiği gibi 9-10 pH verene kadar 2M NaOH (aq) kullanarak bazikleştirin.
3. Nötr bileşenin izole edilmesi:
Nötr bileşen organik katmandaki "artık" bileşik olacaktır. İzole etmek için, dietil eter veya etil asetat kullanıyorsanız tuzlu suyla (×1) yıkayın, bir kurutma maddesiyle kurutun ve saf nötr bileşeni bırakmak için çözücüyü döner buharlaştırıcı ile çıkarın.
Sonuç.
Ekstraksiyon yöntemleri, karışımlardan bazı maddelerin ekstraksiyonu için kullanılır. Bu maddeler baz, asit veya nötr (polar veya polar olmayan) olabilir. Örneğin, bu yöntem amfetamin üretimi sırasında Dekantasyon aşamasında kullanılır: amfetamin bazı içeren üst tabaka alkol içinde toplanır. Susuz magnezyum sülfat ile biraz kurutulabilir ve cüruf ayrıca polar olmayan bir çözücü (eter, benzen, toluen) ile ekstrakte edilebilir, çözücü daha sonra buharlaştırılır. Mefedron üretimi, ayırma hunisi ve ekstraksiyon ile manipülasyonu içerir. Ayrıca, Asit-baz ekstraksiyonu bazı psikoaktif maddelerin safsızlıklardan arındırılmasında kullanılır.
Attachments
Last edited: