Экстрагирование жидкостей

В простейшем случае экстрагирование из раствора проводят в делительной воронке. Раствор, из которого нужно извлечь какое-либо вещество, наливают в делительную воронку до половины ее. Туда же добавляют подходящий растворитель, не смешивающийся с первым, в количестве около половины взятого раствора. (Подбирают такой растворитель, в котором растворимость данного вещества была бы выше, чем в исходном. Если растворенное вещество сравнительно мало летуче, то после экстрагирования его выделяют путем отгонки введенного растворителя. Поэтому при подборе растворителя для извлечения необходимо, чтобы его температура кипения была невысокая.) Делительную воронку закрывают и, одной рукой придерживая пробку, а другой кран, плавными движениями многократно перевертывают ее вверх и вниз в течение 15–20 мин, стремясь к тому, чтобы жидкости как бы скользили одна по другой. Ни в коем случае не рекомендуется энергично взбалтывать содержимое воронки, так как при этом почти неизбежно образуются стойкие эмульсии, на разрушение которых потребуется много времени. Очень часто при экстракции наблюдается повышение давления внутри воронки, которое время от времени необходимо уравнивать с атмосферным. Для этого в тот момент, когда воронка находится в перевернутом состоянии, т.е. горло ее опущено вниз, а трубка с краном поднята вверх, кран осторожно открывают, а затем закрывают.

По окончании экстракции делительную воронку укрепляют на штативе и дают постоять в течение некоторого времени, пока не произойдет полное расслоение и пока между обоими растворителями не установится резкая граница. После этого вначале открывают пробку воронки, а затем осторожно поворачивают кран, давая медленно стечь нижнему слою жидкости в приемник.

Когда верхний слой будет близок к крану, последний слегка поворачивают, еще более уменьшая скорость истечения жидкости. Дав верхнему слою заполнить воронку вплоть до крана, его закрывают и выливают остающуюся в воронке жидкость через горло в тот или иной сосуд.

Иногда для более полного извлечения экстрагирование повторяют несколько раз. Затем растворитель отгоняют, и в перегонной колбе остается выделенное вещество.

Для встряхивания делительные воронки можно укрепить в упоминавшемся выше вертикальном встряхивателе (см. рис.345). Горлышко воронки помещают в отверстие верхней планки встряхивателя, а конец – в прорез нижней.

Для перемешивания содержимого делительных воронок рекомендован также простой прибор, состоящий из электромотора, передаточного устройства и диска-кассеты, расположенного перпендикулярно оси мотора. На этом диске радиально укрепляют восемь делительных воронок. При вращении диска со скоростью 2 об/мин происходит медленное переворачивание и непрерывное изменение величины поверхности раздела раствора и растворителя. При работе на таком приборе эмульсии не образуются.

Для экстрагирования из водных растворов обычно применяют: диэтиловый эфир, петролейньин эфир, бензин, бензол и тому подобные вещества.

Если вещество, экстрагируемое из водного раствора, обладает хорошей растворимостью в последнем, то во избежание расхода больших количеств растворителя экстракцию проводят следующим путем.

К водному раствору вещества добавляют чистую поваренную соль до образования насыщенного раствора. В концентрированных растворах солей растворимость других веществ, особенно органических, заметно понижается, и, таким образом, удается достигнуть того же самого эффекта экстракции, применяя меньшие количества растворителя. Растворитель экономится при этом и за счет понижения его собственной растворимости в воде, что особенно важно в случае применения таких растворителей, как диэтиловый эфир, растворимость которого в воде довольно велика.

При проведении экстракции нужно взять за правило никогда не брать сразу больших количеств растворителя; лучше вести многократную экстракцию малыми порциями растворителя, чем сразу брать все количество его и проводить однократную экстракцию. Применяя одно и то же количество растворителя, в первом случае можно достичь более полной экстракции растворенного вещества, чем во втором. Если же поставить своей задачей довести экстракцию до одного и того же предела, то, работая по первому способу, можно взять значительно меньшее количество растворителя, чем во втором. В результате концентрация экстрагированного вещества в экстракте окажется значительно большей (что в ряде случаев имеет большое значение), а потерн растворителя – меньшими.

Экстракция из раствора может быть также проведена в приборах, аналогичных по принципу своего действия аппаратам Сокслета.

Экстрактор (рис.443) для экстрагирования жидкостей посредством растворителей с плотностью, большей плотности экстрагируемого вещества, присоединяют к колбе и к холодильнику. Через трубку, впаянную в стенку экстрактора, подают воздух для перемешивания жидкости, а в случае легкоокисляющихся веществ – инертный газ (обычно азот). Конец трубки соединен с фильтрующей пластинкой для более равномерного распределения вдуваемого газа.

Сифонная трубка 1 в отличие от сифонной трубки аппарата Сокслета в самой верхней точке имеет отверстие 2 или небольшой отросток, или же иногда – трехходовой кран (последний при работе экстрактора должен быть открыт).

Для проведения экстракции в экстрактор наливают столько жидкого растворителя, чтобы он покрывал пластинку. Поверх растворителя наливают до изгиба сифона подлежащий экстракции водный раствор. После этого нагревают колбу с чистым растворителем и, когда из холодильника начнет вытекать конденсирующаяся жидкость, пускают газ, который и проводит перемешивание. По окончании экстракции ток газа прекращают и закрывают открытый конец сифона или пальцем, или поворотом трехходового крана. Дают осторожно стечь тяжелому растворителю по сифону (отверстие закрыто) и, когда растворителя в эстракторе останется снова столько же, сколько было взято вначале, ток жидкости в сифоне прерывают, отнимая палец или соответствующим образом поворачивая трехходовой кран.

При работе с этим аппаратом требуется точность при спуске растворителя, так как из-за невнимательности можно выпустить в колбу не только растворитель, но и экстрагируемую жидкость.

Нужно также соблюдать предосторожность при пропускании газа, не давая очень сильной струи и регулируя ее так, чтобы перемешивание шло без бурления.

При помощи этого аппарата можно экстрагировать очень небольшое количество жидкости, что бывает необходимо при некоторых анализах органических веществ растительного происхождения (водные вытяжки) и при многих микроопределениях.

Как уже упоминалось, при работе со всеми экстракционными аппаратами для обогрева применяется преимущественно водяная баня и реже – другие способы нагревания.

Схема очень простого прибора для экстрагирования жидкости приведена на рис.444. В наружную пробирку 1 наливают раствор, из которого нужно извлечь то или иное вещество. Жидкости наливают столько, чтобы уровень ее очень ненамного не доходил до отверстия отводной трубки3. Во внутреннюю трубку 2 небольшой струей (можно из бюретки) наливают растворитель (плотность раство-рителя меньше плотности воды). Последний разбивается на мелкие капельки при прохождении через отверстия нижнего конца внутренней трубки, проходит через водный раствор и стекает через отводную трубку в приемник.

При работе с тяжелыми растворителями порядок работы изменяется. Тяжелый растворитель наливают в наружную пробирку так, чтобы уровень жидкости не доходил до отверстия отводной трубки, а рабочий раствор вводят через внутреннюю трубку. Он проходит через растворитель и поступает в приемник. Рабочий раствор можно пропустить через растворитель несколько раз, до того момента, пока не установится равновесие концентраций, что зависит от коэффициента распределения.

При необходимости можно собрать целую батарею из таких экстракционных аппаратов, расположив их по вертикали.

Удобное приспособление для экстрагирования жидкости жидкостью показано на рис.445. Оно пригодно для экстрагирования растворителем, имеющим большую плотность, чем водный раствор, из которого нужно извлечь то или иное вещество. Особенностью этого прибора является то, что пары растворителя, например хлороформа, конденсируются в обратном холодильнике 1 и образующаяся жидкость стекает через большое число трубочек, разбиваясь на капли. Эти капли падают дождем в экстрагируемую жидкость, чем увеличивается поверхность соприкосновения жидкостей и ускоряется экстрагирование. На дно экстрактора помещают слой стеклянной ваты 5 (так, чтобы было закрыто нижнее отверстие бокового отвода 7) для фильтрования экстракта; перед началом работы в экстрактор наливают растворитель, например хлороформ, в таком количестве, чтобы он покрывал фильтрующий слой и был бы выше его на 2 см.

Жидкость, подлежащая экстрагированию, должна зани-мать не более ¹/₃ объема экстрактора, чтобы при макси-мальном подъеме она не переливалась через пароотвод-ную трубку 6 и не доходила до отверстия в нижней части холодильника, через которое пары растворителя попадают в него.

Для экстрагирования жидкости жидкостью при ис-пользовании растворителя с меньшей плотностью, чем экстрагируемая жидкость, удобно применять прибор, изображенный на рис.446. Для тяжелых растворителей приме-няют прибор, показанный на рис.447.

Принцип действия этих приборов одинаков. Пары растворителя из колбы по пароотводной трубке экстрактора попадают в обратный холодильник и, конденсируясь, стекают в приемную трубку, в первом приборе доходящую до дна экстрактора, а во втором оканчивающуюся немного выше сливной трубки. На нижнем конце приемной трубки имеется расширение, в которое вплавлена сетка, вследствие чего растворитель проходит через слой жидкости раздробленным на мелкие капли, что способствует лучшему извлечению экстрагируемого вещества.

Экстрагируемую жидкость наливают в экстрактор до уровня, немного не доходящего до отверстия пароотводной трубки. Экстракт все время стекает навстречу пару. Продолжительность экстрагирования зависит от коэффициента распределения растворенного вещества между двумя жидкостями-растворителями. Если растворенное вещество окрашено, экстракт также окрашен, и по интенсивности его окраски определяют продолжительность экстрагирования. Если вещество бесцветно, то полнота экстрагирования определяется только временем, так как взять пробу жидкости из прибора трудно.