ЭКСТРАГИРОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
Экстрагирование твердых веществ является довольно-распространенной операцией. В зависимости от характера вещества, которое должно быть извлечено, примеияют или холодный растворитель (холодное экстрагирование), или горячий растворитель (горячее экстрагирование). Последнее бывает необходимым в случае экстрагирования веществ, набухающих перед растворением или плохо растворимых в холодном растворителе.
Холодное экстрагирование
Экстрагирование водой или водными растворами. Вода является одним из важнейших растворителей для большой группы неорганических и органических веществ. Кроме чистой воды, иногда применяют в качестве растворителей водные растворы кислот, щелочей или различных солей. Экстрагирование твердых веществ водой или водными растворами часто называют выщелачиванием.
Обычно водную экстракцию или выщелачивание проводят в стеклянном или фарфоровом стакане. Чем труднее или меньше растворяется извлекаемое вещество в воде, тем больше должно быть отношение «растворитель; твердое вещество» (ж : т), чтобы больше извлечь за один прием. После добавления воды или водного раствора необходимо некоторое время перемешивать смесь или механизированным путем (см. гл. 8 «Растворение»), или просто стеклянной палочкой. Затем, прекратив перемешивание, жидкости дают отстояться. Отстоявшуюся чистую жидкость сливают при помощи стеклянной палочки в воронку на фильтр. Воронку вставляют в заранее заготовленную посуду (приемник). Сливать нужно так, чтобы экстрагируемое вещество по возможности не попадало на фильтр. Пусть лучше над твердым веществом останется небольшой слой жидкости. После этого оставшуюся массу снова заливают растворителем и повторяют операцию до полного извлечения нужного вещества. Окончание экстракции определяют по специфической реакции на извлекаемое вещество. Одну-две капли фильтрата из конца воронки помещают на часовое стекло и добавляют нужный реактив. Если проба дает положительную реакцию — выщелачивание продолжают. Если же проба будет отрицательной — выщелачивание заканчивают. В лабораторных условиях можно создать батарею для выщелачивания. Для этого берут несколько стаканов, помещают в них твердое вещество, подлежащее выщелачиванию, и в каждый стакан вставляют воронку (вставлять в воронку фильтр в данном случае нет необходимости). Воду или водный раствор наливают в первый стакан, перемешивают и дают отстояться. После от» стаивания жидкость из первого стакана переливают во второй, а в первый наливают свежий растворитель. Из второго стакана подобным же образом раствор тревб* дят в третий и т. д., из первого снова во второй и т. д. Жидкость из последнего стакана сливают в приемник через воронку с фильтром. Таким путем удается получить более концентрированный раствор экстрагируемого вещества. Такое выщелачивание называют противо» точным.
Для ускорения процесса вместо длительного отстаива» ния жидкость можно отсосать при помощи вакуум-насоса ' или при помощи «фильтровальных палочек». Или же, рас» положив стаканы ступенчато по высоте, жидкость можно сливать при помощи сифонных трубок. Таким путем процесс несколько автоматизируется. На рис. 434 показана схема прибора подобного рода. При работе на дно каждого сосуда около сливной трубки помещают слой фильтрующего материала, например стеклянную вату, длинноволокнистый асбест и пр.
Иногда для экстрагирования из твердых веществ применяют делительные воронки, однако для экстраги-рорания из тонко измельченных веществ они очень неудобны.
Когда приходится выщелачивать плав, полученный в тиглях при проведении некоторых химических анализов, можно пользоваться приспособлением, показанным на рис. 435. Из стеклянной палочки изготовляют крючок, одним концом которого зацепляют тигель с плавом, а другим — стенку стакана. В стакан наливают жидкость,
в которой должен раствориться плав (например, воду или раствор кислоты), и закрывают часовым стеклом. Приспособление оставляют стоять до тех пор, пока весь плав не растворится. Если нужно, проводят постоянное подогревание, поместив стакан на водяную баню или просто в горячую воду, налитую в фарфоровую чашку.
При таком закреплении тигля (см. рис. 435) раствор можно не перемешивать, так как около плава возникают конвекционные токи, создаваемые разностью плотностей жидкости у поверхности сплава (насыщение) и верхними слоями ее; образовавшийся более насыщенный раствор опускается на дно, а менее насыщенный — подходит к плаву.
Экстрагирование органическими растворителями.
В этом случае применяют так называемый аппарат Сокслета (рис. 436). Аппарат состоит из трех частей; колбы, экстрактора и холодильника, обычно шарикового. Все части аппарата соединяются при помощи шлифов. Каждый аппарат обязательно снабжен запасной колбой.
Основной частью аппарата является экстрактор (рис. 437), верхняя (широкая) часть его соединяется с колбой двумя трубками: одной более широкой, через которую пары жидкости поступают в экстрактор, и изогнутой трубкой (сифоном), служащей для стока сконденсированной жидкости.
Рис. 436. Группа аппаратов Сокслета для экстрагирования.
Рис. 437. Экстрактор для аппарата Сокслета.
Принцип, на котором основано устройство аппарата Сокслета, очень прост. Пары какой-либо жидкости, поступая через боковую трубку в экстрактор, сгущаются в холодильнике, и образовавшаяся жидкость поступает в широкую часть экстрактора, где помещается вещество, из которого нужно что-либо экстрагировать. Когда уровень жидкости достигнет уровня колена отводной трубки, жидкость по последней стекает в колбу.
При этом происходит постепенно растворение вещества и оно вместе с растворителем поступает в колбу, где его накопляется все больше и больше, причем количество жидкости практически не изменяется. Это позволяет ограниченным объемом растворителя извлечь неограниченное количество экстрагируемого вещества, так как оно все время обрабатывается чистым растворителем.
Аппараты Сокслета устанавливают обычно по нескольку штук в специальной водяной бане с определенным числом гнезд для колб. Аппарат можно также установить и отдельно на обычной бане, укрепив экстрактор и холодильник на одном штативе.
Работа с аппаратом Сокслета очень несложна и требует только осторожного обращения с экстрактором при сборке и разборке аппарата.
При проведении экстракции прежде всего плотно соединяют колбу и экстрактор, потом в экстрактор вводят экстрагируемое вещество, плотно завернув его в чистую фильтровальную бумагу и перевязав чистой ниткой. В продаже имеются специальные патроны, в которые помещают экстрагируемое вещество. Затем в экстрактор наливают растворитель до тех пор, пока он-не начнет стекать через отводную трубку в колбу; добавляют еще половину объема налитого растворителя, присоединяют к экстрактору холодильник и пускают в него воду; проверяют плотность соединения отдельных частей аппарата, прочность их прикрепления к штативу и после этого начинают нагревание.
Если извлекаемое вещество окрашено, то и раствор его окрашен и конец экстрагирования определяется тем моментом, когда жидкость в экстракторе станет бесцветной. После того как жидкость стечет еще два-три раза, операцию кончают, обогрев бани прекращают и аппарату дают остыть. В тех случаях, когда экстрагируемое вещество бесцветно, приходится обращать внимание на продолжительность операции, ведя ее достаточно долгое время и учитывая растворимость экстрагируемого вещества в растворителе.
Или же поступают так: стеклянную трубку подходящей длины, имеющую узкий внутренний диаметр, опускают через холодильник в экстрактор. Пальцем закрывают верхний конец трубки и вынимают ее. Захваченную часть раствора выливают на часовое стекло и выпаривают. Если после испарения растворителя на стекле не будет какого-либо матового пятна или остатка, экстракцию можно считать законченной.
Окончание экстрагирования бесцветных веществ можно определять также путем измерения коэффициента преломления (рефракции) вначале чистого растворителя (перед началом перегонки), а затем экстракта. В конце экстрагирования коэффициент рефракции растворителя должен быть или близок или равен коэффициенту рефракции чистого растворителя.
При разборке аппарата прежде всего закрывают воду, затем осторожно снимают холодильник; отнимают экстрактор и дают стечь из него остаткам жидкости в колбу, для чего экстрактор наклоняют так, чтобы жидкость переливалась через отводную трубку.
Содержимое колбы (экстракт) переливают в другой, заранее приготовленный сосуд, колбу ополаскивают чистым растворителем и эту обмывочную жидкость сливают с экстрактом. Чтобы выделить экстрагированное вещество, растворитель отгоняют. Эту операцию проводят обычным путем, т. е. монтируют прибор, состоящий из колбы Вюрца,, холодильника и приемника. Колбу Вюрца нагревают на водяной бане, отгоняющийся растворитель собирают в приемник (растворитель можно использовать снова). Когда растворитель отогнан, выделенное вещество переводят из колбы Вюрца в приготовленный сосуд.
Экстрагирование нужно проводить только чистым растворителем; никогда нельзя брать технический продукт, так как в этом случае экстрагируемое вещество неизбежно загрязнится.
При экстрагировании петролейным эфиром или бензином следует брать продукт, кипящий при какой-нибудь определенной, известной температуре или же в известных пределах ее. Например, петролейный эфир имеет температуру кипения в пределах 30—50, 40—60, 50—70, 60—8O 0C
Рис. 438. Схема видоизмененного аппарата Сокслета: 1 — сифонная трубка, 2 — пальчиковый холодильник: 3 — пароотводная трубка.
Аппарат Сокслета усовершенствовался не один раз. Одна из удачных форм приведена на рис. 438. Этот аппарат имеет удлиненный экстрактор, причем в среднюю открытую часть его вставлен холодильник особой конструкции (пальчиковый).
Трубки для ввода и вывода воды из холодильника поставлены почти вертикально, что представляет большое удобство при сборке батареи экстракторов. Конструкция холодильника имеет особенное значение. Пальчиковый холодильник удобен тем, что предотвращает потерю растворителя в результате испарения, что неизбежно происходит при открытых шариковых холодильниках. Кроме того, охлаждение паров растворителя происходит более интенсивно, так как поверхность охлаждения велика и образована не только внутренней стенкой, охлаждаемой водой, но и наружной, охлаждаемой воздухом.
Холодильник может быть подвешен на звонковой проволоке пли веревке, и при разборке аппарата его можно поднимать вверх. То лее самое может быть проделано и при внесении патрона или образца, подлежащего экстракции, или же для введения растворителя.
Экстрактор вставляют в колбу от аппарата Сокслета (на рис. 439 не показана). В таком аппарате экстракция может проводиться по 3—4 дня без всякого наблюдения и без добавления растворителя. С обычным аппаратом Сокслета работать таким образом нельзя.
Было предложено много аппаратов для лабораторного экстрагирования твердых веществ. Большинство из них являются или упрощенными, или усложненными вариациями аппарата Сокслета.
см. также