Scheidingstechnieken
Hoofdstuk 1: extractie
Vloeistof-vloeistofextractie
= verdeling component over twee niet-mengbare vloeistof fasen. Het overgaan
van component van de ééne fase naar de andere is gebaseerd op de
oplosbaarheid.
Bovenfase = Mobiele fase
Onderfase = Stationaire fase
Hoe de component A zich verdeeld over de 2 fasen, kan beschreven worden door
Sa
de verdelings- of distributiewet van Nernst. Ka= (K
Ma
verdelingsconstante van Nernst)
Ka = 1 : A lost in beide fasen even goed op
Ka > 1 : lost best op in S-fase
Wanneer men een mengsel heeft met 2 componenten A en B, kan men enkel een
goede scheiding hebben als Ka verschillend is van Kb. Is het verschil echter klein
opeenvolgende extracties
massa∈extractfase
Extractierendement= x 100
massa∈raffinaatfase
1 Vextract
Extractiefactor :ε = .
k Vraffinaat
ma(na Nstappen) 1
=
ma(begin) ( ε +1)N
Verschillende soorten
1. Extracties met water
a. Anorganische zouten, sterke zuren en basen
b. Polaire verbindingen zoals alcoholen, carbonzuren en amines
c. Organische verbindingen met minder dan 5C-atomen polair
2. Extracties met verdund zuur : 5-10% HCl
a. Basische componenten verwijderen (amines)
b. Basen worden omgezet tot kationische zoutverbindingen : RNH2 +
HClRNH3+ + Cl-
3. Extracties met verdunde base : verzadigd NaHCO 3 of 5% NaOH
a. Verwijderen zure componenten
b. Zuren worden omgezet tot anionische zoutverbindingen
c. pKa van carbonzuren is 5 zuur genoeg om door zwakke base
geprotoneerd te worden
1
, d. pKa van fenolen is 10 sterke base nodig om geprotoneerd te
worden
4. Extracties met verzadigde NaCl-oplossing = pekel
a. Polaire niet basische of niet zure verbindingen naar organische fase
brengen
b. Waterfase verzadigen met NaCl waterfase heeft hoge ionische
sterkte organisch materiaal zal nu liever naar minder polaire
organische fase willen verhuizen water in organische fase zal
liever naar waterfase gaan (drogen van organische fase)
5. Extracties met metaalchelator
a. Geladen complexen ( Fe(EDTA)-) lossen niet goed op in organische
solventen
b. Metaalionen van elkaar scheiden dmv extractie selectief 1 ion
complexeren met organisch ligand extraheren met organisch
solvent waarin wel oplosbaar
c. Organische liganden zijn : dithizone, 8-hydroxyquinoline en
cupferron.
i. Dithizone : oplosbaar in apolaire organische solventen +
onoplosbaar in waterige oplossingen pH<7. In basisch
waterige oplossingen vormt het een oplosbaar ion. Vormt rode
hydrofobe complexen met trivalente metalen, waardoor het
gebruikt kan worden voor de extractie van metaalionen.
d. Door pH te veranderen , kan ligand selectief complexeren met
specifiek metaalion.
e. Kroonethers = synthetisch component die metaalionen kunnen
complexeren in aanwezigheid van zuurstofatomen.
i. Fasetransfer = wateroplosbare ionaire reagentia complexeren
en overbrengen naar niet polaire (organische fase) waar het
kan reageren met
hydrofobe
bestanddelen.
Extractiemethodes
1. Discontinu of batch extractie
a. Eenvoudigste
b. Analytische doeleinden
c. Via scheitrechter
d. Herhaalde batch extracties bij Ka=1
2. Continue extractie
a. Vervangend voor herhaalde batch extractie
b. Extraherend solvent uit recipiënt gedestilleerd na condensatie in
de te extraheren fase stroomt. Het gedeeltelijk met component
2
, beladen solvent, stroomt terug in recipiënt, waar zuivere fase
gedestilleerd wordt en opnieuw door de te extraheren fase stroomt.
Solventen lichter dan water Solventen zwaarder dan water
In linkse buis bevindt zich de te In linkse buis bevindt zich de te
extraheren component (geel). extraheren component (geel).
In C bevindt zich het organisch In C bevindt zich het organisch
solvent, verwarmd. C verdampt en solvent, verwarmd. C verdampt en
komt via buis F in A waar het komt via buis F in A waar het
condenseert. B, diffusiebuis, tot aan condenseert. Solvent zakt door
bodem van G. Solvent C druppelt van waterfase naar beneden (G) en neemt
A in B naar bodem van G. het lichte de te extraheren component mee. B
solvent komt door de waterlaag naar zit niet in G. extractor zal niveau van
boven drijven en neemt de te buis E bereiken. Kraan D is geopend,
extraheren component mee uit solvent stroomt opnieuw in kolf C. De
waterfase. Via F drupt het te extraheren component blijft achter
extractiesolvent in C. in kolf.
Kraan D is gesloten.
Tegenstroomverdeling
= 2 niet mengbare vloeistoffen stromen in tegenovergestelde richting van elkaar.
Wordt uitgevoerd in een CCD (Counter Current Distribution Train), wat een
discontinue, geautomatiseerde extractietechniek is.
overgang tussen extractie en chromatografie
Werking :
Elke cel heeft een equilibratiebuis a & decantatiebuis d. a wordt via b half gevuld
met te scheiden mengsel opgelost in solvent S. Volume is zodanig klein dat bij
schudden (AB) het volume niet door d gaat. De lichtere M-fase, zal echter wel
bij schudden door e gaan.
De cel gaat van A naar B om de fasen te laten equilibreren. In B wordt het
schudden gestopt zodat er scheiding kan optreden. In C zal de lichtste (onderste)
3
, fase via c naar d gaan. Cel opnieuw
in stand A, oplossing met
component de cel verlaat via e. e is
verbonden met een nieuwe
equilibratiecel waar het proces
herhaald kan worden.
Werking in rij gekoppelde cellen :
Alle cellen vullen met onderste zwaarste fase (=solvent S)
Te scheiden componenten X en Y worden opgelost in solvent S in de eerste
cel.
M-fase wordt aan 1e cel toegevoegd.
o Schudden verdeling tussen X en Y
o Bovenste M-fase gaat naar volgende cel
Aan eerste cel, verse M-fase toevoegen
o Schudden verdeling tussen X en Y in beide cellen
K-waarde : mate van traagheid waarmee product door cellentrein loopt.
K>1 : product loopt traag want goed oplosbaar in S-fase
K<1 : product loopt snel mee met de M-fase
K=1 : Gaussiaans verloop (grafiek: hoeveelheid A op celnummer)
Vast-vloeistofextractie
Soxhlet extractie
Extraheren component uit vast product met organisch solvent : vet uit
voedingsstoffen via CCl4 of caffeïne uit thee met ethanol.
lang contact tussen vaste stof en solvent vereist.
Soxhlet apparaat zorgt voor een continu proces.
1: oplosmiddel
2 kolf
3 dampleiding
4 extractiebeker
5 extractiemateriaal
6-7 overloophevel
8 opzetstuk
9 koeler
10 water in
11 water uit
Oplosmiddel verwarmen in kolf waardoor het verdampt via
dampleiding 3 en in koeler 9 condenseert. Zuiver oplosmiddel drupt
in extractiebeker 4 met te extraheren materiaal 5. 4 en 5 kunnen
weken. Na een tijdje zal het te veel aan vloeistof overlopen via 6-7
naar de kolf. Oplosmiddel verdampt opnieuw en geëxtraheerde component blijft
in de kolf.
VOORWAARDE : te winnen bestanddeel goed oplosbaar en minder vluchtig dan
oplosmiddel.
4
Hoofdstuk 1: extractie
Vloeistof-vloeistofextractie
= verdeling component over twee niet-mengbare vloeistof fasen. Het overgaan
van component van de ééne fase naar de andere is gebaseerd op de
oplosbaarheid.
Bovenfase = Mobiele fase
Onderfase = Stationaire fase
Hoe de component A zich verdeeld over de 2 fasen, kan beschreven worden door
Sa
de verdelings- of distributiewet van Nernst. Ka= (K
Ma
verdelingsconstante van Nernst)
Ka = 1 : A lost in beide fasen even goed op
Ka > 1 : lost best op in S-fase
Wanneer men een mengsel heeft met 2 componenten A en B, kan men enkel een
goede scheiding hebben als Ka verschillend is van Kb. Is het verschil echter klein
opeenvolgende extracties
massa∈extractfase
Extractierendement= x 100
massa∈raffinaatfase
1 Vextract
Extractiefactor :ε = .
k Vraffinaat
ma(na Nstappen) 1
=
ma(begin) ( ε +1)N
Verschillende soorten
1. Extracties met water
a. Anorganische zouten, sterke zuren en basen
b. Polaire verbindingen zoals alcoholen, carbonzuren en amines
c. Organische verbindingen met minder dan 5C-atomen polair
2. Extracties met verdund zuur : 5-10% HCl
a. Basische componenten verwijderen (amines)
b. Basen worden omgezet tot kationische zoutverbindingen : RNH2 +
HClRNH3+ + Cl-
3. Extracties met verdunde base : verzadigd NaHCO 3 of 5% NaOH
a. Verwijderen zure componenten
b. Zuren worden omgezet tot anionische zoutverbindingen
c. pKa van carbonzuren is 5 zuur genoeg om door zwakke base
geprotoneerd te worden
1
, d. pKa van fenolen is 10 sterke base nodig om geprotoneerd te
worden
4. Extracties met verzadigde NaCl-oplossing = pekel
a. Polaire niet basische of niet zure verbindingen naar organische fase
brengen
b. Waterfase verzadigen met NaCl waterfase heeft hoge ionische
sterkte organisch materiaal zal nu liever naar minder polaire
organische fase willen verhuizen water in organische fase zal
liever naar waterfase gaan (drogen van organische fase)
5. Extracties met metaalchelator
a. Geladen complexen ( Fe(EDTA)-) lossen niet goed op in organische
solventen
b. Metaalionen van elkaar scheiden dmv extractie selectief 1 ion
complexeren met organisch ligand extraheren met organisch
solvent waarin wel oplosbaar
c. Organische liganden zijn : dithizone, 8-hydroxyquinoline en
cupferron.
i. Dithizone : oplosbaar in apolaire organische solventen +
onoplosbaar in waterige oplossingen pH<7. In basisch
waterige oplossingen vormt het een oplosbaar ion. Vormt rode
hydrofobe complexen met trivalente metalen, waardoor het
gebruikt kan worden voor de extractie van metaalionen.
d. Door pH te veranderen , kan ligand selectief complexeren met
specifiek metaalion.
e. Kroonethers = synthetisch component die metaalionen kunnen
complexeren in aanwezigheid van zuurstofatomen.
i. Fasetransfer = wateroplosbare ionaire reagentia complexeren
en overbrengen naar niet polaire (organische fase) waar het
kan reageren met
hydrofobe
bestanddelen.
Extractiemethodes
1. Discontinu of batch extractie
a. Eenvoudigste
b. Analytische doeleinden
c. Via scheitrechter
d. Herhaalde batch extracties bij Ka=1
2. Continue extractie
a. Vervangend voor herhaalde batch extractie
b. Extraherend solvent uit recipiënt gedestilleerd na condensatie in
de te extraheren fase stroomt. Het gedeeltelijk met component
2
, beladen solvent, stroomt terug in recipiënt, waar zuivere fase
gedestilleerd wordt en opnieuw door de te extraheren fase stroomt.
Solventen lichter dan water Solventen zwaarder dan water
In linkse buis bevindt zich de te In linkse buis bevindt zich de te
extraheren component (geel). extraheren component (geel).
In C bevindt zich het organisch In C bevindt zich het organisch
solvent, verwarmd. C verdampt en solvent, verwarmd. C verdampt en
komt via buis F in A waar het komt via buis F in A waar het
condenseert. B, diffusiebuis, tot aan condenseert. Solvent zakt door
bodem van G. Solvent C druppelt van waterfase naar beneden (G) en neemt
A in B naar bodem van G. het lichte de te extraheren component mee. B
solvent komt door de waterlaag naar zit niet in G. extractor zal niveau van
boven drijven en neemt de te buis E bereiken. Kraan D is geopend,
extraheren component mee uit solvent stroomt opnieuw in kolf C. De
waterfase. Via F drupt het te extraheren component blijft achter
extractiesolvent in C. in kolf.
Kraan D is gesloten.
Tegenstroomverdeling
= 2 niet mengbare vloeistoffen stromen in tegenovergestelde richting van elkaar.
Wordt uitgevoerd in een CCD (Counter Current Distribution Train), wat een
discontinue, geautomatiseerde extractietechniek is.
overgang tussen extractie en chromatografie
Werking :
Elke cel heeft een equilibratiebuis a & decantatiebuis d. a wordt via b half gevuld
met te scheiden mengsel opgelost in solvent S. Volume is zodanig klein dat bij
schudden (AB) het volume niet door d gaat. De lichtere M-fase, zal echter wel
bij schudden door e gaan.
De cel gaat van A naar B om de fasen te laten equilibreren. In B wordt het
schudden gestopt zodat er scheiding kan optreden. In C zal de lichtste (onderste)
3
, fase via c naar d gaan. Cel opnieuw
in stand A, oplossing met
component de cel verlaat via e. e is
verbonden met een nieuwe
equilibratiecel waar het proces
herhaald kan worden.
Werking in rij gekoppelde cellen :
Alle cellen vullen met onderste zwaarste fase (=solvent S)
Te scheiden componenten X en Y worden opgelost in solvent S in de eerste
cel.
M-fase wordt aan 1e cel toegevoegd.
o Schudden verdeling tussen X en Y
o Bovenste M-fase gaat naar volgende cel
Aan eerste cel, verse M-fase toevoegen
o Schudden verdeling tussen X en Y in beide cellen
K-waarde : mate van traagheid waarmee product door cellentrein loopt.
K>1 : product loopt traag want goed oplosbaar in S-fase
K<1 : product loopt snel mee met de M-fase
K=1 : Gaussiaans verloop (grafiek: hoeveelheid A op celnummer)
Vast-vloeistofextractie
Soxhlet extractie
Extraheren component uit vast product met organisch solvent : vet uit
voedingsstoffen via CCl4 of caffeïne uit thee met ethanol.
lang contact tussen vaste stof en solvent vereist.
Soxhlet apparaat zorgt voor een continu proces.
1: oplosmiddel
2 kolf
3 dampleiding
4 extractiebeker
5 extractiemateriaal
6-7 overloophevel
8 opzetstuk
9 koeler
10 water in
11 water uit
Oplosmiddel verwarmen in kolf waardoor het verdampt via
dampleiding 3 en in koeler 9 condenseert. Zuiver oplosmiddel drupt
in extractiebeker 4 met te extraheren materiaal 5. 4 en 5 kunnen
weken. Na een tijdje zal het te veel aan vloeistof overlopen via 6-7
naar de kolf. Oplosmiddel verdampt opnieuw en geëxtraheerde component blijft
in de kolf.
VOORWAARDE : te winnen bestanddeel goed oplosbaar en minder vluchtig dan
oplosmiddel.
4
