3__ekstrakcija

7/22/2019 3__ekstrakcija

http://slidepdf.com/reader/full/3ekstrakcija 1/82

1



2



3

• Ekstrakcija je metoda odvajanja koja se zasniva naraspodeli supstanci između dve faze koje se međusobno

ne mešaju.

• Ekstrakcija je vrlo efikasna, brza i popularna tehnikarazdvajanja (i koncentrovanja) supstanci.

• Primenjuje se za razdvajanja, kako supstanci prisutnihu vrlo niskim koncentracijama tako i za razdvajanjesupstanci u makro-količinama

• Koeficijent raspodele (distribucije) i odnos raspodele.



4

Koeficijent raspodele

Koeficijent raspodele je konstanta ravnoteţe koja opisujeraspodelu rastvorene supstance između dva rastvarača kojase međusobno ne mešaju.

A(aq) A(org)

aq

org

D А

А

K

- pogodno kada je supstanca prisutna samo u JEDNOM obliku



5

Odnos raspodele

Za samo odvajanje je vaţnije znati koliko je od ukupnorastvorene supstance ekstrahovano, nezavisno od toga u kojimse sve oblicima supstanca nalazi u svakoj od faza.

Odnos raspodele D izraţava odnos ukupnih koncentracija

supstance (u svim njenim oblicima) u dve faze

aq

org

c

cD

• zavisi i od vrste i od koncentracije svih supstanci u rastvoru kojesporednim reakcijama reaguju sa A.

• kada nema sporednih reakcija D=KD



6

Ekstrakcija jedne supstance.Stepen ekstrakcije.

Jednostruka i višestruka ekstrakcija

n(A)org = c(A)org · Vorg

n(A)aq = c(A)aq · Vaq

n(A) = n(A)org + n(A)aq

aq

org

c

cD







9



10

Višestruka ekstrakcija

Efikasnost ekstrakcije za svaki pojedini stepen izraţena je udelom supstance u svakoj od faza.

Tako će posle prve ekstrakcije udeo neekstrahovanesupstance koji zaostaje u vodenoj fazi biti

posle druge ekstrakcije

posle n-te ekstrakcije ...

1V

VD

1qq

aq

org

1

2

aq

org

2

12

1V

VD

1

qqqq



11

Udeo ukupnoekstrahovane = p+ p·q+ p · q2+... + p · qn-1 = 1-qn = 1-qn supstance

broj ekstrakcija n se pojavljuje u eksponentu,njegov uticaj na stepen ekstrakcije je mnogo veći od uticajazapremine organskog rastvarača, pa će višestruka ekstrakcijauz istu ukupnu zapreminu organskog rastvarača biti mnogoefikasnija od jedne ekstrakcije

Iz datih relacija moţe se izračunati i broj ekstrakcijapotrebnih da se postigne određeni stepen ekstrakcije.

qn=qn

log qn=n log q

n = log qn / log q







14

Ekstrakcija izmedju faza

Jednostavna ekstrakcija se upotrebljava kada komponente imajupovoljne odnose raspodele (D). Nekoliko separacionih tehnika je zasnovano na jednostavnoj

ekstrakciji uključujući: tečno-tečno, tečno-čvrstu, čvrsto-tečnui gas-čvrstu ekstrakciju.

.Tečno-tečna ekstrakcija (LLE)

Pri izboru rastvarača treba imati u vidu nekolikovaznih principa

Ekstrakcija se izvodi pomoću levkova za odvajanje.

(što je levak izduženiji, treba više vremena zarazdvajanje slojeva)



15

Rastvor iz koga se vrši ekstrakcija sipa se u levak zaodvajanje sa zatvorenom slavinom, potom se sipa određenazapremina rastvarača kojim se vrši ekstrakcija

Optimalno je da levak bude napunjen do 3/4 svojezapremine.

Levak i njegov sadržaj treba intenzivno mućkati

Cilj je da se postigne što veća dodirna površina između dve

faze da bi se omogućio prelazak supstance između faza. Neophodno je u kraćim intervalima otvarati slavinu levka da

bi se pritisak unutar levka izjednačio sa atmosferskimpritiskom.

Zatim levak se odloži uspravno na stalak sa zatvornom

slavinom na dole, i ostavi se da se slojevi razdvoje. Kada se slojevi razdvoje, slavina se otvori da bi se donji

sloj ispustio u stakleni erlenmajer, a zaostali gornji sloj udrugi erlenmajer.





17









21

Razdvajanje i koncentrovanje katjona metala u vodenimrastvorima

- problem: voda mora da se kombinuje sa organskimrastvaračima

- helatni kompleksi metala: helatni ligandi su obično u vodenim

rastvorima slabe kiseline, zato su rastvorni u vodi.- kada nagrade helatni kompleks, dobija se proizvod koji je

“zasićen” pa samim tim i nerastvoran u vodi

- ekstrakcija Pb2+ iz vodenih rastvora rastvorom ditizona uugljentetrahloridu



22



23



24

- Protivstrujna (countercurrent) ekstrakcija

- primenjuje se kada treba da se razdvoje dve rastvorene

supstance koje imaju nepovoljan odnos konstanti- postupak uzastopnog uvođenja

svežih (čistih) “porcija” donje igornje tečne faze

- supstance se raspodeljuju tj.“putuju” različitim brzinama,slično hromatografiji

http://www.chem.uoa.gr/applets/AppletCraig/Appl_Craig2.html





25

Ekstrakcija iz čvrste faze (SPE)

- uzorak mora da bude u tečnom stanju

- primena sile gravitacije; pritiska; vakuuma



26

Aktivna supstanca moţe da bude ZADRŢANA dok se

ometajuće supstance iz matriksa ispiraju kroz sorbent.

Aktivna supstanca moţe da bude PROPUŠTENA dok se

ometajuće supstance zadrţavaju na sorbentu.

Brzina protoka 25 mL/min



27



28

- normalno fazna

- jonska izmena



29



30

• VISOKI I REPRODUKTIVNI ODGOVORI ZAKISELE, BAZNE I NEUTRALNE ANALITE.

• USPEŠNO IZOLOVANJE komponenti lekova imetabolita iz bioloških materijala

•MOGU SE ODREĐIVATI VELIKE ZAPREMINEUZORKA.

• BRZA I JEFTINA METODA



31

- reversno-fazno pakovanje

- normalno- fazno pakovanje

- pakovanje za jonsku izmenu

- adsorpciono pakovanje





33

Oblast: zaštita ţivotne sredine Uzorak: eksplozivi ( RDX, 1,3,5-TNB, NB,2,4,6-TNT,2,4-DNT) Matrix: voda Kolone za ekstrakciju: BAKERBOND SPE Oktadecil (C18), 6mL Bezbedni i zaštitni pribor: zaštitne naočare,mantil ,kapuljača,

zaštitne rukavice, aparat za gašenje poţara. Priprema uzorka: dodati 150 g NaCl u 500 mL uzorka i rastvoriti;

podesiti pH na 6 Priprema kolona: pripremiti kolonu sa 2x3 mL metanola, zatim sa

2x3 mL vode HPLC čistoće.Ne sušiti kolone. Dodavanje uzorka/ispiranje: dodati 5 mL uzorka u kolonu.

Povezati rezervoar zapremine 75 mL za adapter. Spirati ostatkeuzorka sa 1 mL vode HPLC čistoće. Priključiti na Eluiranje uzorka: eluirati sa 2x1 mL metanola Analitička metoda: HPLC Reference: D.Knothe,Environmental System.Pensacola

Ekstrakcija eksploziva iz vode



34

POREĐENJE LLE I SPE

LLE

200 - 500 ml rastvarača

mućkanje/ kontinualni proces

gradi se emulzija

niska slektivnost

1 - 2 sata / uzorku

2 - 20 ml rastvarača

proces ceđenja

ne gradi se emulzija

visoka selektivnost (adsorbent)

10 - 20 min. / uzorku

SPE disk



35

Quick Easy Cheap Effective Rugged Safe

Primena: Određivanje sadržaja pesticida u uzorcimahrane

- visok odgovor (ricavery)

- velika tačnost

- visoka propustljivost uzorka

- minimalna upotreba rastvarača

- niska cena; “jednostavno posuđe”

Brzo lako Jeftino Efektivno Robusno Sigurno



36





38



39

Poređenje sa tečno-tečnom ekstrakcijom (LLE)

• brţa priprema uzorka – kraće za 2/3 • niţa cena – manji utrošak reagenasa (manji opasniotpad)

• povećan odgovor – minimalno prenošenje uzorka • veća tačnost – nema unakrsnog zagađenja

• nema problema sa građenjem emulzija

• minimalno isparavanje• smanjeno izlaganje osoblja i posuđa uzorcima

• olakšana automatizacija



40Npr. sedativi mogu biti izolovani iz seruma čvrsto-tečnom ekstrakcijomupotrebom adsorbensa C-18





42



43





45





47

SPME je jedinstvena tehnika za pripremu uzorka koja potpuno

eliminiše probleme koji se javljaju pri ekstrakciji zbog

primene organskih rastvarača. Nisu potrebni rastvarači, kaoni sloţena aparatura.

SPME ima rasprostranjenu primenu kao tehnika izbora kod

određivanja sadrţaja različitih aditiva i kontaminanata uhrani, forenzičkih i toksikoloških određivanja, zaštiti ţivotnesredine, analize bioloških matriksa, organskih isparljivihsupstanci u farmaceutskim preparatima.





49



50Hui Juan Zhang, Jing Fang Huang, Hong Wang,Yu Qi Feng, Analytica Chimica Acta 565 (2006)







53

Prirodni proizvodi



54

GAS-ĈVRSTO EKSTRAKCIJA (GSE)

Uzorak se propušta kroz pakovanje u kome se nalazičvrsti adsorbent. Ova tehnika se koristi za određivanjeugljenika i vodonika u organskim jedinjenjima

(adsorpcija gas u čvrsto)

Uzorak se sagori u protočnoj struji kiseonika i gasovitiproizvodi sagorevanja se propuštaju kroz kolonu čvrstogadsorbensa (adsorpciona cev) koji uklanja CO2 i H2O.

sublimacija (čvrsto u gas)

zamrzavanje – sušenje (čvrsto u gas)



55

Postoje tri vrste postupaka razdvajanja zasnovana na

ranoteţama između rastvarača koji se međusobno ne mešaju:

jednostavna,kontinualna (iscrpna) i

diskontinualna (protivstrujna) ekstrakcija.

Vrste ekstrakcionih postupaka



56

Jednostavna ekstrakcija

brza i kvantitativna kada je odnos raspodele jedne odkomponenata u smeši relativno povoljan (reda veličine5-10 i više), a druge komponente nepovoljan (manji od0,001).

Diskontinualna (protivstrujna) ekstrakcija

odvija se po protivstrujnoj šemi u kojoj se raspodela

između svežih porcija obeju faza odigrava u nizuposebnih stupnjeva (omogućava odvajanje komponenata

skoro istih vrednosti odnosa raspodele)

K ti l k t k ij ć d j j



57

Kontinualna ekstrakcija omogućava razdvajanjekomponenata smeše koje imaju relativno nepovoljne odnoseraspodele (manje od 1) od onih čiji se odnosi raspodele

približavaju 0.

U osnovi, metoda se sastoji u kontinualnom izlaganjumaterijala iz kojeg se vrši ekstrakcija dejstvu rastvaračakojim se vrši ekstrakcija.

Kontinualni prolaz rastvarača obezbeđuje se njegovimregenerisanjem, destilacijom iz prihvatnog balona u kome seskuplja ekstrakt sa rastvaračem.

Najčešće se vrši ekstrakcija čvrstog materijala, a odaparatura najčešće se koristi Sokshletova aparatura zakontinualnu ekstrakciju.









61



62



63



64

Superkritična ekstrakcija (SFE) se zasniva na činjenici dase blizu kritične tačke osobine rastvarača drastično

menjaju samo laganom promenom pritiska.

-KADA SE ANALIZIRANI MATERIJAL DOVEDE UKONTAKT SA SUPERKRITIĈNIM FLUIDOMISPARLJIVE SUPSTANCE PRELAZE U NJEGA.

-TAKAV FLUID SE ODVAJA OD ANALIZIRANOGMATERIJALA.

-EKSTRAHOVANA KOMPONENTA SE POTPUNO

ODVAJA OD FLUIDA POMOĆU TEMPERATURE I/ILIPRITISKA. SAM FLUID SE NAKON REKOMPRESIJERECIKLIRA NA POĈETAK CIKLUSA.

Primena u proizvodnji cigareta bez nikotina





66



67

PREDNOST



68

PREDNOST

Moć rastvaranja SCF je lako kontrolisati pomoćupritiska i temperature

SCF se lako regeneriše iz ekstrakta zahvaljujućinjegovoj rastvorljivosti

Ne ostavlja štetne ostatke (rezidue)

Komponente sa visokom tačkom ključanja se ekstrahujuna relativno niskim temperaturama

Ekstrakcije koje nisu moguće klasičnim organskimrastvaračima veoma lako se sprovode pomoću SCF

Termo-labilne komponente se ekstrahuju sa veoma malimgubicima, jer se ekstrakcija moţe uraditi na niţimtemperaturama

-smanjuje se upotreba heksana i metilenhlorida (štetni!)





70

NEDOSTATAK

Zahteva se visok pritisak.

Kompresija rastvarača zahteva razvijanje postupka

njegove reciklaţe radi smanjenja uloţene energije icene.

Početno visoko ulaganje u opremu.



71

Izbor rastvarača za SFE je sličan kao kod običneekstrakcije!

Dobra sposobnost rastvaranja

Inertnost prema proizvoduLako odvajanje od proizvoda

Niska cena







74

►CO2 je najšire primenjivan fluid u SFE zbog niskihparametara kritične tačke (31,1oC, 73,8 bar), niske cene i ne-

toksičnosti

►

drugi široko primenljivi je VODAnjena prednost je u tome što iznad njene kritične tačke

(374oC, 218 atm) postaje odličan rastvarač za organskekomponente i veoma loš rastvarač za neorganske komponente.Ova osobina daje mogućnost primene istog rastvarača zaekstrakciju neorganskih i organskih komponetni jednom zadrugom.



PRIMENA U HEMIJI PRIRODNIH PROIZVODA



76

PRIMENA U HEMIJI PRIRODNIH PROIZVODAI HEMIJI HRANE

• dekofeinizacija kafe i čaja

• uklanjanje nikotina iz duvana

• dealkoholizacija napitaka

• ekstrakcija komponenti hmelja u proizvodnji piva

• ekstrakcija etarskih ulja (kamilica, ţalfija, valerijana i dr. • dobijanje ulja iz semena biljaka

• detekcija i uklanjanje pesticida iz hrane

Interesantni primeri visoke selektivnosti



77

Interesantni primeri visoke selektivnosti

Izolovanje alkaloida vindolina iz biljke Catharanthus

roseus , iz smeše od oko 100 alkaloida N

Vindoline

N

H

H3C

R = OCH

R

CH3

O

O

CH3

OHH

O

OCH3

Selektivno uklanjanje kofeina iz lišća zelenog čaja bez izolovanjadrugih biološki aktivnih komponenti(polifenol, epigalokatehin galat)

OHO

OH

O

OH

OH

OH

OOH

OH

OH





79

PRIMENA U FARMACIJI

• razdvajanje enantiomera određenih farmakološkiaktivnih supstanci

• primena superkritičnih fluida u različitim segmentimafarmaceutske industrije, koja ne uključuje ekstrakciju

PRIMENA U ZAŠTITI ŢIVOTNE SREDINE



80

• uklanjanje teških metala iz ţivotne sredine

• princip: kompleksiranje jona metalaodgovarajućim helirajućim agensom, a zatim sledi SCFE

• uklanjanje organskih zagađivača(PAH, PCB i dr.)





Documents

3__ekstrakcija