Fest-Flüssig-Extraktion

Quelle: Labor von Dr. Jay Stammtisch – City University of New York

Die Extraktion ist ein entscheidender Schritt für die meisten chemischen Analysen. Damit verbundenen entfernen der Analyten aus der Probenmatrix und übergeben Sie ihr in die Phase für spektroskopische und chromatographische Identifizierung und Quantifizierung erforderlich. Wenn die Probe eine solide ist und die erforderliche Phase für die Analyse eine Flüssigkeit ist, nennt man der Prozess fest-flüssig-Extraktion. Eine einfache und allgemein geltende Form der fest-flüssig-Extraktion mit sich bringt, kombiniert der Feststoff mit einem Lösungsmittel in dem Analyten löslich ist. Durch Erregung, die Analyten Partitionen in der flüssigen Phase kann die dann aus dem vollen durch Filtration abgetrennt werden. Die Wahl des Lösungsmittels muss basierend auf der Löslichkeit des Analyten Ziel und auf das Gleichgewicht von Kosten, Sicherheit und Umwelt erfolgen.

Extraktion verwendet die Eigenschaft der Löslichkeit eines gelösten Stoffes von einer Phase zu einer anderen Phase zu übertragen. Um eine Extraktion durchzuführen, muss der gelöste Stoff eine höhere Löslichkeit in der zweiten Phase als in der ursprünglichen Phase. In flüssig-flüssig-Extraktion ist ein gelöster Stoff zwischen zwei flüssigen Phasen, in der Regel eine wässrige und eine organische Phase getrennt. Im einfachsten Fall drei Komponenten beteiligt sind: der gelöste Stoff, der Trägerflüssigkeit und das Lösungsmittel. Die erste Mischung, mit der gelöste Stoff in der Trägerflüssigkeit gelöst wird mit dem Lösungsmittel gemischt. Beim Mischen, wird der gelöste Stoff aus der Trägerflüssigkeit auf das Lösungsmittel übertragen. Die dichtere Lösung setzt sich nach unten. Die Lage des gelösten Stoffes hängt von den Eigenschaften der Flüssigkeiten und der gelöste Stoff.

Fest-flüssig-Extraktion ist flüssig-flüssig-Extraktion, ähnlich, außer dass der gelöste Stoff in einer festen Matrix, anstatt in einer Trägerflüssigkeit dispergiert wird. Die feste Phase, mit der gelöste Stoff ist im Lösungsmittel und gemischte verteilt. Der gelöste Stoff aus der festen Phase, das Lösungsmittel extrahiert, und die feste Phase wird dann durch Filtration entfernt.

In diesem Video wird ein Beispiel für die fest-flüssig-Extraktion-Technik zeigen, die Gewinnung von organische Rückstände aus dem Boden dargestellt werden. Die illustrierte fest-flüssig-Extraktion mit sich bringt Kombination der Probe mit n-Hexanes gefolgt von Agitation mit Ultraschall, Filtration, Entfernung von Restwasser durch Trocknung über CaCl₂und Vorkonzentrierung unter flüssigen Stickstoff. Die als vorbereitete Probe ist dann bereit für die Analyse durch eine Reihe von spektroskopischen und chromatographischen Methoden.

(1) Gewinnung von adsorbierten organischen Stoffen aus Böden

1. 20 g des Bodens in einer sauberen, trockenen breit-Mund Pyrex Schale im Backofen 50 ° C und mindestens 12 Stunden trocknen. Nach dem Trocknen den Boden aus Pyrex Schale zu entfernen und zu einer einheitlichen Pulver mit einem Mörser und Stößel zermahlen. Wiegen Sie 5,00 g des Bodens und legen Sie sie in einem sauberen, trockenen Rundboden Flasche (100 mL Größe). Hinzufügen der Flasche 15 mL n-Hexan. Kolben in ein Ultraschallbad und 60 min beschallen.

2. Trennung von Extrakt und Boden

1. Bereiten Sie einen Büchner-Trichter mit analytischer Filterpapier. Das Filterpapier mit 1 mL nnass-Hexanes und Vakuumfiltration beginnen. Gießen Sie der Inhalt des Kolbens Rundboden langsam über das Filterpapier. Die Büchner-Flasche enthält nun die n-Hexanes mit den organischen Stoffen aus dem Boden gewonnen. Der Filter behält die abisolierten Boden Feststoffe.

3. Reinigen Sie und Vorkonzentrierung

1. Wenn das n-Hexan Lösung ist bewölkt, es gibt Restwasser. Zum Trocknen der n-Hexan Lösung eines Spatels CaCl₂hinzufügen. Schwenken Sie die Lösung und für ein Minimum von 15 min beobachten. Wenn die Lösung immer noch bewölkt ist und/oder alle CaCl₂ verklumpt ist, gibt es noch Restwasser und Schritt 3.1 sollte wiederholt werden. Wenn die Lösung lichtdurchlässig ist und CaCl₂ ist frei fließend, wiederholen Sie Schritt 3.1 nicht ein. Sobald eine klare Lösung erreicht worden ist, trennen Sie die Hexanes von CaCl₂ mit Schwerkraft Filtration. Wenn die Extrakt-Konzentration zur Erkennung ausreicht, können die gefilterten Hexanes in einem sauberen, trockenen Kolben für Speicherung und späteren Analyse übertragen werden. Wenn Extrakt Konzentration niedrig im Vergleich zu der Nachweisgrenze liegt, übertragen Sie die gefilterte Hexanes in einem sauberen, trockenen drei-necked Rundboden Flasche, 100 mL Größe. Legen Sie einen Gummistopfen in Mitte Hals der Flasche und ein Gummiseptum über einen der anderen Hälse. Lassen Sie den dritte Hals offen. Durchbohren Sie der Gummiseptum und stellen Sie einen Stickstoff-Fluss durch den Kolben. Der Stickstoff sollte in den Raum über der Lösung, nicht sprudeln durch die Lösung fließt. Der Extrakt kann jetzt vorab durch strömende konzentriert werden Stickstoff, um überschüssiges Lösungsmittel verdunsten. Die Probe ist nun bereit für die Analyse.

Eine Bodenprobe wurde gesammelt aus einer Industriebrache in Sewickley Pennsylvania, ähnlich wie in Abbildung 1. Brachflächen, sind definiert durch die United States Environmental Protection Agency (US EPA), Immobilien, wo die Erweiterung, Sanierung oder Wiederverwendung durch das mögliche Vorhandensein von gefährlichen Verunreinigungen kompliziert sein kann. Der Boden wurde aus der Industriebrache mit einem Boden-Sampler gesammelt, wie in Abbildung 2.

Die Schadstoffemissionen von Interesse in diesem Experiment wurde Atrazin (Abbildung 3); eine gemeinsame Organochloride Herbizid. Sobald die organischen Bestandteile des Bodens extrahiert und konzentriert waren, wurden sie mit einem Flammenwächter Ionisation (GC-FID) von Gaschromatographie analysiert. Die GC-Analyse erfolgte nach einem Shimadzu 14A-GC (Detektor: FID) ausgestattet mit Split/splitless Injektor und einer Kapillare CBP-10-Spalte (30 m × 0,22 mm i.d.). Die Säulentemperatur wurde zuerst bei 150 ° C eingestellt und dann von 150 bis 230 ° C mit einer Rate von 5 ° C / Min. programmiert. Der Injektor Temperatur 250 ° C und die Detektor-Temperatur betrug 260 ° C. Injektionen wurden mit splitless Modus durchgeführt. Trägergas Helium wurde mit einer konstanten Rate von 1 mL/min eingesetzt. Atrazin Konzentration wurde anhand Atrazin standard Konzentrationen, wie in Abbildung 4dargestellt. In diesem Fall war die ungefähre Atrazin-Konzentration in der Brachfläche studierte 2 mg von Atrazin pro kg des Bodens.

Abbildung 1. Brachfläche im Sewickley, PA.

Abbildung 2. Kontaminierten Boden gesammelt, mit einem Boden-Sampler.

Abbildung 3. Chemische Struktur der Organochloride Atrazin.

Abbildung 4. Gas-Chromatogramm der Bodenprobe mit Atrazin. Einschub: Atrazin Normen.

Das allgemeine fest-flüssig-Extraktionsverfahren gilt für eine Reihe von Feldern aus Umweltüberwachung (in diesem Video gezeigt), Kosmetik- und Lebensmittelindustrie. Entscheidend ist, ein Lösungsmittel auszuwählen, die den Analyten effektiv löst. Mit minimalen Änderungen in Lösungsmittel kann Vorbereitung Beispielmethode in diesem Video verwendet werden, um irgendwelche einer breiten Palette von schwerflüchtige Umweltkontaminanten dieser Partition vor allem auf Böden und Schlämmen zu extrahieren.

Beispiele für solche Semivolatiles sind viele Schadstoffe wie Pestizide, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und polychlorierten Biphenylen (PCB). Wegen der möglichen gesundheitlichen Auswirkungen dieser Moleküle, Identifizierung und Quantifizierung dieser Arten von akademischem Interesse ist, und auch weit verbreitet in der Umwelt-consulting-Branche und Behörden. Die EPA unterhält Kompendien des genehmigten analytische und sampling Methoden zur Identifizierung und Quantifizierung von möglichen Schadstoffen. Die Methode in diesem Video gezeigt veranschaulicht die grundlegenden Prinzipien in EPA Methode 3550C, enthalten die Ultraschall-Extraktion von Semivolatiles und Nonvolatiles von Feststoffen beschreibt. ¹ EPA Methode 3550 C gehört zu den Extraktionsmethoden referenziert in EPA-Methode 8081B, die GC-Analyse von chlororganischen Pestiziden beschreibt. ² die meisten EPA genehmigten Methode Dateien sind in der Annahme geschrieben, dass der Analytiker erhebliche Vorkenntnisse hat. Somit gewinnt Vertrautheit mit den grundlegenden Eigenschaften der Probe Vorbereitung Aids im Anschluss an der EPA-Methoden.

Die Verwendung von einer Soxhlet-Apparatur kann Beihilfen bei der Gewinnung von gelösten Stoffen, die schlecht in Lösungsmitteln löslich sind. Der Aufbau besteht aus einem Rundboden-Kolben, einer Soxhlet-Extraktor und ein Reflux-Kondensator. Diese Technik wird durch die Beseitigung von PCB aus Fisch um die Übertragung von Giftstoffen zwischen Raubfische zu untersuchen und Beute Fisch demonstriert. ³ zusätzlich kann diese Technik verwendet werden, der Wachsanteil Obst Skins zu messen um zu verstehen, die Zusammensetzung und den Abbau von nativen und veränderter Früchte. ⁴ zu guter Letzt kann die Gewinnung von Kohlenhydraten aus Lignozellulose oder trockenem Pflanzenmaterial, erfolgen über solide flüssige Extraktion. ⁵ wenn die Kohlenhydrate stammen, ist Lignin zurückgelassen. Beide Komponenten können dann für Biokraftstoff-Anwendungen verwendet werden.

1. US Environmental Protection Agency. Ultrasonic Extraction, Method 3550C. Washington: Government Printing Office (2007).
2. US Environmental Protection Agency. Organochlorine pesticides by gas chromatography, Method 8081B. Washington: Government Printing Office (2007).
3. Madenjian, C. P., Rediske, R. R., O'Keefe, J. P., David, S. R. Laboratory Estimation of Net Trophic Transfer Efficiencies of PCB Congeners to Lake Trout (Salvelinus namaycush) from Its Prey. J. Vis. Exp. (90), e51496, (2014).
4. Chatterjee, S., Sarkar, S., Oktawiec, J., Mao, Z., Niitsoo, O., Stark, R. E. Isolation and Biophysical Study of Fruit Cuticles. J. Vis. Exp. (61), e3529, (2012).
5. Mathews, S. L., Ayoub, A. S., Pawlak, J., Grunden, A. M. Methods for Facilitating Microbial Growth on Pulp Mill Waste Streams and Characterization of the Biodegradation Potential of Cultured Microbes. J. Vis. Exp. (82), e51373, (2013).