Экстракция

Распределение растворенного вещества между двумя фазами используется для извлечения веществ из жидких и твердых растворов методом экстракции.

Экстракцией называется метод извлечения вещества из раствора, основанный на его преимущественной растворимости в другом растворителе – экстрагенте.

В качестве экстрагента выбирается растворитель, практически не смешивающийся с растворителем, в котором растворено экстрагируемое вещество, и хорошо растворяющий это вещество.

Высокая растворимость экстрагируемого вещества в экстрагенте позволяет использовать для экстракции гораздо меньшее количество экстрагента по сравнению с исходным раствором. Результатом экстракции является получение намного более концентрированного, по сравнению с исходным раствором, раствора экстрагируемого вещества в экстрагенте – экстракта.

Если исходный раствор содержит несколько растворённых веществ, из которых интерес представляет только одно, то, подбирая состав экстрагента, можно добиться извлечения из раствора только интересующего вещества.

Таким образом, экстракция является одним из наиболее универсальных и эффективных методов выделения, концентрирования и очистки веществ.

Экстракция производится путём перемешивания исходного раствора и экстрагента в течение времени, необходимого для установления в системе равновесия. После отстаивания жидкости разделяются.

Экстрагируемое вещество выделяется из концентрированного раствора в экстрагенте методом перегонки, либо другими методами. В некоторых случаях раствор экстрагируемого вещества используется в качестве готового продукта.

В пищевой и фармацевтической промышленности метод экстракции часто применяется для извлечения растворимых веществ из твёрдого материала растительного или животного происхождения. Так, например, одним из промышленных способов получения подсолнечного масла является его экстракция из семечек подсолнечника при помощи бензина, методом экстракции извлекается желатин из костей животных, экстракцией являются процессы заварки чая и кофе и др.

Применение различных растворителей позволяет извлекать из одного и того же сырья различные вещества. Так, например, водные и спиртовые экстракты лекарственных растений содержат наборы различных веществ и производят соответственно различное терапевтическое воздействие.

Скорость экстракции из твёрдых материалов определяется скоростью проникновения растворителя в твёрдую фазу (набухания) и скоростью диффузии экстрагируемого вещества из твёрдой фазы в жидкую. С целью повышения скоростей этих процессов, твёрдые материалы обычно предварительно измельчают и обрабатывают горячим экстрагентом или его парами с последующей их конденсацией. В некоторых случаях экстракция из твёрдых материалов требует достаточно длительного времени, например при приготовлении различного рода отваров.

В лабораторной практике для проведения экстракции из твёрдых веществ используется экстрактор Сокслета (Рис. 3.1.). Экстрагент, помещённый в перегонную колбу 1, нагревается до кипения, его пары по трубке 2 поступают в экстракционный сосуд 3 и далее в обратный холодильник 4. В холодильнике происходит конденсация паров экстрагента, конденсат стекает в экстракционный сосуд и омывает твёрдое вещество 5, из которого производится экстракция (твёрдое вещество обычно помещают в бумажный или тканевой мешочек). Когда уровень экстракта достигает изгиба переливной трубки 5, раствор по сифону сбрасывается в перегонную колбу и процесс экстракции повторяется. Поскольку при кипении экстракта происходит испарение только экстрагента, в перегонной колбе происходит накопление экстрагируемого вещества.

Метод экстракции находит также применение в аналитической химии.

Масса вещества, экстрагируемого путём однократной экстракции равно:

где g₀ – исходная масса экстрагируемого вещества; V^I – объём экстрагента;V^II – объем раствора, из которого производится экстракция; k – коэффициент распределения.

Если экстракция проводится m раз одним и тем же объёмом экстрагента, то масса экстрагированного вещества может быть определена по формуле: