Метод дифференциального растворения

Теория

Возьмем две жидкости А и В, не смешивающиеся между собой или смешивающиеся в ограниченных пропорциях и потому образующие при совмещении их в одном сосуде двуфазную систему. Каждая фаза представляет собой смесь обеих жидкостей, причем в одной количественно преобладает Л, а в другой В. Благодаря этому, растворительные свойства обеих фаз неодинаковы, а при введении в систему какого-нибудь растворимого в А или В, или в А и В вещества, оно распределится между обеими фазами неодинаково. Каждому веществу присущ особый коэффициент распределения, так что при введении в систему смеси нескольких растворимых веществ относительное количество каждого компонента данной смеси не будет вообще в обеих фазах одинаково. Отсюда возможность обнаружить смешанный характер какого-нибудь вещества, подвергая его распределению в двуфазной системе. Химические или спектроскопические свойства растворенного в обеих фазах будут, в случае смеси, неодинаковы. Более того, метод дает возможность изолировать компоненты смеси.

Возьмем смесь, состоящую из т весовых частей вещества а; т' частей вещества b и т" частей вещества с. Коэффициенты распределения данных веществ относительно определенной двуфазной системы:

Внося смесь в систему, получим по установлении равновесия следующее распределение^[1] (объемы обеих фаз предполагаются равными):

Если, отделив фазу Л, будем ее повторно взбалтывать с новыми, равными по объему фракциями жидкости, господствующей в фазе В, то после п таких операций количество остающихся в А веществ будет очевидно.

Из этого следует, что, даже при небольшой разнице в коэффициентах распределения составных смеси, возможно путем многократного «вытряхивания» раствора другим растворителем настолько изменить относительные пропорции растворенных веществ, что концентрация одного из них становится ничтожна в сравнении с концентрацией других. И так для каждой составной поочередно.

Возьмем числовой пример. Имеем смесь равных долей веществ а. b и с, коэффициенты распределения которых.

/концентрация в Л.

(- для определенной двуфазной системы равны концентрация в В)

95/5,90/10 и 10/90. Смесь растворяем в жидкости А и встряхиваем последовательно с равными объемами жидкости В.

Следовательно, уже после трех встряхиваний отношение концентрации с к концентрации а становится в 857 раз меньше первоначального; смесь может считаться очищенной от с. Соответственная степень очищения а от b может быть достигнута лишь после 125 встряхиваний, причем концентрация а падет до 608-й части первоначальной величины. Соединяя промывные фракции жидкости В и методически встряхивая с жидкостью А, можно было бы таким же образом изолировать вещество b от вещества а.

Разъединительная способность рассматриваемого метода теоретически неограничена. На практике же метод применим для разделения веществ или групп веществ, обладающих очень различными, так сказать, противоположными коэффициентами распределения, для отделения веществ эпифазных, т. е. сосредоточивающихся преимущественно в верхней фазе системы, от веществ противоположного свойства (гипофазных). Отделение веществ, обладающих близкими коэффициентами распределения, требовало бы, как видно из приведенного примера, громадного количества исходного раствора и жидкостей, не говоря уже о времени.

• [1] Предполагается, разумеется, что присутствующие вещества не влияютна растворимость друг друга и что концентрация их настолько незначительна, что растворенное не влияет на состав фаз растворителя.