Экстракция. 
Аналитическая химия в 2 книгах. 
Книга 1. Химические методы анализа

Этот метод выделения и концентрирования веществ основан на распределении растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами. Наиболее распространены системы, где одна фаза — водный раствор, другая — органический растворитель, не смешивающийся с водой (бензол, хлороформ, тетрахлорид углерода и др.). Например, молекулярный иод можно экстрагировать из водной фазы бензолом или хлороформом, в которых он растворяется лучше, чем в воде.

Органический растворитель может служить средой, в которой растворен экстракционный реагент, вступающий в реакцию с веществом в водной фазе с образованием соединения, которое экстрагируется органическим растворителем. Раствор реагента в органическом растворителе, применяемый для экстракции, называется экстрагентом.

По закону распределения в равновесной системе, состоящей из двух несмешивающихся жидкостей (т. е. двух фаз), имеющих поверхность раздела, отношение концентраций (или активностей) растворенного вещества остается (при неизменной температуре) постоянной величиной, называемой константой распределения (символ K_D(B), безразмерная величина):

где с_в(орг) — концентрация вещества в органической фазе; с_в(Н₂0) — концентрация вещества в водной фазе.

Константа распределения, как правило, мало зависит от абсолютного количества растворенного вещества.

Экстракция включает следующие операции: приведение исходной смеси вещества в контакт с экстрагентом, механическое разделение образовавшихся фаз, удаление и регенерация экстрагента из каждой фазы. Регенерация экстрагента может осуществляться путем выпаривания, дистилляции, кристаллизации. Отделенная жидкая фаза, содержащая экстрагированное из водной фазы вещество, называется экстрактом.

В приведенном примере экстракт — раствор иода в бензоле (бензольная вытяжка).

В методе жидкостной экстракции широко используют термины:

реэкстракция — извлечение вещества из экстракта в водную фазу;

реэкстрагент — раствор реагента (обычно водный раствор кислоты или щелочи), применяемый для извлечения вещества из экстракта;

разбавитель — инертный органический растворитель, добавляемый к экстрагенту для улучшения его физических или экстракционных свойств;

промывка — частичное или полное удаление примесей из экстракта;

периодическая экстракция — экстракция вещества из одной и той же фазы, проводимая отдельными порциями экстрагента;

непрерывная экстракция — экстракция при непрерывном перемещении одной жидкой фазы (другая фаза — неподвижная).

Экстрагент должен отличаться хорошей селективностью, легкой регенерируемостью, химической инертностью, малой летучестью и быть безопасным для экспериментатора.

Экстракция получила широкое распространение вследствие возможности работать при низких температурах, высокой эффективности, простоты аппаратурного решения и возможности автоматизации процесса.

В аналитической химии широко распространено экстракционное концентрирование и разделение смесей катионов металлов в виде хелатов (внутрикомплексные соединения). Для получения хелатов применяют такие полидентатные реагенты, как дитизон, купферон, 8-оксихинолин. При этом образуются координационно-насыщенные нейтральные хелаты, экстрагируемые многими органическими растворителями.

Помимо экстракции внутрикомплексных соединений (хелатов) в анализе применяют экстракцию гетерополикислот, металлосодержащих кислот и других соединений.

Константы распределения соединений различных классов зависят от природы экстрагента, pH раствора и других параметров.

Различают несколько механизмов экстракционного разделения смесей элементов. Ю. А. Золотов разработал теорию экстракции хелатов, предложил гидратно-сольватный механизм экстракции, применил в теории экстракции ряд положений координационной химии. Предложив новые экстрагенты, он разработал методы концентрирования элементов и разделения смесей катионов металлов, применимые для анализа веществ высокой чистоты.

К достоинствам экстракционного метода относится возможность совмещения разделения смесей элементов с их количественным определением. Нередко экстрагируемое соединение окрашено и оптическая плотность (светопоглощение) экстракта пропорциональна концентрации элемента. Измеряя оптическую плотность раствора, находят концентрацию вещества.

Экстракция определяемого вещества из водной фазы несмешивающимся с ней органическим растворителем в сочетании с инструментальными методами анализа (спектрофотометрический, пламеннофотометрический, атомно-абсорбционный и др.) позволяет проводить анализ сложных объектов (руд, почв, сплавов и др.).

Разделение смесей методом экстракции нередко выполняют в обычной делительной воронке. Если необходима многократная экстракция, применяют специальную аппаратуру — экстракторы различных конструкций.

Рассмотрим несколько примеров.

Тиоцианатные комплексы железа или кобальта экстрагируют смесью изоамилового спирта и диэтилового эфира.

Ионы Fe³⁺ из водных растворов НС1 чаще всего экстрагируют диэтиловым эфиром в виде железохлороводородной кислоты H[FeCl₄] желтого цвета. Это позволяет отделить Fe³+ от других элементов, не образующих хлоридных комплексов.

Катионы многих металлов (железа, кобальта, никеля, меди, цинка и др.) образуют в водных растворах комплексные соединения с органическими реагентами — дитизоном, купфероном, 8-оксихинолином. Эти комплексные соединения экстрагируют диэтиловым эфиром, хлороформом, тетрахлоридом углерода.