Способы проведения экстракции

В зависимости от глубины извлечения из исходного раствора растворенного в нем вещества, требований, предъявляемых к рафинату и экстракту, и других условий возможны различные варианты проведения процесса жидкостной экстракции. Однако любое экстрагирование обязательно включает в себя две основные стадии: смешение растворителя с исходной смесью для создания между ними тесного контакта и разделение образовавшейся смеси на экстракт и рафинад. Очень часто процесс экстрагирования сопровождается регенерацией экстрагента, т. е. удалением его из экстракта и рафинада. Эту стадию процесса обычно проводят в специальном регенерационном аппарате.

В химической технологии используются в основном следующие способы проведения экстракции:

• · однократная экстракция,
• · многократная экстракция с перекрестным и противоточным движением растворителя,
• · непрерывная противоточная экстракция.

Наибольшее распространение в промышленности получила экстракция одним растворителем, хотя находит применение и экстракция двумя экстрагентами.

Жидкость — жидкостная экстракция.

Способы пробоподготовки

Для изолирования определяемого вещества используют жидкостную экстракцию, твердофазную экстракцию, перегонку с водяным паром, сублимацию в вакууме, минерализацию.

Жидкостная экстракция органическими растворителями применяется для изолирования хлорорганических пестицидов, фосфорорганических соединений, пиретроидов, производных карбаминовой кислоты, четвертных аммониевых оснований, металлоорганических пестицидов.

Экстракционное разделение — процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых пористых материалов избирательно действующими растворителями (экстрагентами).

Различают:

• — жидкофазная экстракцияэкстрагирование в системе Ж-Ж.
• — твердофазное экстрагирование — экстрагирование в системе ТВ-Ж.

Экстракция в системах «жидкость-жидкость» — диффузионный процесс, который протекающий при участии двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидких фаз, между которыми распределяется экстрагируемое вещество. Этот метод известен с середины XIX в. И получил широкое распространение через 100 лет — в 50−60-е гг. XX в. В течение нескольких десятилетий он был одним из самых важных аналитических методов разделения и концентрирования органических соединений и микроэлементов.

Жидкостная экстракция состоит из двух технологических операций:

• 1) контактирование исходной смеси с растворителем, в ходе которого осуществляется массообменный процесс, переход компонента через границу раздела из одной фазы в другую;
• 2) отделение полученного раствора от оставшейся жидкой смеси.

При жидкостной экстракции происходит неполная взаимная растворимость исходной смеси и растворителя — в противном случае вторая операция неосуществима. Контактирование фаз проводится путём распределения (дробления) одной фазы в виде капель в объёме другой.

В результате взаимодействия жидких фаз получают экстракт — раствор извлеченных веществ в экстрагенте и рафинад — остаточный исходный раствор, из которого удалены экстрагируемые компоненты.

Полученные жидкие фазы (экстракт и рафинад) отделяются друг от друга отстаиванием, центрифугированием или другими механическими способами. После этого происходит извлечение целевых продуктов из экстракта и регенерация экстрагента из рафинада. Целевой продукт выделяют из экстракта ректификацией, упариванием, или реэкстракцией.

Главное преимущество процесса экстракции в системе «жидкость-жидкость» по сравнению с другими процессами разделения жидких смесей — низкая рабочая температура процесса. Процесс часто проводится при нормальной температуре. Отпадает необходимость в затратах тепла на испарение раствора. При экстракции из многочисленных растворителей можно подобрать высокоизбирательный экстрагент, отличающийся по химическим свойствам от компонента исходной смеси. При этом достигается более полное разделение, чем с помощью других массообменных процессов.

Твердо — жидкостная экстракция.

Твердофазная экстракция на химически модифицированных сорбентах с неполярными гидрофобными группами и на силикагелях может применяться при определении пестицидов в природных водах, почвах, моче.

В зависимости от объема пробы воды и характера анализируемого вещества, экстракция может быть проведена либо на картридже (патроне, заполненном сорбентом), либо на мембранных дисках. Широкое применение высокоэффективных картриджей привело к более полному выделению во множестве лабораторий большого числа загрязнителей. Более того, такой подход позволяет обеспечивать более высокую степень гибкости в смысле автоматизации, поскольку процедура экстракции значительно упрощается. В последнее время метод 525 ЕРА, который первоначально был рассчитан на применение жидкостно-жидкостной экстракции при анализе мало летучих веществ, был модифицирован в расчете на использование твердофазной экстракции. Значительно чаще других традиционных методов пробоподготовки ТФЭ используют в стандартных российских методиках Концентрирование на сорбентах используют для определения неполярных и малополярных нелетучих соединений и осуществляют в три этапа: сорбция при пропускании потока воды через колонку с сорбентом; элюирование сорбированных органических соединений малым объемом растворителя (реже применяют термодесорбцию); очистка элюата и удаление растворителя из концентрата. Концентрирование на сорбентах позволяет объединить отбор проб и выделение органических соединений из воды.

Для извлечения и концентрирования органических соединений используют макропористые полимерные сорбенты (амберлиты ХАО, тенакс ОС, хромо-сорбы серии 100, порапак О, полисорбы), активный уголь и графитированные сажи, синтетические иониты, химически модифицированный силикагель, а также пенополиуретан, материалы на основе фторопласта и полипропилена. Пористые полимерные сорбенты характеризуются большой сорбционной емкостью, гидрофобностью, легкостью проведения десорбции.

Особенно широко для этих целей применяют амберлиты ХАО-2 и ХАЛ-4 (сополимеры стирола и дивинилбензола), ХАО-7 и ХАО-8 (сополимеры метакрилата и дивинилбензола). Иониты достаточно прочно удерживают сорбированные вещества, что позволяет анализировать большие объемы воды (100— 1000 л), достигая степени концентрирования 103−106. Степень извлечения многих пестицидов, ПАУ, фенолов, фталатов и ПХБ с помощью амбер-литов типа ХАЛ может достигать 90−100%.

Однако при использовании этих сорбентов необходимо исключить возможность загрязнения проб воды продуктами их деструкции; сорбенты перед использованием тщательно очищают, но и после этого они могут загрязнять концентраты следами бензола, толуола, полизамещенных бензолов. При анализе вод, содержащих активный хлор, возможно загрязнение проб продуктами его взаимодействия с амберлитами ХАО.

Активные угли и графитированные сажи являются очень хорошими сорбентами органических соединений различных классов — недаром активный уголь широко используют в различного рода фильтрационных (очистительных) установках для очистки питьевой воды и сточных вод различного происхождения. Однако трудности достижения полноты десорбции (особенно в случае активного угля), реакционная способность по отношению к некоторым классам органических соединений ограничивают их широкое применение в анализе вод.

Все эти особенности сорбентов следует непременно учитывать, чтобы избежать возможных артефактов (особенно при анализе загрязненных вод), приводящих к изменению состава загрязняющих веществ и искажающих результаты идентификации.