חילוץ

מקור: לארה אל חרירי ואחמד בסבריין באוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט, מסצ'וסטס, ארה"ב

1. Cellulose RecoveryExpand

   מיצוי וסינון יכולים להפריד תרכובות בהתבסס על תכונות המסיסות שלהן. במעבדה זו תפרידו תערובת של תאית, קפאין וחומצה בנזואית בהתבסס על המסיסות שלהם בדיכלורומתאן, או DCM, ובמים.

   קפאין וחומצה בנזואית מסיסים שניהם ב-DCM, אבל תאית לא. לכן, בחלק זה, תחילה תמיסו כמה שיותר מהתערובת ב-DCM ותסננו תאית בלתי מסיסה. תמשיכו לעבוד עם התמיסה של חומצה בנזואית וקפאין בסעיף הבא, ותמדדו את המסה של התאית המשוחזרת ברגע שהיא מתייבשת.

   • לפני תחילת המעבדה, לבשו חלוק מעבדה, משקפי בטיחות וכפפות ניטריל. אתה תבצע את המעבדה הזו במכסה אדים. הערה: DCM הוא נדיף מאוד, רעיל ומגרה. DCM יעבור דרך כפפות ניטריל בתוך דקות. החליפו את הכפפות מייד אם יש עליהן DCM.
   • מניחים משפך הפרדה של 125 מ"ל זקוף בתוך מתקן טבעת. ודא שהסטופקוק סגור, ולאחר מכן מקם משפך זכוכית בחלק העליון של המשפך המפריד.
   • השג פיסת נייר סינון ושקול אותה באמצעות יתרת טעינה עליונה. רשום את המסה של נייר הסינון בשורת התאית במחשב המעבדה שלך.

     טבלה 1: מסת תרכובות שנמצאו

     Compound	Empty container (g)	Sample + container (g)	Compound recovered (g)	Recovered mass אחוז
     תאית
     קפאין
     חומצה בנזואית	-	-
     מסה התחלתית של תערובת (g)		מסה משוחזרת של תערובת (g)		-

     לחץ כאן להורדת טבלה 1
   • חזור למכסה האדים שלך וקפל את נייר הסינון לשניים פעמיים. הניחו את נקודת נייר הסינון למטה במשפך הזכוכית ופתחו את הנייר לתוך חרוט.
   • הביאו של 100 מ"ל למאזנים. מדדו ~1.5 גרם מהתערובת, רשמו את המסה במחברת המעבדה שלכם ושפכו אותה לתוך הכד.
   • תייגו של 50 מ"ל 'DCM'. הביאו את הכוס הזו ואת השעון למכסה המנוע של מנדף הממס. יוצקים ~ 40 מ"ל של DCM לתוך הכד. כסו את הכד בזכוכית השעון והחזירו אותו למכסה המנוע.
   • למדוד 20 מ"ל של DCM עם גליל מדורג ולשפוך אותו לתוך של מוצקים. מערבבים את התערובת עם מוט זכוכית למשך 1-2 דקות ומפרקים את כל הגושים שנוצרים. ערבבו היטב את המוצק כדי להבטיח שהחומרים המסיסים יתמוססו לחלוטין.
   • השתמש פיפטה פסטר כדי להרטיב את נייר המסנן עם כ 2 מ"ל של DCM כדי לתקן אותו במקום.
   • ערבבו בקצרה את התערובת כדי לוודא שהחומר הבלתי מסיס מושהה בתמיסה ולאחר מכן שפכו אותו במהירות לתוך המשפך.
   • שטפו את החלק הפנימי של הכד עם ~10 מ"ל DCM. יוצקים את השטיפה לתוך המשפך ומוודאים שלא נשאר מוצק בכד. כסו את השעון DCM והניחו אותה בצד.
   • לאחר שהפתרון סיים לטפטף לתוך המשפך המפריד, תייגו זכוכית שעון גדולה 'תאית' והוציאו את משפך הזכוכית מהמשפך המפריד.
   • הסר את נייר הסינון מהמשפך, נזהר שלא לקרוע אותו או לשפוך את המוצק, והנח בעדינות את הנייר על זכוכית השעון. לאחר מכן, החליפו את הכפפות.
   • הניחו את זכוכית השעון הרחק מהדרך במכסה האדים כדי לאפשר לנייר המסנן ולצלולוז להתייבש (1 שעה).
2. מיצוי חומצה-בסיס להפרדת חומצה בנזואית וקפאין<לחצן class="expand">הרחב

   בחלק זה של הניסוי תפרידו חומצה בנזואית וקפאין באמצעות DCM ומים לממסים. זה יוצר זוג ממסים טוב למיצוי נוזל-נוזל מכיוון ש- DCM ומים אינם ניתנים לערבוב ויש להם צפיפויות שונות. עם זאת, קפאין וחומצה בנזואית שניהם הרבה פחות מסיסים במים מאשר DCM.

   כדי להפריד בין תרכובות אלה, יש לערבב את תמיסת החומצה הבנזואית והקפאין עם נתרן הידרוקסידי כדי להמיר חומצה בנזואית לנתרן בנזואט, שהוא מסיס מאוד במים וכמעט בלתי מסיס ב-DCM. הקפאין לרוב לא יושפע. כאשר התערובת שוקעת לשכבות, כל הנתרן בנזואט יהיה בשכבה המימית מכיוון שהוא אינו מסיס ב- DCM.

   כמות קטנה של קפאין תהיה בשכבה המימית, אך רובו יישאר ב-DCM. תשמרו את שכבת הנתרן בנזואט המימית לחלק האחרון של המעבדה, שם תאדו את הממס מהשכבה האורגנית כדי לשחזר קפאין מוצק.

   נתרן הידרוקסידי הוא קורוזיבי, לכן היזהר בעת הטיפול וההובלה שלו. בסיסים חזקים יכולים לגרום למשטחי זכוכית קרקע כמו מפרק המשפך המפריד והפקק להתמזג יחד, לכן הוסיפו תמיד נתרן הידרוקסידי דרך משפך זכוכית גזע ארוך כדי למנוע ממנו מגע עם זכוכית הקרקע.

   • תייגו שתי כוסות של 100 מ"ל כ'שכבה מימית' ו'שכבה אורגנית' ותייגו של 50 מ"ל '1 M NaOH'.
   • הביאו את כד NaOH, זכוכית שעון וצילינדר מדורג נקי של 50 מ"ל למכסה המנוע שבו נשמרים בסיסים. למדוד 40 מ"ל של 1 M NaOH ולשפוך אותו לתוך הכד. כסו את הכוס והחזירו אותה ואת הצילינדר המדורג למכסה המנוע.
   • הניחו את משפך הזכוכית בחזרה בחלק העליון של המשפך המפריד. למדוד 20 מ"ל של 1 M NaOH ולשפוך אותו לתוך משפך ההפרדה.
   • פזרו שכבה דקה של שומן ואקום באופן שווה סביב צידי פקק המשפך המפריד. השתמשו במגבוני מעבדה כדי לנקות עודפי שומן והסירו כל שומן בתחתית הפקק כדי למנוע זיהום התמיסה.
   • פקק את המשפך המפריד, הסר אותו בזהירות מהמעמד, ותוך כדי החזקת הפקק במקומו, נער במרץ את המשפך אנכית למשך ~ 1 דקות.
   • המשיכו להחזיק את הפקק במקומו והפכו בזהירות את המשפך בכ-150° כשהגבעול מכוון לתוך מכסה המנוע. פתח את הסטופרקוק כדי לאוורר את אדי DCM שהצטברו. ברגע שהאדים ברחו, סגרו את הסטופר. נערו ואווררו את המשפך המפריד בערך פי 25 בדרך זו.
   • הניחו את המשפך המפריד זקוף בגוף הטבעת והוציאו את הפקק. אין להפריע לו מכיוון שהתמיסה האורגנית והמימית נפרדות לשכבות. הערה: המים פחות צפופים מ-DCM, ולכן השכבה המימית תהיה על גבי השכבה האורגנית.
   • לאחר שהשכבות נפרדו, הניחו את הכד האורגני מתחת למשפך המפריד. פתחו בזהירות את הסטופקוק מבלי לדחוף את המשפך המפריד ותנו לשכבה התחתונה להתנקז לתוך הכד. סגור את הסטופרקוק ברגע שאחרון השכבה האורגנית עובר דרכו. הערה: אתה תערבב את השכבה האורגנית עם חלק אחר של בסיס מימי, אז עדיף לתת לחלק מהשכבה המימית לעבור כאן מאשר להשאיר DCM מאחור.
   • הניחו בצד את השכבה האורגנית שנאספה והניחו את השכבה המימית המסומנת בכוס מתחת למשפך המפריד. פתח שוב את הסטופרקוק כדי לנקז את השכבה המימית לתוך הכד. סגור את הסטופר ברגע שהמשפך ריק לחלוטין.
   • השתמשו במגבון מעבדה כדי לנקות שאריות שומן בתוך מפרק המשפך המפריד ושפכו את השכבה האורגנית חזרה לתוכו באמצעות משפך הזכוכית.
   • הוסף את 20 מ"ל הנותרים של 1 M NaOH למשפך המפריד.
   • מרחו שכבת שומן טרייה על הפקק והניחו אותה במשפך. נערו נמרצות ואווררו את המשפך המפריד בערך פי 25. הערה: אמנם זה יפחית את כמות הקפאין שאתם מחלימים, אבל תנטרלו את שאריות החומצה הבנזואית, ותשפרו את טוהר השכבה האורגנית.
   • לאחר ערבוב היטב של התמיסות, אבטחו את המשפך זקוף, הסירו את הפקק והמתינו עד שהשכבות ייפרדו.
   • הניחו את הכד האורגני מתחת למשפך ואספו כמה שיותר מהשכבה האורגנית מבלי לתת לשכבה המימית לעבור.
   • מסננים את השכבה המימית לתוך הכד המתאים. הניחו את השכבה המימית בצד לעת עתה ובזהירות, הניחו את המשפך המפריד הריק מהדרך במכסה המנוע.
   • השג מעט מגנזיום גופרתי בסירת שקילה והשתמש במרית כדי להוסיף כמות קטנה ממנו לשכבה האורגנית. מערבלים בעדינות את הכד כך שכל האבקה תבוא במגע עם הנוזל. הערה: אם מגנזיום גופרתי הופך לגושים שקופים, הוא קולט מים מיד ולא יוכל לספוג יותר.
   • המשיכו להוסיף מגנזיום גופרתי עד שחלק נשאר לבן ואבקתי כשאתם מערבלים את הכד.
   • תנו למגנזיום גופרתי לייבש את השכבה האורגנית למשך 15 עד 20 דקות.
   • בזמן שאתם מחכים, מדדו את המסה של בקבוק Erlenmeyer בנפח 100 מ"ל ורשמו אותו בשורת הקפאין במחברת המעבדה שלכם. לאחר מכן, הדקו את הבקבוק במכסה המנוע בעזרת מהדק בעל 3 שיניים והניחו משפך זכוכית בצלוחית.
   • לאחר שהשכבה האורגנית התייבשה במשך 15 דקות לפחות, השיגו פיסת נייר סינון עגולה נוספת, קפלו אותה לרבעים והכניסו אותה למשפך.
   • השתמש בפיפטה נקייה של פסטר כדי להרטיב את נייר הסינון עם DCM. לאחר מכן, שפכו את השכבה האורגנית לתוך המשפך ושטפו את החלק הפנימי של הכד עם 1 – 2 מ"ל DCM. המתן עד שהפתרון יעבור דרך המסנן לחלוטין.
   • הסירו את המשפך והניחו את הבקבוק על פלטה חשמלית. חממו את התמיסה ל-40°C כדי לאדות את ה-DCM, והשאירו קפאין מוצק מאחור. זה בדרך כלל לוקח בערך 10 דקות.
   • בזמן שאתם מחכים, בדקו את התאית המייבשת. השתמשו במוט זכוכית כדי לפרק בעדינות גושים כדי לעזור לו להתייבש מהר יותר, אך היזהרו לא לקרוע את נייר הפילטר.
   • לאחר שה-DCM התאדה לחלוטין מהקפאין, כבו את הפלטה החמה ותנו לבקבוק להתקרר. שברו גושים בעזרת מוט זכוכית אם אתם רואים אותם.
   • מדדו את המסה המשולבת של הבקבוק והקפאין ורשמו אותה במחברת המעבדה שלכם. שמרו את הבקבוק במקום בטוח במהלך החלק האחרון של המעבדה.
3. Reprotonation of Benzoic AcidExpand

   בחלק האחרון של המעבדה, תשתמש בחומצה הידרוכלורית כדי לשחזר את אניון הבנזואט. חומצה הידרוכלורית היא רעילה וקורוזיבית, אז היזהר איתה. חומצה בנזואית מסיסה באופן מינימלי במים, כך שרובו יזרז מתמיסה, ויאפשר לך לאסוף אותו על ידי סינון.

   • מלאו גדולה 3/4 מלאה בקרח כתוש והוסיפו מספיק מים כדי למלא את החללים שבין הקרח. מניחים את הכוס של השכבות המימיות המשולבות באמבטיה.
   • תייגו שני גלילים מדורגים של 10 מ"ל '3 M HCl' ו'מים נטולי יונים'. הוסף ~ 10 מ"ל של מים deionized לגליל המדורג המתאים. הביאו את הצילינדר המדורג השני למכסה המנוע עבור חומצות וקבלו כ -5 מ"ל של 3 M HCl.
   • יש להשיג שתי פיפטות פסטר נקיות, ולמלא פיפטה אחת ב-3M HCl. ערבבו את ה-HCl בתמיסה המימית המצוננת כמה טיפות בכל פעם. השתמש בנייר pH כדי לבדוק אם התמיסה הגיעה לטווח pH היעד של 1 – 3. המשך להוסיף 3 M HCl בדרך זו עד שתגיע ל- pH היעד.
   • תן לתמיסה לשבת באין מפריע באמבט הקרח במשך כ -10 דקות.
   • הרכיבו מערך סינון ואקום באמצעות בקבוק מסנן של 125 מ"ל, משפך Büchner, נייר מסנן עגול ומתאם גומי.
   • השתמשו בפיפטה נקייה של פסטר כדי להרטיב את נייר הסינון בכמה טיפות של מים שעברו דה-יוניזציה.
   • לאחר שהתמיסה המימית ישבה במשך 10 דקות, שפכו אותה למשפך Büchner ופתחו את הבקבוק כדי לשאוב.
   • הניחו את הגליל המדורג של מים שעברו דה-יוניזציה באמבט הקרח ותנו לו להתקרר במשך 3-5 דקות. השתמשו במרית כדי לגרד את המוצק שנותר בכד לתוך המשפך.
   • שטפו את הכד עם ~3 מ"ל מים קרים ושפכו את התוכן לתוך המשפך. ודא שכל המוצקים מועברים.
   • השאירו את השואב פועל עד שהמים יפסיקו לטפטף מהמשפך. לאחר מכן, סגור את הוואקום ושבר את האטם לצלוחית. מניחים את המשפך זקוף בתוך בקבוק ריק כדי לאפשר לחומצה הבנזואית להתייבש לחלוטין (1 שעה).
   • בזמן שאתם ממתינים שהחומצה הבנזואית תתייבש, השליכו את המגנזיום גופרתי למיכל פסולת ייעודי, שפכו שאריות DCM למיכל פסולת הלוגני, והניחו פיפטות פסטר משומשות במיכל פסולת הזכוכית.
   • ערבבו את התסנין המימי וכל שאריות HCl בכד המימי. לדלל את התערובת עם ~ 10 מ"ל של מים deionized ולנטרל אותו על pH 7 עם סודיום ביקרבונט. שטפו את הפסולת המימית במורד הניקוז במי ברז זורמים.
   • שטפו את שאר כלי הזכוכית שלכם והניחו את הציוד שלכם בצד בהתאם לשיטות הרגילות של המעבדה שלכם, והשאירו בצד את שלושת התרכובות.
   • ברגע שהחומצה הבנזואית יבשה, אפסו סירת שקילה על מאזן העמסה עליון והעבירו את המוצק לסירה באמצעות מרית נקייה. רשום את המסה במחברת המעבדה שלך.
   • חישוב המסות של תאית וקפאין על ידי הפחתת המסות של הכלים הריקים מהמסות המשולבות של הכלים והתרכובות.
   • חברו יחד את שלוש המסות של התרכובות והשוו אותן למסה ההתחלתית. הערה: אם הסכום גדול מהמסה ההתחלתית, אז התרכובת לא הייתה יבשה כששקלתם. לשקול מחדש את התרכובות ולבדוק שוב את ההמונים.
   • ברגע שיש לכם את כל שלוש המסות היבשות, השליכו את התרכובות במיכל הפסולת המיועד ושטפו את כלי הזכוכית שנותרו. לבסוף, נקו את רצפת מכסה המנוע שלכם עם מגבות נייר לחות והשליכו את שאריות פסולת הנייר.
4. ResultsExpand
   • קבע את הרכב התערובת הלא ידועה בהתבסס על המסות שנמצאו עבור כל תרכובת. חשב את אחוזי המסה של תאית, קפאין וחומצה בנזואית בתערובת לא ידועה. הערה: הרכב המסה בפועל של התערובת היה 5% תאית, 47.5% קפאין ו 47.5% חומצה בנזואית.
   • בהתבסס על המסה ההתחלתית שלך, חשב את המסה ההתחלתית התיאורטית של כל תרכובת במדגם שלך, והשווה ערכים אלה לנתונים שלך.

     טבלה 2: אחוז התשואה של תרכובות שנמצאו

     תרכובת	Starting mass אחוז	Theoretical initial מסה (G)	Recovered מסה (G)	אחוז תפוקה
     תאית	5
     קפאין	47.5
     חומצה בנזואית	47.5
     	מסה התחלתית של תערובת (g)		-	-

     לחץ כאן להורדת טבלה 2
   • הנה כמה מקורות נפוצים לטעויות מהניסוי הזה. <טבלה align="center" style="border-collapse: collapse; font-size: 17px; line-height: 24px;"> Error Source of Error מסת התאית גבוהה מאוד והמסות המורכבות האחרות נמוכות קפאין וחומצה בנזואית אולי לא התמוססו לחלוטין בתחילת המעבדה ובמקום זאת נשארו על נייר הסינון שכותרתו תאית. מסת חומצה בנזואית נמוכה בהשוואה לקפאין המשוחזר חומצה בנזואית לא הומרה לחלוטין לנתרן בנזואט, והשאירה תערובת של קפאין וחומצה בנזואית ב-DCM. המסה המוחזרת של קפאין נמוכה אובדן עקב שטיפות מימיות, במיוחד אם הבסיס המימי היה חם מסת חומצה בנזואית נמוכה התאוששה פרוטונציה חלקית של נתרן בנזואט, תמיסה חמה מדי, או משקעים מופרעים