水蒸気蒸留

2つの混和性液体の理想的な混合物を沸騰するまで加熱すると、溶液は各成分の沸点間の温度で沸騰します。これらの液体の沸点が非常に異なる場合、混合物が沸騰し始めると、蒸気はより揮発性の高い成分の分子に富んでいます。この現象は、2つの混和性液体の混合物を加熱し、蒸気を凝縮して液体に戻して収集する単純蒸留を使用して混合物を分離するためによく使用されます。

揮発性の高い成分を多く含む蒸気を留出物として集めると、液相は揮発性の低い成分の分子を豊富に含みます。ただし、この手法では、溶液を少なくとも揮発性の高い化合物の沸点まで加熱し、多くの場合、それを超えて加熱する必要があります。

温度に敏感な有機化合物の場合、この高温により、有機分子が別のものに分解される可能性があります。では、これらの種類の化合物をどのように分離できるのでしょうか。まず、一歩下がってみよう。

凝縮相と平衡状態にある蒸気の圧力は蒸気圧と呼ばれることを思い出してください。液体の混合物の成分は、それぞれ独自の蒸気圧を持っており、これを分圧と呼んでいます。溶液の全蒸気圧が大気圧と等しいときに溶液が沸騰することがわかっています。全蒸気圧は、コンポーネントの分圧の合計に等しくなります。

混和性液体の混合物、つまり液体の任意の組み合わせが均質な溶液を形成する場合、分圧は、純粋な化合物の蒸気圧に溶液中のモル分率を掛けて計算されます。ただし、非混和性液体の不均一混合物、つまり液体が互いに不溶性である場合、分圧は単に純粋な化合物の蒸気圧です。

不均一混合物の各成分は、他の成分とは無関係に全蒸気圧に寄与するため、分圧の合計である全蒸気圧が大気圧と等しくなると、混合物は沸騰します。これは、全蒸気圧が温度とともに最も揮発性の高い成分よりもはるかに速く上昇するため、各コンポーネントの個々の沸点よりも低い温度で発生します。

この現象を利用して水蒸気蒸留を行い、高温で分解し、水に溶けない温度感受性有機化合物を不揮発性物質から分離します。水蒸気蒸留のセットアップは、プロセス全体で水を補充するための貯水池を追加する単純な蒸留セットアップと似ています。

混合物が沸騰すると、水と目的の有機化合物の両方が気化します。水と有機化合物の蒸気はコンデンサーに移動し、凝縮されて液体になり、収集されます。非混和性の液体は、その後分離されます。フラスコ内の混合物には、水と不揮発性物質のみが残ります。

このラボでは、オレンジの皮の不揮発性成分からエッセンシャルオイルを抽出するための水蒸気蒸留実験をセットアップして実行します。次に、液液抽出を使用して、水からエッセンシャルオイルを有機溶媒に抽出します。