Overview
Source : Laboratoire de Dr. Jay Deiner — City University of New York
L’extraction est une étape cruciale dans des analyses plus chimiques. Il s’agit d’éliminer de l’analyte de sa matrice de l’échantillon et en le passant dans la phase a besoin pour la quantification et identification spectroscopique ou par chromatographie en phase. Lorsque l’échantillon est un solide et la phase nécessaire pour l’analyse est un liquide, le processus est appelé extraction solide-liquide. Une forme simple et largement applicable d’extraction solide-liquide implique combinant le solide avec un solvant dans lequel l’analyte est soluble. Par agitation, les partitions de l’analyte dans la phase liquide, qui peut ensuite être séparé du solide par l’intermédiaire de filtration. Le choix du solvant convient basé sur la solubilité de l’analyte cible et sur le solde du coût et de sécurité, les préoccupations environnementales.
Principles
Extraction utilise la propriété de solubilité pour transférer un soluté d’une phase à une autre phase. Afin d’effectuer une extraction, soluté doit avoir une solubilité plus élevée dans la deuxième phase que dans la première phase. En extraction liquide-liquide, un soluté est séparé entre deux phases liquides, généralement une phase aqueuse et une phase organique. Dans le cas le plus simple, trois composantes sont impliqués : le soluté, le liquide du transporteur et du solvant. Le mélange initial, contenant le soluté dissous dans le liquide de transporteur, est mélangé avec le solvant. Après mélange, le soluté est transféré depuis le liquide porteur au solvant. La solution plus dense se dépose au fond. L’emplacement du soluté dépendra des propriétés des liquides et le soluté.
Extraction solide-liquide est semblable à une extraction liquide-liquide, sauf que le soluté est dispersé dans une matrice solide, plutôt que dans un liquide porteur. La phase solide, contenant le soluté, est dispersée dans le solvant et mixtes. Le soluté est extraite de la phase solide au solvant, et la phase solide est ensuite éliminée par filtration.
Dans cette vidéo, un exemple de la technique d’extraction solide-liquide est illustré en montrant l’extraction des résidus organochlorés dans le sol. L’extraction solide-liquide illustrée implique la combinaison de l’échantillon avec n-hexanes suivies d’agitation ultrasonique, filtration, l’élimination des eaux résiduelles par séchage sur CaCl2et préconcentration sous courant d’azote. L’échantillon préparé comme est alors prêt pour l’analyse d’un éventail de méthodes chromatographiques et spectroscopiques.
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Procedure
1. extraction de produits organiques adsorbés dans le sol
- Placer 20 g de terre dans un plat en Pyrex de large-bouche propre et sec dans un four à 50 ° C et sécher pendant au moins 12 h. Après séchage, retirer le sol le plat en Pyrex et broyer en une poudre homogène à l’aide d’un mortier et un pilon. Peser 5,00 g du sol et placez-le dans un ballon à fond rond (100 mL en taille) propre et sec. Dans le ballon, ajouter 15 mL de n-hexane. Placer la fiole dans un bain ultrasonique et laisser agir pendant 60 min.
2. séparation de l’extrait et le sol
- Préparer un entonnoir Büchner analytique de papier filtre. Mouiller le papier filtre avec 1 mL de n-hexane et commencer la filtration sous vide. Versez lentement le contenu du ballon à fond rond sur le papier filtre. Le flacon de Büchner contient maintenant le n-hexane avec les matières organiques extraites du sol. Le filtre retient les solides du sol dénudé.
3. nettoyer haut et préconcentration
- Si le n-hexane solution est nuageuse, il y a l’eau résiduelle. Sécher le n-solution d’hexane, ajouter une petite spatule de CaCl2. Agiter la solution et d’observer pendant au moins 15 min. Si la solution est encore trouble et/ou toutes les CaCl2 est groupé en masse compacte, il n’y a encore l’eau restante, et étape 3.1 doit être répété. Si la solution est translucide et le CaCl2 est fluide, puis de ne pas répéter étape 3.1. Une fois une solution claire a été atteint, séparer les hexanes CaCl2 , à l’aide de filtration de la gravité. Si la concentration de l’extrait est suffisante pour la détection, les hexanes filtrés peuvent être transférées à un flacon propre et sec pour le stockage et l’analyse ultérieure. Si la concentration de l’extrait est faible par rapport à la limite de détection, transférer les hexanes filtrées dans un propre et sec à col trois ballon à fond rond, 100 mL en taille. Placez un bouchon en caoutchouc dans le goulot du centre de la fiole et un septum en caoutchouc sur l’un des autres cous. Laissez le troisième col ouvert. Percer le bouchon de caoutchouc et d’introduire un courant d’azote par le biais de la fiole. L’azote doit être coulant dans l’espace situé au-dessus de la solution, ne pas de propagation via la solution. L’extrait peut maintenant être pré concentré par coulant azote pour évaporer l’excès de solvant. L’échantillon est maintenant prêt pour l’analyse.
L’extraction est une technique de séparation crucial en chimie organique, utilisée pour séparer les composants d’un mélange issu de leur solubilité dans deux phases différentes qui ne se mélangent pas.
Les extractions sont effectuées entre deux phases. Dans le cas d’une extraction liquide-liquide, le soluté dissous est transféré d’une phase liquide à l’autre. Les extractions sont également effectuées avec une phase liquide et solide, appelée extraction solide-liquide, où le soluté est transféré d’une phase solide à une phase liquide. Un exemple simple d’extraction solide-liquide est la distribution du café, qui implique le mélange de café solide avec de l’eau. Les composés d’arôme de café sont extraites les motifs dans l’eau, au café de la forme. Cette vidéo sera illustrer les principes d’extraction et démontrer l’extraction solide-liquide dans le laboratoire par le biais de l’élimination des résidus organochlorés dans le sol.
Extraction utilise la propriété de solubilité pour transférer un soluté d’une phase à l’autre. Afin d’effectuer une extraction, soluté doit avoir une solubilité plus élevée dans la deuxième phase que dans l’original. En général, les solutés non-polaires très vont partitionner en une phase organique, tandis que les solutés polaires très vont partitionner en phase aqueuse. Le choix des phases dépendra le soluté d’intérêt.
Les deux phases doivent également être non miscibles. Les solutions non miscibles jamais mélangent et restent comme des phases distinctes, comme l’huile et l’eau. Les solutions miscibles sont totalement homogènes après mélange.
Extraction liquide-liquide, un soluté est séparé entre deux phases liquides, généralement aqueuses et organiques. Ceci est souvent exécuté dans une ampoule à décanter, muni d’un robinet d’arrêt sur le fond et le bouchon en haut.
Dans le cas le plus simple, trois composantes sont impliqués : le soluté, le liquide du transporteur et du solvant. Le mélange initial, contenant le soluté dissous dans le liquide de transporteur, est mélangé avec le solvant. Après mélange, le soluté est transféré par le liquide porteur au solvant, aussi longtemps que le soluté est plus soluble dans le solvant que dans le liquide de transporteur, et tant que le liquide de transporteur et le solvant sont non miscibles. La solution plus dense se dépose au fond.
Il y a deux phases qui en résulte : le raffinat, contenant le liquide de transporteur et l’extrait, qui contient le soluté et le solvant. En réalité, il est susceptible d’être des résidus de chaque composant dans les deux phases. Extraction solide-liquide est semblable à une extraction liquide-liquide, sauf que le soluté est dispersé dans une matrice solide plutôt que dans un liquide porteur. La phase solide, contenant le soluté, est dispersée dans le solvant et mixtes. Le soluté est extraite de la phase solide au solvant, et la phase solide est ensuite éliminée par filtration. Maintenant que les principes d’extraction ont été décrites, la technique d’extraction solide-liquide se traduira en effectuant l’extraction dans le laboratoire.
Dans cette expérience, des échantillons de sol ont été prélevés d’une friche industrielle, semblable à celle à Sewickley en Pennsylvanie. Friches industrielles, tel que défini par l’EPA des États-Unis, sont des biens réels, où l’expansion, le réaménagement ou la réutilisation peut être compliquée en raison de la présence potentielle de contaminants dangereux. Les polluants d’intérêt dans ce cas sont une organochlorés : l’herbicide atrazine. Une fois qu’un échantillon de sol ont été collecté sur le site d’intérêt, transférez-le dans le laboratoire.
Peser 10 g du sol dans un plat en Pyrex de large-bouche, propre et sec. Mettre le plat dans un four à sécher pendant au moins 12 h. Une fois sec, moudre le sol d’une poudre homogène avec un mortier et un pilon. Introduire 5 g de sol au sol dans un ballon à fond rond 100 mL propre et sec. Ajouter 15 mL d’hexane et vaguement Boucher le ballon. Placez-le dans un bain à ultrasons et ultrasons pendant 60 min.
Préparer un entonnoir Büchner analytique de papier filtre. Une fois terminée la sonication, mouiller le papier avec de l’hexane et commencer la filtration sous vide. Verser lentement l’échantillon sur le papier filtre. Rincer les résidus solides de la fiole avec de l’hexane et l’ajouter au filtre. Le sol dénudé reste sur le filtre, tandis que l’hexane et extraites de matières organiques s’accumuler dans la fiole.
Si la solution de l’hexane est nuageuse, l’eau résiduelle est présent. Pour sécher la solution, ajouter une petite spatule de déshydratant, tels que le chlorure de calcium. Agiter la solution jusqu'à ce que le déshydratant est dissout et observer la solution.
Si la solution est encore trouble ou le chlorure de calcium a groupé, il y a encore de l’eau dans la solution. Répétez le processus jusqu'à ce que la solution est claire et le déshydratant est flux libre.
Ensuite, supprimez le chlorure de calcium par filtration de la gravité.
Si la concentration du composé d’intérêt est inférieure au seuil de quantification, il doit être concentré. Transférer l’extrait filtré dans un propre et sec à cou 3 ballon à fond rond. Boucher le cou du centre et placez un septum en caoutchouc sur l’une des autres cous. Le troisième est laissé ouvert.
Percer le septum et raccorder le tuyau à une ligne d’azote. BEGIN s’écoulant d’azote par le biais de la fiole. Le gaz devrait être circulant dans l’espace de tête au-dessus de la solution et ne pas bouillonner à travers elle. L’écoulement du gaz s’évapore l’excès de solvant. Laisser le gaz s’écouler jusqu'à ce qu’il y a environ 50 % réduction du volume.
Une fois que les composants organiques du sol sont extraits et concentrés, ils peuvent être analysés par chromatographie en phase gazeuse.
La concentration de l’atrazine peut être calculée en utilisant des concentrations standard atrazine. Dans ce cas, la concentration approximative de l’atrazine dans la friche étudiée était de 2 mg d’atrazine par 1 kg de sol.
Extraction solide-liquide est utilisée dans un large éventail de domaines.
Cette technique permet de comprendre le transfert de biphényles polychlorés ou BPC, de poissons. Les BPC sont des hydrocarbures chlorés synthétiques qui ont été interdits par l’EPA. PCB ne faire pas facilement se décomposer dans l’environnement et ont tendance à s’accumuler chez les poissons.
Dans cette expérience, les poissons proies contenant des PCB ont été nourris de poissons prédateurs. Les poissons prédateurs ont été ensuite recueillies et sacrifiés. Les tissus de poissons a été rectifiée en préparation pour l’extraction.
Le PCB dans les tissus de poissons a été extrait d’une phase organique à l’aide d’un extracteur de Soxhlet. L’installation de l’extracteur Soxhlet, composée d’un ballon à fond rond, condenseur et l’appareil de Soxhlet, est fréquemment utilisée pour extraire des solutés qui sont peu solubles dans les solvants. L’extraction de Soxhlet permet une petite quantité de solvant à utiliser avec un large échantillon solid. L’extrait est ensuite testé pour la teneur en PCB à l’aide de la spectrométrie de masse.
La matière végétale sèche, appelée la lignocellulose, est la plus abondante matière recherchée pour combustibles dérivés du bio. Toutefois, les hydrates de carbone utilisés comme combustible sont emprisonnées dans la matrice rigide plante, appelée la lignine.
Lorsque les glucides sont supprimées, la matrice de la lignine est généralement éliminée comme déchet. Toutefois, dans cette expérience, des déchets de la lignine a été étudiée comme source d’énergie. Extraction solide-liquide a été utilisée pour séparer les composants d’hydrates de carbone de lignocellulose, abandonnant la lignine. La lignine a été utilisée ensuite pour d’autres expériences de fermentation.
Extraction solide-liquide peut également être utilisée pour mesurer la teneur en cires en peaux de fruits. Dans cette expérience, on a analysé la teneur en cires de peaux de tomate.
Décirage exhaustive des peaux de tomates séchées a été réalisée en utilisant un appareil de Sohxlet, afin d’éliminer entièrement la teneur en cires dans les peaux. Peaux de tomate avec de la cire enlevée ont été analysés puis plus loin en utilisant la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire. Cela a contribué à élucider la composition et la dégradation du natif et fruits d’ingénierie.
Vous avez juste regardé introduction de JoVE d’extraction solide-liquide. Vous devriez maintenant avoir une meilleure compréhension de l’extraction des solutés entre les phases solide et liquide.
Merci de regarder !
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Results
Un échantillon de sol a été prélevé d’une friche industrielle semblable à celle à Sewickley en Pennsylvanie, comme indiqué dans Figure 1. Friches industrielles, telles que définies par les États-Unis États Environmental Protection Agency (U.s. EPA), sont des biens réels, où l’expansion, le réaménagement ou la réutilisation peut être compliquée en raison de la présence potentielle de contaminants dangereux. Le sol a été prélevé de la friche industrielle à l’aide d’un échantillonneur de sol, comme le montre Figure 2.
Les polluants d’intérêt dans cette expérience était l’atrazine (Figure 3) ; un herbicide courant des organochlorés. Une fois que les composants organiques du sol ont été extraites et concentrés, ils ont été analysés par chromatographie en phase gazeuse avec un détecteur à ionisation de flamme (GC-FID). L’analyse de GC a été réalisée à l’aide d’un GC de Shimadzu 14 a (détecteur : FID) équipé d’un injecteur split/splitless et une colonne capillaire de CBP-10 (30 m × 0,22 mm d.i.). La température de la colonne a été d’abord fixée à 150 ° C et ensuite programmée de 150 à 230 ° C, à raison de 5 ° C / min. La température de l’injecteur a 250 ° C et la température du détecteur 260 ° C. Les injections ont été réalisées avec le mode splitless. Gaz vecteur hélium a été utilisé à un débit constant de 1 mL/min. La concentration de l’atrazine a été calculée en utilisant des concentrations d’atrazine standard, comme illustré à la Figure 4. Dans ce cas, la concentration approximative de l’atrazine dans la friche a étudié était de 2 mg d’atrazine par kg de sol.
La figure 1. Friche industrielle à Sewickley, PA.
La figure 2. Le sol prélevé à l’aide d’un échantillonneur de sol contaminé.
La figure 3. Structure chimique de l’atrazine organochlorés.
La figure 4. Chromatogramme de gaz de l’échantillon de sol avec l’atrazine. Médaillon : normes atrazine.
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Applications and Summary
La procédure générale extraction solide-liquide s’applique à un éventail de domaines de surveillance de l’environnement (montrée dans cette vidéo) aux cosmétiques et la transformation des aliments. La question cruciale est de choisir un solvant dissout efficacement l’analyte. Avec des changements minimes dans le solvant, le procédé de préparation d’échantillon dans cette vidéo peut servir à extraire tout d’un large éventail de contaminants environnementaux semi-volatils cette partition principalement sur les sols et les boues.
Exemples de ces semivolatiles de nombreux polluants nocifs tels que pesticides, hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les polychlorobiphényles (PCB). En raison de l’ampleur de la santé les effets de ces molécules, l’identification et la quantification de ces espèces est d’un intérêt théorique et aussi largement pratiquée dans l’industrie environnementale et dans les organismes gouvernementaux. L’EPA maintient les recueils des méthodes approuvées d’analyses et d’échantillonnage pour identifier et quantifier les polluants possibles. La méthode présentée dans cette vidéo illustre les principes de base contenus dans la méthode EPA 3550C, qui décrit l’extraction ultrasonique de semivolatiles et nonvolatiles des solides. 1 méthode EPA 3550 C est une des méthodes d’extraction référencées dans la méthode EPA 8081B, qui décrit l’analyse de GC de pesticides organochlorés. 2 la plupart des fichiers méthode approuvé par l’EPA sont écrits avec l’hypothèse que l’analyste a une formation préalable. Gagnant ainsi, connaissant les caractéristiques de base du sida préparation échantillon en suivant les méthodes de l’EPA.
L’utilisation d’un appareil de Soxhlet peut aider à l’extraction des solutés qui sont peu solubles dans les solvants. L’installation se compose d’un ballon à fond rond, un appareil d’extraction Soxhlet et un réfrigérant à reflux. Cette technique est démontrée par l’élimination des PCB des poissons afin d’examiner le transfert des toxines entre les poissons prédateurs et proies des poissons. 3 en outre, cette technique peut servir à mesurer la teneur en cires en peaux de fruits afin de comprendre la composition et la dégradation des fruits indigènes et d’ingénierie. 4 Enfin, l’extraction des hydrates de carbone de la lignocellulose, ou la matière végétale sèche, peut se faire par extraction liquide solide. 5 lorsque les glucides sont extraites, la lignine est laissée. Les deux composants puis peuvent être utilisés que pour des applications de biocarburant.
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References
- US Environmental Protection Agency. Ultrasonic Extraction, Method 3550C. Washington: Government Printing Office (2007).
- US Environmental Protection Agency. Organochlorine pesticides by gas chromatography, Method 8081B. Washington: Government Printing Office (2007).
- Madenjian, C. P., Rediske, R. R., O'Keefe, J. P., David, S. R. Laboratory Estimation of Net Trophic Transfer Efficiencies of PCB Congeners to Lake Trout (Salvelinus namaycush) from Its Prey. J. Vis. Exp. (90), e51496, (2014).
- Chatterjee, S., Sarkar, S., Oktawiec, J., Mao, Z., Niitsoo, O., Stark, R. E. Isolation and Biophysical Study of Fruit Cuticles. J. Vis. Exp. (61), e3529, (2012).
- Mathews, S. L., Ayoub, A. S., Pawlak, J., Grunden, A. M. Methods for Facilitating Microbial Growth on Pulp Mill Waste Streams and Characterization of the Biodegradation Potential of Cultured Microbes. J. Vis. Exp. (82), e51373, (2013).
