Overview
ソース: 研究室博士ジェイ Deiner-ニューヨークの市立大学
抽出は、ほとんどの化学分析の重要なステップです。それに伴う、サンプル マトリックスから試料を削除し、分光またはクロマト グラフ法による同定と定量に必要なフェーズに渡します。サンプルは固体と、分析の必要な段階は液体プロセス固液抽出といいます。固液抽出のシンプルかつ広範に適用されるフォームは、試料は溶ける溶媒とソリッドを組み合わせることを伴います。撹拌、液相に試料パーティションを介してでは、ろ過により固体から切り離されるかもしれない。溶媒の選択しなければならないに基づいて対象試料の溶解性と環境への配慮、安全性、コストのバランス。
Principles
抽出では、溶解性のプロパティを使用して、別のフェーズに 1 つのフェーズから溶質を転送します。抽出を実行するために溶質は元の段階でよりも 2 番目のフェーズで高い溶解度が必要です。液液抽出における溶質間に分離されて 2 つの液相通常水性と有機相。最も単純なケースの 3 つのコンポーネントが関与している: 溶媒と溶質、キャリアの液体。キャリアの液体に溶解した溶質を含む最初の混合物は溶媒と混合されます。混合、時に溶質が溶媒にキャリアの液体から転送されます。高密度ソリューションが底に落ち着きます。溶質の場所は液体と溶質の性質によって異なります。
固液抽出は、溶質、キャリアの液体ではなく固体マトリックス中に分散されていることを除いて、液-液抽出に似ています。溶剤と混合に溶質を含む、固相を分散します。溶質は溶剤に抽出固相から固相は濾過により除去し、.
このビデオでは、固液抽出手法の例は、土壌から有機塩素系残留物の抽出を示すことによって示されて。イラスト入りの固液抽出はnサンプルの組み合わせを伴います-ヘキサン超音波攪拌、ろ過、CaCl2、乾燥による残留水の除去に続いて、前濃度の下で流れる窒素。として作製したサンプルは、各種分光法とガスクロマト グラフ法による分析の準備ができて。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. 吸着有機物の土壌からの抽出
- 50 ° C のオーブンで、清潔で乾燥した広口パイレックスの耐熱皿で土の 20 g を配置し、12 時間以上乾燥します。乾燥後、パイレックスの耐熱皿から土を削除し、乳鉢と乳棒を使用して均一な粉に挽きます。土の 5.00 g の重量を量るし、清潔で乾燥した丸底フラスコ (サイズ 100 mL) に入れます。N15 mL を加え、フラスコに-ヘキサン。超音波のお風呂にフラスコを置き、60 分の超音波。
2. 抽出物と土壌の分離
- 分析ろ紙を Büchner 漏斗を準備します。Nの 1 mL でろ紙を濡れている-ヘキサン、吸引ろ過を開始。丸底フラスコの内容をフィルター ペーパーにゆっくりと注ぐ。吸引ビンには、 nが含まれています-土壌から抽出された有機物をヘキサン。フィルターには、固形物を除去された土壌が保持されます。
3. クリーン アップと前濃度
- 場合はn-ヘキサン溶液は曇り、残留水があります。乾燥n-ヘキサン溶液、CaCl2の 1 つの小さいヘラを追加。ソリューションを旋回し、15 分の最小値を確認します。解決策はまだ曇りびっしりすべて CaCl2の場合は、残りのまだ水があるし、3.1 の手順を繰り返す必要があります。ソリューションは半透明、CaCl2は自由な発想で場合は、手順 3.1。明確な解決策が達成されたら、CaCl2重力ろ過を使用してから、ヘキサンを区切ります。エキス濃度が検出、ストレージと後の分析のための清潔で乾燥したフラスコにフィルターのヘキサンが譲渡します。エキス濃度が検出限界を基準にして低い場合は、清潔で乾燥した三つ口丸底フラスコ、100 mL サイズでにフィルターのヘキサンを転送します。他の首の 1 つに、フラスコとゴムキャップのセンター首にゴム栓を配置します。第三首は開いたままにしておきます。ゴム隔壁に穴を開けるし、フラスコを窒素フローをご紹介します。窒素は、上記のソリューションは、ソリューションを通じてバブルない空間で流れる必要があります。流すことにより抽出することができます前濃縮今窒素過剰の溶媒を蒸発させる。サンプルは、分析の準備が整いました。
抽出は、混在させないでください 2 つの異なるフェーズで、溶解性に基づく混合物のコンポーネントを区切るために使用、有機化学の重要な分離手法です。
抽出は、2 つのフェーズの間に実行されます。液-液抽出の場合、別に 1 つの液相から溶解した溶質が移ります。抽出も溶質の固相から液相に転送される固液抽出と呼ばれる液体と固体の段階で実行されます。固液抽出の簡単な例は、コーヒーを醸造、水と固体コーヒーかすの混合を含みます。コーヒーのフレーバー化合物は、水の中にフォーム コーヒーの敷地から解凍されます。このビデオは抽出の原理を説明し、土壌から有機塩素系残渣の除去をラボで固液抽出を示します。
抽出では、溶解性のプロパティを使用して、別の 1 つのフェーズから溶質を転送します。抽出を実行するために溶質が元のよりも 2 番目のフェーズで高い溶解度が必要です。一般に、非常に極性が液相に分割しながら有機相非常に無極性溶質に分割されます。フェーズの選択は、関心の溶質によって異なります。
また 2 つのフェーズは混和性なければなりません。決して溶け合わないソリューション ミックスし、水と油のような別のフェーズとして残る。混和性ソリューションは、混合した後完全に同質です。
液-液抽出、溶質は通常水溶液と有機の 2 つの液体段階の間に区切られています。これはしばしば下部と上部のストッパーで活栓を装備, 漏斗で実行されます。
最も単純なケースの 3 つのコンポーネントが関与している: 溶媒と溶質、キャリアの液体。キャリアの液体に溶解した溶質を含む最初の混合物は溶媒と混合されます。ミキシング、時に溶質、溶媒にキャリアの液体から転送されます溶質がキャリアの液体よりも溶剤に溶けやすいことを限り、キャリアの液体および溶剤混和性は限り。高密度ソリューションが底に落ち着きます。
結果として得られる 2 つのフェーズがあります: エマルション、キャリアの液体と、溶媒と溶質を含む抽出物を含みます。実際がある両方の段階で各コンポーネントの残渣をする可能性があります。固液抽出は、溶質、キャリアの液体ではなく固体マトリックス中に分散されていることを除いて、液-液抽出に似ています。溶剤と混合に溶質を含む、固相を分散します。溶質は溶剤に抽出固相から固相は濾過により除去し、.今では抽出の原理に概説されている、固液抽出技術は研究室で抽出を実行することによって実証されます。
この実験では、土壌から採取したブラウン フィールド サイト、スイークレイ、ペンシルベニア州のこの 1 つに似ています。ブラウン フィールド、米国 EPA は定義の不動産に、拡大、再開発、再利用は、有害汚染物質の潜在的な存在のために複雑かもしれない。興味の汚染物質はここでは、有機塩素化合物: 除草剤アトラジン.関心のあるサイトから土壌が採取されて、一度研究室に転送します。
清潔で乾燥した広口のパイレックスの耐熱皿で土の 10 グラムを重量を量る。皿を少なくとも 12 時間の乾燥にオーブンに入れます。一度乾燥し、乳鉢と乳棒が付いている均一粉に土壌を挽きます。清潔で乾燥した 100 mL の丸底フラスコに、地盤の 5 g を配置します。ヘキサン 15 mL を追加し、フラスコを緩くストッパーします。超音波のお風呂に入れます、60 分の超音波。
分析ろ紙を Büchner 漏斗を準備します。超音波処理が完了したら、ヘキサンで紙を濡らし、吸引ろ過を開始します。サンプルを濾紙にゆっくりと注ぐ。ヘキサンとフラスコから残留固形物を洗うし、フィルターに追加。除去土壌は、フラスコにヘキサンと抽出された有機物を収集しながら、フィルター上に残ります。
ヘキサン溶液が濁っている場合、残留水が存在します。ソリューションを乾燥するには、乾燥剤は、塩化カルシウムなどの小さなヘラを追加します。乾燥剤が溶解するまで攪拌ソリューション、ソリューションを観察します。
解決策はまだ濁った塩化カルシウムが集約された場合や、ソリューションにまだ水があります。解決策は明確な乾燥自由流動性まで、プロセスを繰り返します。
次に、重力濾過により塩化カルシウムを削除します。
興味の化合物の濃度が定量限界以下の場合、集中してなりません。フィルタ リングの抽出を清潔で乾燥した 3 首丸底フラスコに転送します。センター ネックをストッパーし、他の首の 1 つにゴムキャップを置きます。3 つ目は開いたまま。
隔壁に穴を開ける、窒素線にチューブを取り付けます。フラスコから窒素を流れるを開始します。ガス上記のソリューション、ヘッド スペースに流れる、それで起きていません。ガス流は、過剰の溶媒を蒸発させます。気体の流れが約 50% があるまで許可量の削減。
ガスクロマトグラフィー.による分析できる土壌の有機成分は抽出し、集中、
アトラジン濃度は、アトラジン標準濃度を使用して計算できます。この場合、勉強ブラウン フィールド サイトで近似除草剤アトラジン濃度除草剤アトラジンの土壌 1 kg あたりの 2 mg であった。
固液抽出は、広範囲の分野で使用されます。
この手法は、魚からのポリ塩化ビフェニル Pcb、譲渡を理解する使用できます。Pcb は、EPA によって禁止されている人工の有機塩素化合物です。Pcb は容易にない環境で分解し、魚に蓄積する傾向があります。
この実験では、Pcb 含有餌魚は捕食者の魚に与えられました。捕食者の魚、収集され犠牲に。魚組織抽出のための準備で粉砕しました。
魚類組織中の PCB は、ソックスレー抽出器を用いた有機相に抽出しました。丸底フラスコ、コンデンサーとソックスレー抽出装置から成る、ソックスレー抽出器セットアップは溶剤には溶けにくいが溶質を抽出するよく使用されます。ソックスレー抽出法により大規模な固体試料で使用される溶媒の少量です。質量分析法による PCB コンテンツの抽出試験。
乾燥植物の問題、リグノと呼ばれるバイオ燃料の研究されている最も豊富な原料であります。ただし、燃料として使用される炭水化物は、リグニンと呼ばれる堅い植物マトリックス内閉じ込められています。
炭水化物を削除すると、リグニン行列通常廃棄物としての破棄されます。しかし、この実験廃棄物リグニンを燃料源として検討しました。固液抽出は、リグノ セルロース、リグニンを残してから糖質成分を別々 に利用されました。リグニンは、さらに発酵実験のために使用されました。
固液抽出は、果実の皮でワックスの量を測定するも使用できます。この実験では、トマトの皮のワックス成分を調べた。
完全な脱脂乾燥トマトの皮の皮でワックス コンテンツを完全に削除するために Sohxlet 装置を使用してを完了しました。削除ワックスでトマトの皮、さらに分析を用いて核磁気共鳴分光法。これは解明組成とネイティブの分解を助け、果物を設計しました。
固液抽出のゼウスの概要を見てきただけ。固液間の溶質の抽出の理解が必要です。
見てくれてありがとう!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
土壌サンプルに示すように、スイークレイ ペンシルベニア州と同様のブラウン フィールド サイトから収集された図 1.ブラウン フィールド、アメリカ合衆国環境保護庁 (米国 EPA) によって定義されている、不動産、どこの拡大、再開発、または再利用は、有害汚染物質の潜在的な存在のために複雑かもしれない。示すように土壌を土壌サンプラーによるブラウン フィールド サイトから集めた図 2 。
この実験への関心の汚染された除草剤アトラジン (図 3)。一般的な有機塩素系の除草剤。土壌の有機成分は抽出され、集中して、いったん炎イオン化検出器 (ガスクロマト グラフ) のガスクロマトグラフィーによる分析を行った。GC 分析は島津 14A GC を使用して行った (検出器: FID) スプリット/スプリットレス インジェクターは、CBP 10 毛細管カラムを装備 (30 m × 0.22 mm i. d.)。カラム温度は 150 ° C で最初に設定され、毎分 5 ° C の割合で 230 ° C に 150 からプログラムします。インジェクター温度が 250 ° C と、検出器温度 260 ° C であった。スプリットレス モードでは注射を行った。ヘリウムガスのキャリアは、1 mL/分の一定流量で使用されました。図 4に示すように、アトラジン濃度のアトラジン標準濃度を使用して計算だった。この場合、工事の勉強で近似除草剤アトラジン濃度土壌の kg あたりアトラジンの 2 mg であった。
図 1。スイークレイ、PA のブラウン フィールド サイト
図 2。汚染土壌の土壌サンプラーを使用して収集します。
図 3。有機塩素系の除草剤アトラジンの化学構造。
図 4。除草剤アトラジンの土壌サンプルのガスクロマト グラム。Inset: アトラジン標準。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
一般的な固液抽出手順 (このビデオで示すように) 環境モニタリングから幅広い分野に適用されます化粧品や食品加工に。重要な問題は、効果的に試料を溶解する溶剤を選択することです。溶媒の変更が少ない、等の環境汚染物質の広い範囲の土壌や汚泥、主にそのパーティションを展開するのにはこのビデオのサンプル調製法を使用できます。
このような semivolatiles の例としては、殺虫剤、多環芳香族炭化水素 (PAHs)、ポリ塩化ビフェニルなど多くの有害な汚染物質 (Pcb)。潜在的な健康のためこれらの分子、同定、定量のこれらの種の効果は学問的関心は、環境コンサルティング業界や政府機関も盛ん。EPA は維持可能な汚染物質の定量化分析・ サンプリングの承認された方法の解説。このビデオで示されている方法は、固体からの semivolatiles および nonvolatiles 超音波抽出を記述する EPA メソッド 3550 C に含まれている基本的な原則を示しています。1 EPA メソッド 3550 C は有機塩素系農薬の GC 分析を記述する EPA メソッド 8081B で参照される抽出法の一つ。2 EPA 承認方法ファイルのほとんどはアナリストが重要な事前研修を前提に書かれています。したがって、EPA メソッドを次のサンプル準備エイズの基本的な特性に関する知識を得ています。
ソックスレー抽出装置の使用は、溶剤には溶けにくいが溶質の抽出で助けることができます。セットアップは、丸底フラスコ、ソックスレー抽出、還流凝縮器で構成されています。この手法は、捕食者の魚間毒素の転送を確認し、魚を捕食するために魚から Pcb の除去によって示されています。3また、このテクニック使用できます果実の皮でワックスの量を測定する組成とネイティブと設計された果物の劣化を理解するために。4最後に、リグノ、または乾燥植物の問題からの炭水化物の抽出できます固液抽出を使用しています。5炭水化物を抽出すると、リグニンが後ろに残っています。両方のコンポーネントは、バイオ燃料のアプリケーションに使用できます。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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).
