Экстракция (экстрагент)
Экстракция (лат. Extractio лат. Extragere - извлекать, добывать) - это процесс извлечения одной или нескольких веществ (компонентов) из сложных систем (жидких или твердых) селективным растворителем, который называется экстрагентом.
Вещества, которые изымают из сырья (растительного, животного) с помощью экстрагента (растворителя), называются экстрактивными веществами. Их условно делят на действующие и сопутствующие. К действующим веществам относятся алкалоиды, гликозиды, эфирные масла, витамины и другие вещества, от которых в основном зависит терапевтический эффект. К сопутствующим веществам относятся клетчатка, белок, смолы, пектиновые вещества, крахмал и др. Лечебное действие экстрактивных веществ обусловлена не одной действующим веществом сырья, а комплексом биологически активных веществ, которые усиливают, ослабляют или видоизменяют действие основного вещества.
Целью экстракции
Целью экстракции является разделение смесей, повышение концентрации любого вещества, освобождение растворителя от примесей или его замена и тому подобное. Значительным преимуществом экстрагирования сравнению с другими процессами разделения жидких смесей является низкая рабочая температура, обычно комнатная. Для проведения экстракции используют специальные аппараты - экстракторы, к которым помещают исходную смесь и растворитель (экстрагент). В результате экстракции образуются экстракт - раствор добытых компонентов в экстрагенте и рафинат - смесь, в которой концентрация этих компонентов будет меньше. Процесс экстрагирования можно отобразить с помощью схемы.
Экстрагент (растворитель)
Экстрагент (растворитель) выбирают в зависимости от механизма и технологических особенностей процесса экстрагирования.
Основные требования к экстрагенту:
- малая растворимость в компоненте - носители исходной смеси (в первичном растворителе)
- селективность, то есть способность извлекать из исходной смеси или материала только один компонент или группу компонентов.
Промышленные экстрагенты необходимо, чтобы он дополнительно было:
- высокое значение константы распределения К, что позволяет снизить расход растворителя на единицу массы исходной смеси (материала) высокое значение коэффициента диффузии D для того, чтобы повысить скорость процесса и вследствие этого уменьшить размеры экстрактора;
- низкую Tзамерз;
- антикоррозионные свойства по отношению к материалу аппаратуры; невоспламеняемость или узкие пределы Tзайм; низкую теплоемкость, высокой летучестью, низкую теплоту испарения (для снижения затрат на регенерацию).
При выборе экстрагентов следует также сравнивать их плотность, t кип и Tзайм давление насыщенного пара, показатель преломления, растворимость в воде, токсичность, фармакологическую индифферентность и тому подобное. В химической и фармацевтической промышленности чаще всего применяют такие экстрагенты, как вода, этанол, бензол, четыреххлористый углерод, хлороформ, трихлорэтилен, ацетон, диэтиловый эфир, сжиженные газы и тому подобное. При экстрагировании из растительного сырья для улучшения условий разделения часто используют смешанные растворители. В таблице приведены основные физические характеристики некоторых органических растворителей, необходимые для расчетов.
Таблица. Физические характеристики некоторых органических растворителей
| № п / п | Растворитель | Мол. м. | Плотность ρ, кг / м3 при 20 ° С | Динамическая вязкость η • 103 Па • с при 20 ° С | Поверхностное натяжение σ • 103 Дж / м2 при 20 ° С | диэлектрический коэфф ε | Температура кипения, t кип., ° С | Удельная теплоемкость С, кДж / кг • К при 20 0С | Удельная теплота образования пары λ, кДж / кг при t кип. |
| 1 | Ацетон СН3СОСН3 | 58,1 | 791 | 0,322 | 23,7 | 20,7 (25 ° С) | 56,2 | 2,178 | 512,3 |
| 2 | Бензол С6Н6 | 78,1 | 879 | 0,651 | 29,0 | 2,28 (20 ° С) | 80,1 | 1,676 | 393,8 |
| 3 | Этанол С2Н5ОН | 40,1 | 789 | 1,19 | 22,3 | 24,3 (25 ° С) | 78,3 | 2,555 | 846,4 |
| 4 | Изопропанол (СН 3) 2СНОН | 60,1 | 785 | 2,39 | 21,7 | 18,3 (25 ° С) | 82,4 | 2,597 | 673,6 |
| 5 | Метанол СН3ОН | 32,04 | 792 | 0,584 | 22,6 | 32,63 (25 ° С) | 64,5 | 2,472 | 1111,0 |
| 6 | Тетрахлорида углерода ССl 4 | 153,8 | 1594 | 0,97 | 26,9 | 2,24 (20 ° С) | 76,8 | 0,838 | 193,9 |
Для повышения эффективности экстракции подбирают такие условия ее проведения (добавление электролитов или других добавок, температура, давление, уровень рН и т.д.), при которых уменьшается влияние побочных реакций, например. диссоциации, ассоциации и тому подобное.
При проведении экстракции из твердой сырья растительного или животного происхождения скорость процесса повышают в несколько раз действием ультразвука на суспензию, которая образуется после добавления соответствующего растворителя к измельченного сырья.
Для интенсификации процесса экстракции в условиях химического и фармацевтического производства широко применяют экстракторы, действие которых основано на принципах противотока и перемешивания жидкостей. При промышленном разделении Е. проводят или в каскаде аппаратов типа смеситель-отстойник, или в противоточных экстракционных колоннах. Преимуществом смесителя-отстойника является быстрое восстановление режима в каскаде после прекращения процесса, простота эксплуатации и тому подобное. Недостатки - большое количество механического и пневматического оборудования, медлительность достижения равновесия и тому подобное.
Согласно второму закону термодинамики экстракции является самовольным процессом, при течении которого выравниваются химические потенциалы компонента в фазах, контактирующих. Состояние равновесия характеризуется термодинамической константой распределения.
где μ20 (1) и μ20 (11) - стандартные химические потенциалы компонента, который распределяется; R - универсальная гАзова стала; T - температура. Расчет количественных характеристик жидкостной экстракции основывается на законе распределения вещества между двумя растворителями, не смешиваются. Для вычисления материального баланса при одноступенчатой Э. применяют уравнение: ekstrakcia2.eps (2) а при многоступенчатой экстракции (3) где m0 - количество вещества, добываемого в исходном растворе; V0 - объем исходного раствора; V - объем порции экстрагента; n - кратность Е .; m1 - количество вещества, добываемого которая осталась в исходном растворе после однократной экстракции; mn - количество вещества, осталась в исходном растворе после n-кратного экстрагирования. Экстракция широко применяют с аналитической целью, для изолирования лекарственных веществ и ядов при проведении химико-токсикологических исследований.
В фармацевтической практике экстракцию используют для выделения из лекарственного растительного сырья эфирных масел, алкалоидов; на разных стадиях получения и очистки антибиотиков; при изготовлении экстрактов, настоек. Современные методы очистки сточных вод химического, фармацевтического и парфюмерно-косметического производства также включают стадию экстракции.
Кратность экстракции (n), необходимую для снижения содержания вредных для окружающей среды веществ до ПДК, рассчитывают по уравнению (3) .
- Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. Экстрагирование (система твердое тело-жидкость). - Л., 1974;
- Коренман И.М. Экстракция в анализе органических веществ. - М., 1977;
- Красовский И.В., Вайль Е.И., Безуглый В.Д. Физическая и коллоидная химия. - М., 1983;
- Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. - СПб., 1998;
- Муравьев И.А. Технология лекарств. - М., 1980;
- Аптечная технология лекарств / Под ред. П. Пивненко. - М., 1962;
- Основы жидкостной экстракции / Под ред. А. Ягодина. - М., 1981;
- Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М., 1987;
- Романков П.Г., Курочкина М.И. Экстрагирование из твердых материалов. - Л., 1983;
- Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия / Под ред. А. Стромберга. - М., 2001;
- Фармацевтические и медико-биологические аспекты лекарств / И.М. Перцев, О.Ф. Пиминов, М.М. Слободянюк и др .; под ред. И.М. Перечная. - Винница, 2007;
- Физическая и коллоидная химия / В.И. Кабачный, Л.К. Осипенко, Л.Д. Грицан и др. - Х., 1999.