Τεχνικές Εκχύλισης και Απόσταξης. Χρήστος Παππάς - Επίκουρος καθηγητής

Transcript

1 Τεχνικές Εκχύλισης και Απόσταξης Extraction and Distillation Techniques Πέτρος Ταραντίλης- Αναπληρωτής καθηγητής Χρήστος Παππάς - Επίκουρος καθηγητής

2 Τεχνικές Εκχύλισης και Απόσταξης Φυτικό Υλικό Τεχνικές Εκχύλισης και Τεχνικές Απόσταξης

3 Φυτικό Υλικό: Συλλογή-Συντήρηση ήρη η Επιλογή και ταξινόμηση του φυτικού υλικού Συλλογή: Οι ιστοί που θα χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση, θα πρέπει να είναι νωποί (φρέσκοι) έ Γιατί; ιαφορετικά πρέπει να ξηραθούν Τα κύτταρα των φυτικών ιστών περιέχουν ένζυμα τα οποία κυρίως μετά τη συλλογή (και θάνατο) του φυτικού υλικού προάγουν διάφορες χημικές αντιδράσεις μεταξύ των κυτταρικών συστατικών, όπως οξειδώσεις ή υδρολύσεις. Γ ύ ζ έ δ ί ί Για να περιοριστούν οι ενζυμικές διεργασίες που γίνονται σε υδατικό περιβάλλον το φυτικό υλικό πρέπει να ξηραθεί. 3

4 είγμα: Συλλογή-Συντήρηση ήρη η Συντήρηση Φυτικού Υλικού Ψύξη Κατάψυξη Ξήρανση 4

5 είγμα: Συλλογή-Συντήρηση ήρη η Συντήρηση Φυτικού Υλικού Ξήρανση: Οι κυριότερες τεχνικές ξήρανσης είναι: Α) ξήρανση με έκθεση στον αέρα, Β) ξήρανση με θέρμανση, Γ) λυοφιλίωση (κρυοξήρανση ή κρυοαφιδάτωση). 5

6 είγμα: Συλλογή-Συντήρηση ήρη η Συντήρηση Φυτικού Υλικού Ξήρανση: να γίνεται κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες όσο το δυνατό πιο γρήγορα, σε χαμηλές θερμοκρασίες, για την αποφυγή χημικών αλλαγών των συστατικών Οι αποξηραμένοι ιστοί πρέπει να διατηρηθούν σε πλαστικές σακούλες και σε καλές συνθήκες μέχρι να αναλυθούν για την αποφυγή χημικών αλλαγών των συστατικών. 6

7 Τεχνικές Εκχύλισης και Απόσταξης Παραλαβή των συστατικών Α. Εκχύλιση ιήθηση Β. Απόσταξη Πρώτα από όλα προσοχή πρέπει να δοθεί ώστε όλοι οι διαλύτες να είναι καθαροί και ιδιαίτερα οι αιθέρες ρς να περιέχουν αντιοξειδωτικά,, όπως βουτυλο-υδροξυ-τολουένιο (ΒΗΤ). 7

8 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Εκχύλιση ιήθηση (Extraction Filtration) Εκχύλιση: Απομόνωση ιαχωρισμός ουσίας από στερεό μίγμα ή διάλυμα με τη βοήθεια ενός διαλύτη (εκχυλιστής) χ Πού βασίζεται; Στην κατανομή μιας ουσίας μεταξύ δύο φάσεων, που πρακτικά δεν αναμειγνύονται Τεχνικές εκχύλισης: Εκχύλιση στερεών με υγρό (extraction) Εκχύλιση στερεής φάσης (solid phase extraction) Εκχύλιση υγρού ή στερεού σώματος διαλυμένου σε υγρό από άλλο υγρό (liquid-liquid extraction) 8

9 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης Οι μέθοδοι εκχύλισης που συνήθως χρησιμοποιούνται είναι: Απλή εκχύλιση σε «θερμοκρασία δωματίου» ή «εν θερμώ», με ή χωρίς ανάδευση Εκχύλιση σε συσκευή Soxhlet (θέρμανση) Εκχύλιση με διαχωριστική χοάνη (Separation funnel) Εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους (Ultra Sound Assisted Extraction, USE) Εκχύλιση υποβοηθούμενη από μικροκύματα (Microwave Assisted Extraction, MAE) O ακριβής τρόπος εκχύλισης εξαρτάται από τη δομή τη φυτικού υλικού, το νερό που περιέχει και το είδος των συστατικών που πρόκειται να απομονωθούν. 9

10 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Μέθοδοι εκχύλισης Απλή εκχύλιση σε «θερμοκρασία ρ δωματίου» ή «εν θερμώ», με ή χωρίς ανάδευση. Εκχύλιση στερεών με υγρό (extraction). ti 0

11 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Τεχνικές ιήθησης Μετά την εκχύλιση πολλές φορές ακολουθεί διήθηση Σκοπός της διήθησης είναι να διαχωρίσει τη στερεή ρή ουσία από την υγρή φάση

12 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Τεχνικές ιήθησης ιήθηση με γυάλινο χωνί χρησιμοποιείται χαρτί για την κατακράτηση του στερεού (κώνος ή πτυχωτός ηθμός) Το υγρό περνά λόγω βαρύτητας ιήθηση με χωνί Büchner (από πορσελάνη) χρησιμοποιείται το κενό υδραντλίας (γρήγορη διήθηση)

13 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Μέθοδοι εκχύλισης Εκχύλιση σε συσκευή Soxhlet. Εκχύλιση στερεών με υγρό (extraction) 3

14 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Μέθοδοι εκχύλισης Εκχύλιση στερεής φάσης (Solid Phase Extraction, SPE) Μικρο-εκχύλιση στερεής Φάσης (Solid Phase MicroExtraction, SPME) 4

15 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Eκχύλιση στερεής φάσης (SPE) με στήλες C8. Ενεργοποίηση. Προσθήκη δείγματος στήλης με MeOH και Η Ο 3. Έκπλυση μη 4. Έκλουση ουσιών επιθυμητών ουσιών που μας ενδιαφέρουν με το κατάλληλο 5 διαλύτη

16 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Eκχύλιση στερεής φάσης (SPE) με στήλες C8 Τα πλεονεκτήματα της τεχνικής αυτής είναι:. Είναι ταχύτατη, Κατεργαζόμαστε περίπου 0 δείγματα σε 0 λεπτά της ώρας.. εν απαιτείται χρόνος για πλύση συσκευών, οι στήλες είναι μιας χρήσης. 3. Εκχυλίζονται ίχνη ενώσεων που ενδιαφέρουν από μεγάλους όγκους χωρίς εξάτμιση. 4. Τα αποτελέσματα είναι αυστηρά επαναλήψιμα. 6

17 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης Εκχύλιση με διαχωριστική χοάνη (Separation funnel) Εκχύλιση υγρού ή στερεού σώματος διαλυμένου σε υγρό (διαλύτης (δα ύ Α) ) από άλλο υγρό (εκχυλιστής σήςδα διαλύτης Β) ) (liquid- liquid extraction) Τεχνική της Εκχύλισης 7

18 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης K D = Συντελεστής Κατανομής (Distribution Coefficient) K D C C C συγκέντρωση της ουσίας στον εκχυλιστή διαλύτη Β συγκέντρωση της ουσίας στον εκχυλιζόμενο διαλύτη Α Β Α Υδατική ή οργανική φάση Οργανική ή υδατική φάση d H O = g/ml d οργ. < d HO d οργ. >d H O για χλωριωμένους 8

19 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης Ερώτημα: Αν έχουμε στη διάθεσή μας 00 ml εκχυλιστικού (Extractant), τι θα προτιμήσουμε να κάνουμε μία () εκχύλιση με όλο το εκχυλιστικό ή χ ς χ ης ή η ης τι θα προτιμήσουμε να κάνουμε μία () εκχύλιση με όλο το εκχυλιστικό ή πολλές εκχυλίσεις με ένα μέρος του εκχυλιστικού; V = ml εκχυλιζόμενου διαλύτη Α V = ml εκχυλιστή διαλύτη Β W 0 = g αρχικής διαλυμένης ουσίας W = g ουσίας που μένουν στον εκχυλιζόμενο διαλύτη Α μετά την η εκχύλιση W = g ουσίας που μένουν στον εκχυλιζόμενο διαλύτη Α μετά τη η εκχύλιση V W W V W W C K 0 η V V K W W V W C K D D 0 W W η V V K V W W V W W VW C C K D D η V V K V W W D 0

20 Τεχνικές Εκχύλισης ιήθησης ης n εκχυλίσεις W n W 0 K D V V V n W n = g ουσίας που μένουν στον εκχυλιζόμενο διαλύτη Α μετά από n εκχυλίσεις W n 0 όταν : V μικρό n μεγάλο Άρα καλύτερα αποτελέσματα έχουμε όταν κάνουμε πολλές εκχυλίσεις με μικρότερες ποσότητες διαλύτη, παρά μια εκχύλιση με όλο τον όγκο του διαλύτη

21 Παραλαβή οργανικών οξέων Μίγμα οργανικών ουσιών σε οργανικό διαλύτη (π.χ. χ CH Cl ) Υδατικό διάλυμα NaOH N RCOOH + NaOH RCOONa + H O ph>7 Οργανική Φάση Υδατική Φάση RCOONa οργανικές προσμίξεις Υδατικό διάλυμα HCl N RCOONa + HCl RCOOH + NaCl ph<7 Υδατική Φάση RCOOH Παραλαβή RCOOH ιήθηση

22 Τεχνικές Απόσταξης Μέθοδοι Απόσταξης - Παραλαβή Πτητικών Συστατικών Η παραλαβή πτητικών ουσιών (αιθερίων ελαίων) που περιέχονται σε φυτικούς ιστούς σούςχρειάζεται ειδικές εδ προφυλάξεις και επιτυγχάνεται ε με τους εξής τρόπους: Απόσταξη με υδρατμούς (Steam ή Hydro Distillation, SD ή HD) Μικρό-Απόσταξη με Υδρατμούς Εκχύλιση με Οργανικό ιαλύτη (Micro- Steam Distillation Extraction, MSDE) Απομόνωση από το χώρο πάνω από φυτό (Head Space, HS) Απόσταξη με κενό(vacuum( Head Space Distillation, VHSD). Εκχύλιση με υπερκρίσιμα ρευστά (Super Critical Liquids, SCL)

23 Τεχνικές Απόσταξης Παραλαβή πτητικών συστατικών (αιθερίων ρ ελαίων) ) Υδρο-απόσταξη (Hydro Distillation, HD)

24 Τεχνικές Απόσταξης Μέθοδοι Απόσταξης - Παραλαβή Πτητικών Συστατικών Απόσταξη με υδρατμούς (Steam ή Hydro Distillation, SD ή HD) Συσκευή Clevenger Φυτικό Υλικό Ατμός Ψύξη Συμπύκνωση Παραλαβή Αιθερίου Ελαίου Αποστακτικό συγκρότημα 4

25 Τεχνικές Απόσταξης Μέθοδοι Απόσταξης - Παραλαβή Πτητικών Συστατικών Μικρό-Απόσταξη με Υδρατμούς Εκχύλιση με Οργανικό ιαλύτη (Micro- Steam Distillation Extraction, tacto MSDE) Συσκευή Likens-Nickerson 5

26 Τεχνικές Απόσταξης Μέθοδοι Απόσταξης - Παραλαβή Πτητικών Συστατικών Απομόνωση από το χώρο πάνω από φυτό (Head Space, HS) 6

27 Τεχνικές Απόσταξης Μέθοδοι Απόσταξης - Παραλαβή Πτητικών Συστατικών Απόσταξη με κενό (Vacuum Head Space Distillation, VHSD). κενό υδραντλίας 7

28 Τεχνικές Απόσταξης Εκχύλιση με υπερκρίσιμα ρευστά (Super Critical Liquids, SCL) 4 Pr TT 7 8 PT TT PT PT Μονάδα για υπερκρίσιμη εκχύλιση (τύπος SFE-500, SEPAREX) : κύλινδρος CO 7: θερμαντήρας 3: διαχωριστήρες : συμπυκνωτήρας 3: αντλία CO 4: αντλία συνδιαλύτη 8: ροόμετρο 9: εκχυλιστήρας 0: λουτρά θέρμανσης 4: φίλτρο Pr: ρυθμιστής πίεσης PT: ενδεικτικά πίεσης 5: δοχείο ψυκτικού ρευστού 6: αντλία ψυκτικού ρευστού : αντλία θερμαντικού ρευστού : αντλία ανακυκλοφορίας TT: ενδεικτικά θερμοκρασίας

29 Τεχνικές Εκχύλισης Εναλλακτικές Τεχνικές Εκχύλισης Εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους (Ultra Sound Assisted Extraction, USE) Εκχύλιση υποβοηθούμενη από μικροκύματα (Microwave Assisted Extraction, MAE) Μικρο-εκχύλιση στερεής ρήςφάσης (Solid Phase MicroExtraction, SPME) 9