Per estrazione si intende nell accezione più semplice il trasferimento di un soluto da una fase ad un altra

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1 Per estrazione si intende nell accezione più semplice il trasferimento di un soluto da una fase ad un altra MATRICE LIQUIDA Estrazione liquido liquido (LLE) estrazione in discontinuo (imbuto separatore) estrazione in continuo Estrazione in fase solida (SPE) Microestrazione in fase solida (SPME) MATRICE SOLIDA Soluti non volatili Estrazione solido liquido Estrazione con percolatori Estrazione con apparecchio Soxhlet Sonicazione Estrazione accelerata con solvente (ASE) Estrazione assistita da microonde (MASE) Estrazione con fluidi supercritici (SFE) 1

2 Soluti volatili MATRICE LIQUIDA/SOLIDA Estrazione in fase gas Spazio di testa statico (SHS) Purge and Trap (P&T) Microestrazione in fase solida (SPME) ESTRAZIONE LIQUIDO - LIQUIDO (LLE) I metodi estrattivi liquido-liquido sono semplici metodi di separazione che permettono una prima sommaria suddivisione in gruppi di composti che costituiscono una miscela. I metodi estrattivi liquido-liquido si basano sulla distribuzione del soluto tra due liquidi essenzialmente non miscibili di cui uno solitamente è un solvente organico quale ad esempio etere, cloroformio, diclorometano.. (apolare), l altro è una soluzione acquosa (polare). 2

3 Due liquidi si dicono miscibili quando mescolati in qualsiasi rapporto formano un unica fase. Due liquidi si dicono immiscibili quando ciascun liquido rimane in una fase diversa. L immiscibilità non è mai totale ma per comodità la si considera tale quando solo il 3% dell uno è solubile nell altro. Il processo di estrazione è regolato dalla legge di ripartizione o legge di distribuzione (LEGGE DI HENRY) CA CB la quale stabilisce che se ad un sistema a due fasi liquide immiscibili tra loro A e B si aggiunge un terzo componente C (più o meno solubile in entrambe le fasi) quest ultimo componente si distribuisce tra le due fasi fino al raggiungimento dell equilibrio: C A C B 3

4 L equilibrio sarà tale che il rapporto tra le concentrazioni nei due componenti resti costante a temperatura costante: CA CB = costante di distribuzione = K = Kd = P A e B = solventi immiscibili tra loro C A C B = concentrazioni della sostanza nel solvente A = concentrazioni della sostanza nel solvente B K = coefficiente di ripartizione o di distribuzione Il valore di K dipenderà dalla natura del soluto e da quella dei solventi e dalle condizioni sperimentali (ph, aggiunta complessanti..) Questa legge è rigorosamente valida immiscibili tra loro. Solitamente: solo per solventi considerati al numeratore è riportata la concentrazione del soluto nel solvente organico, al denominatore la concentrazione del soluto in H 2 O C solv. organico = K C solv. acquoso Per cui dire che un composto ha un coefficiente di ripartizione tra benzene ed acqua pari a 3 K = 3 (o K=1/3 tra acqua e benzene) vuol dire che la concentrazione del soluto all equilibrio nella fase benzenica sarà tre volte maggiore di quella nella fase acquosa. 4

5 Il grado con il quale i soluti, sia organici che inorganici si distribuiscono tra due liquidi non miscibili differisce enormemente e queste differenze sono state e sono sfruttate allo scopo di eseguire delle separazioni di specie chimiche. 5

6 ESTRAZIONE (LLE) in DISCONTINUO: per analiti con valori di K (tra solvente organico e acqua) elevati. Si effettua in imbuto separatore. ESTRAZIONE (LLE) in CONTINUO: (con estrattori) passaggio di un flusso continuo di solvente immiscibile attraverso la soluzione acquosa. Particolarmente adatta per analiti con valori di K bassi. ESTRAZIONE (LLE) in DISCONTINUO Applicabile quando il composto da estrarre è più solubile nell estraente che in acqua, cioè quando il coefficiente di ripartizione tra solvente organico e acqua è grande. 6

7 1 2 3 Le fasi sono separate! Si raccoglie la fase sottostante Si raccoglie la fase sopra 7

8 La scelta del solvente dipenderà dalla solubilità in esso della sostanza da estrarre e dalla facilità con cui il solvente può essere separato senza comportare alterazioni per il soluto. I solventi organici più comuno sono: Etere etilico (p.eb. 35 C) Benzene Esano Altri idrocarburi Meno densi dell H 2 O Cloroformio Diclorometano Tetracloruro di carbonio Più densi dell H 2 O 8

9 N.B. Il volume dell imbuto separatore dovrà essere circa il doppio della somma dei volumi della soluzione acquosa e dell estraente per il crearsi di una sovrapressione. (Esempio: etere etilico, tensione di vapore mm di mercurio mm di mercurio dovuti all aria + la tensione di vapore dell acqua). Esecuzione dell estrazione L estrazione si effettua ponendo in agitazione il campione (A), e il solvente per un tempo determinato attendendo la separazione di fase (B) e recuperando la fase solvente che contiene gli analiti estratti di interesse (C). L ampia gamma di solventi disponibili permette di effettuare estrazioni molto selettive. Va sempre considerato il fatto che si utilizzano spesso solventi organici e quindi tossici. A B C 9

10 Dibattendo energicamente si possono creare delle emulsioni che possono essere rotte. 1 Può essere utile un metodo meccanico, come ad esempio, muovere con l estremità di una bacchetta di vetro l interfaccia tra l emulsione e la fase liquida che si sta separando (entrerà così aria). Si può anche oscillare o ruotare l imbuto con un cauto movimento rotatorio, così da creare dei piccoli vortici. Spesso ha effetto anche una filtrazione lenta attraverso uno strato compatto di lana di vetro posto in un imbuto di Hirsch o di Buchner. 2 Può essere utile aumentare la concentrazione delle specie ioniche aggiungendo cloruro di sodio, solfato di sodio o carbonato di potassio. Se si sta estraendo una soluzione alcalina si può aggiungere un po di acido solforico diluito, ma senza raggiungere la neutralizzazione completa o l acidificazione, che potrebbero far cambiare la natura chimica di qualche componente del soluto (vedi sotto). 3 A volte l emulsione può essere rotta aggiungendo alcune goccie di alcool o di un altro solvente adatto. L aggiunta va fatta all interfaccia tra l emulsione e il liquido, mediante una pipetta contagocce. 4 Molto spesso basta semplicemente lasciare la miscela a riposo per qualche tempo perché si abbia una separazione soddisfacente. 10

11 Estrazione liquido-liquido (LLE) e concentrazione per evaporazione del solvente La completezza dell estrazione dipende non solo dal coefficiente di ripartizione ma anche dal volume delle fasi usate. La completezza dell estrazione è misurata dalla concentrazione W di soluto rimasto in fase acquosa dopo una estrazione. Usando: EFFICIENZA ESTRATTIVA un volume (V) di fase acquosa e un volume (S) di fase organica. si dimostra che a parità di fase organica usata l estrazione risulta più completa se il solvente viene ripartito in diverse aliquote 11

12 W 1 = quantità di soluto che resta nella soluzione acquosa dopo la prima estrazione v = volume della soluzione acquosa W o = grammi di composto organico da estrarre S = ml di solvente organico W 1 K = W 1 /v = v W 1 / v (W 0 - W 1 ) / S + KW 1 S KW 0 - KW 1 S = KW 0 S W 1 S v K W + = KW 1 S 0 S S S W 1 S v + K = KW 0 W 1 = S v K + K W 0 W 1 = W 0 K v S + K v Indicando con W 2 la quantità di soluto che resta nella soluzione acquosa dopo la seconda estrazione, avremo: K = W 2 / v (W 1 -W 2 )/S da cui: W 2 = W 1 K v Kv + S = W o ( K v K v + S ( 2 La quantità del composto organico che resta nella soluzione acquosa dopo n estrazioni sarà: W n = W o K v KV + S da cui si vede chiaramente che Wn sarà minore di W 1. ( ( n 12

13 Per esempio 4.0 g di sodio butirrato sciolto in 100 ml di acqua a 15 C viene estratto con 100 ml di benzene in un unica estrazione si ha: Wn = H2 O H2 O = 1.0 g B K = 1 3 H 2 O benzene oppure K = 3 tra benzene e H 2 O Con 3 estrazioni, ciascuna con 33 ml di benzene Wn = H2 O 3 x 100 H 2 O K v W n = W o = 0.5 g K v + S n da 4 g con un unica estrazione da 100 ml RESTA 1g di sodio butirrato in soluzione e questo quindi significa aver estratto 3g di sostanza pari al 75% da 4 g con tre estrazioni da 33.3 ml RESTANO 0,5 g di sodio butirrato in soluzione e questo quindi significa aver estratto 3.5 g di sostanza pari al 87.5% Una volta terminata l estrazione della fase acquosa con solventi organici, solitamente prima di allontanare il solvente (attraverso distillazione) si sottopone la fase organica estraente complessiva ad un trattamento di anidrificazione mediante l utilizzo di un agente essiccante. Un agente essiccante viene scelto sulla base delle seguenti considerazioni: 1) non deve reagire chimicamente con il composto organico; 2) deve esercitare un azione essiccante rapida ed efficiente; 3) non deve sciogliersi nel liquido; 4) deve essere economico; 5) non deve catalizzare eventuali reazioni chimiche del composto organico. 13

14 L azione essiccante può dipendere: dalla formazione di idrati: es sodio solfato decaidrato, cloruro di calcio esaidrato; dalla reazione con acqua: ossido di calcio, anidride fosforica ESTRAZIONE LIQUIDO-LIQUIDO (LLE): Metodica di STUDINGER Per casi particolari è naturalmente possibile sviluppare e mettere a punto trattamenti appropriati per estrarre componenti più svariati in matrici anche molto complesse. Lo schema riportato nella figura successiva, illustra i diversi stadi con cui è possibile eseguire mediante operazioni in più stadi una separazione preliminare di campioni complessi in più frazioni con caratteristiche chimico-fisiche diverse. 14

15 SMISTAMENTO DI MISCELE SECONDO N. STAUDINGER MISCELA DISTILLAZIONE A 100 C M.V. ESTRAZIONE CON ACQUA P.V. ESTRAZIONE CON ETERE INSOLUBILE M.V. 1 SOLUBILE M.V. 2 SOLUBILE P.V. 1 ; P.V. 2 INSOLUBILE P.V. 3 ; P.V. 4 Sostanze solubili in etere, poco solubili o insolubili in acqua Sostanze solubili in etere ed in acqua ESTRAZIONE CON ACQUA ESTRAZIONE CON ACQUA Sostanze solubili in etere, poco o niente solubili in acqua SOLUZIONE ETEREA P.V. 1 SOLUZIONE ACQUOSA P.V. 2 Sostanze solubili in etere ed in acqua SOLUBILE P.V. 3 Sostanze solubili in acqua e insolubili in etere INSOLUBILE P.V. 4 Sostanze poco solubili o insolubili in etere ed in acqua Smistamento di una miscela di sostanze organiche secondo la sistematica di STAUDINGER Sostanze molto volatili (M.V.) Sostanze poco volatili (P.V.) M.V. 1 = Sostanze solubili in etere, poco solubili o insolubili in acqua M.V. 2 = Sostanze solubili in etere ed in acqua P.V. 1 = Sostanze solubili in etere, poco o niente solubili in acqua P.V. 2 = Sostanze solubili in etere ed in acqua P.V. 3 = Sostanze solubili in acqua e insolubili in etere P.V. 4 = Sostanze poco solubili o insolubili in etere ed in acqua 15

16 M.V. 1 Sostanze solubili in etere, poco solubili o insolubili in acqua Appartengono a questo gruppo i composti tipicamente organici quali: gli idrocarburi e i loro derivati alogenati, gli eteri ed esteri a basso peso molecolare; alcooli, aldeidi e chetoni contenenti da 4 a 6 atomi di carbonio. M.V. 2 Sostanze solubili in etere e in acqua Appartengono a questo gruppo quelle sostanze organiche che hanno una certa polarità ed un peso molecolare basso; per esempio si possono trovare alcooli, aldeidi, chetoni, ammine ed acidi. Queste ultime due classi di composti non si potranno mai trovare insieme nella fase volatile in quanto, se fossero stati presenti nella miscela iniziale, avrebbero formato un sale non volatile e di conseguenza in fase volatile si sarebbe trovato solo quel composto che era in eccesso. 16

17 P.V. 1 Sostanze solubili in etere, poco o niente solubili in acqua (gruppo più numeroso) In questo gruppo si trovano numerosissime sostanze organiche aventi carattere debolmente polare quali: gli idrocarburi superiori, i loro derivati alogenati o nitrati tutte le altre sostanze a carattere neutro; insieme ad essi si trovano le sostanze aventi un certo carattere polare ed un peso molecolare non troppo basso; per esempio acidi carbossilici, alcooli, fenoli ed ammine; la scarsa solubilità in acqua di quest ultime è dovuta alla grandezza del radicale organico in esso presente. P.V.2 Sostanze solubili nell etere e nell acqua Si trovano in questo gruppo le sostanze polifunzionali in cui parte polare e non polare si compensano P.V.3 Sostanze solubili in acqua ed insolubili in etere Appartengono a questo gruppo le sostanze aventi tipico comportamento minerale come per esempio: i sali degli acidi e delle basi organiche, gli acidi solfonici, i composti poliossidrilati come gli idrati di carbonio, gli acidi policarbossilici e idrossipolicarbossilici. 17

18 P.V. 4 Sostanze poco solubili o insolubili in etere e in acqua Si trovano in questo gruppo composti tipicamente organici aventi peso molecolare molto elevato; per esempio l amido, la cellulosa, i polimeri, alcune anilidi, ecc. I vari gruppi possono contenere: A = Sostanze a carattere fortemente acido; B = Sostanze a carattere acido; C = Sostanze a carattere debolmente acido; D = Sostanze a carattere basico; E = Sostanze a carattere neutro 18

19 Nelle tecniche di estrazione liquido - liquido si può: variare il ph aggiungere contro ioni formare complessi SEPARAZIONE ESTRATTIVA Mediante variazione del ph CARATTERISTICHE ACIDO- BASE Reazione acida: acidi liberi e loro derivati, polifenoli, acidi dicarbossilici, si sciolgono nelle basi perché formano i sali (es sodici) solubili nel mezzo acquoso: HX + NaHCO 3 NaX + H 2 O + CO 2 HX + Na 2 CO 3 NaX + NaHCO 3 HX + NaOH NaX + H 2 O 19

20 H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O + + HCO 3 - Ka 1 = 4.3 x10-7 HCO H 2 O H 3 O + + CO Ka 2 = 4.3 x10-11 L acido più forte sposta dai suoi sali l acido più debole quindi le sostanze capaci di spostare l acido carbonico dai bicarbonati sono gli acidi più forti (carbossilici alifatici ed aromatici, e ac solfonici) Quindi per trattamento con NaHCO 3, Na 2 CO 3, NaOH, nell ordine descritto sarà possibile differenziare gli acidi in base alla loro differente forza acida. Si ripristina l analita acido per trattamento con una soluzione acida: NaX +HCl HX + NaCl Si ripristina così l acido di partenza che in soluzione acquosa non essendo più solubile formerà un precipitato che potrà essere recuperato per filtrazione o successiva estrazione con opportuno solvente. 20

21 Reazione basica : Basi libere, sali di acidi organici con metalli alcalini e alcalino terrosi (per acidificazione si libera l acido, cioè formano cloridrati solubili in mezzo acquoso) N: + H + Cl - ammina + N H Cl - sale dell'ammina Per recuperare la base libera: + N H Cl - + Na + OH - N.b. non è possibile differenziare le varie sostanze basiche in base alla loro forza in quanto oltre all HCl non ci sono altri acidi di diversa forza disponibili in soluzione acquosa. N: + Na + Cl - + H 2 O sale di ammina ammina La base di partenza, ripristinata per trattamento con una soluzione basica, precipita e può essere recuperata per filtrazione o successiva estrazione con opportuno solvente. A Sostanze a carattere fortemente acido. Vi appartengono quelle sostanze che si sciolgono in una soluzione satura di NaHCO 3 più di quanto non si sciolgono in acqua ACIDI con Ka > 10-7 acidi carbossilici, acidi solfonici fenoli polisostituiticon gruppi elettronattrattori B Sostanze a carattere acido. Si sciolgono in una soluzione di Na 2 CO 3 2N ACIDI con Ka tra 10-7 e fenoli sostituiti barbiturici 21

22 C Sostanze a carattere debolmente acido. Si sciolgono in una soluzione di NaOH 2N ACIDI con < fenoli acidi idrossammici immidi D Sostanze a carattere basico. Queste danno sali con HCl 2N E Sostanze a carattere neutro. Non sono capaci di dare sali né con le soluzioni acquose alcaline né con quelle acide. In questo sottogruppo si trovano oltre agli idrocarburi ed ai loro alogeno derivati anche gli alcooli, le aldeidi, i chetoni, gli esteri a peso molecolare non troppo basso, i nitro composti aromatici, le ammidi ed i composti aventi carattere acido o basico poco pronunciato. 22

23 SMISTAMENTO DEL GRUPPO P.V. 1 SOLUZIONE ETEREA P.V. 1 Sostanze solubili in etere, poco o niente solubili in acqua. (gruppo più numeroso) ESTRAZIONE CON NaHCO 3 SOLUZIONE SATURA SOLUZIONE ALCALINA SOLUZIONE ETEREA ACIDIFICAZIONE COMPOSTI FORTEMENTE ACIDI P.V. 1 A (che separiamo per filtrazione o nuova estrazione con etere) SOLUZIONE ALCALINA ESTRAZIONE CON Na 2 CO 3 2N SOLUZIONE ETEREA ACIDIFICAZIONE COMPOSTI ACIDI P.V. 1 B ESTRAZIONE CON NaOH 2N SMISTAMENTO DEL GRUPPO P.V. 1 SOLUZIONE ALCALINA SOLUZIONE ETEREA ACIDIFICAZIONE COMPOSTI DEBOLMENTE ACIDI P.V. 1 C ESTRAZIONE CON HCl 2N Separati per filtrazione se solidi o per estrazione con etere se liquidi SOLUZIONE ACIDA SOLUZIONE ETEREA ALCALINIZZAZIONE EVAPORIZZAZIONE COMPOSTI BASICI P.V. 1 D COMPOSTI NEUTRI P.V. 1 E I composti neutri, possono essere ì riconosciuti con reazioni specifiche 23

24 C H 2 O H O N H C O C H 3 C O O H O H O H O H O H O C 2 H 5 G L U C O S IO F E N A C E T IN A A C. B E N Z O IC O H 2 O C H 2 C l 2 g l u c o s i o fe n a c e t i n a a c. b e n z o i c o C O 3-2 C O O - fe n a c e t i n a a n i d r a H + C O O H e s t r a z i o n e c o n e t e r e C H 2 O H O N H C O C H 3 N H 2 O H O H O H O H G l u c o s i o O C 2 H 5 F e n a c e t i n a O H NO 2 p. n i t r o a n i l i n a G l u c o s i o H 2 O C H 2 C l 2 F e n a c e t i n a p. n i t r o a n i l i n a H C l 2 N + N H 3 F e n a c e t i n a a n i d r a N O 2 O H - N H 2 N O 2 E s t r a z i o n e c o n e t e r e o f i l t r a z i o n e 24

25 Separazione di una miscela mediante estrazione LIQUIDO-LIQUIDO in imbuto separatore O COOH CH 3 CuSO 4 O ACIDO BENZOICO MENADIONE SOLFATO DI RAME SEPARAZIONE ESTRATTIVA mediante aggiunta di contro ioni ION PAIR Quando si vuole portare una molecola ionizzata in un solvente organico apolare, per alcuni analiti si può ricorrere alla tecnica della estrazione della coppia ionica (ion-pair). In questa procedura si utilizza un contro-ione caratterizzato da una porzione idrofobica molto pronunciata, capace di mascherare [una volta formato il legame ionico (o meglio l associazione per interazione elettrostatica tra due ioni di segno opposto). con la controparte] le cariche opposte ravvicinate del composto ionico venutosi a creare. 25

26 MEDIANTE AGGIUNTA NELLA SOLUZIONE ACQUOSA DI IONI DI SEGNO OPPOSTO, SI FORMANO SPECIE NEUTRE RELATIVAMENTE MENO POLARI ED ESTRAIBILI CON DICLOROMETANO O SOLVENTI CON ANALOGHE CARATTERISTICHE DI POLARITA Se, ad esempio dobbiamo estrarre in cloruro di metilene uno ione carbossilato da una soluzione acquosa alcalina, basta aggiungere un sale di ammonio quaternario, come il bromuro di tetrabutilammonio ed agitare. La coppia ionica ione carbossilato-tetrabutilammonio passerà nel solvente organico. contro-ione caratterizzato da una porzione idrofobica molto pronunciata ESTRAZIONE DI SOSTANZE INORGANICHE Formazione di chelati Una strategia per separare gli ioni metallici l uno dall altro è quella di complessare selettivamente uno ione con un legante organico ed estrarlo in un solvente organico. Molti agenti chelanti organici sono acidi deboli che reagiscono selettivamente con ioni metallici per dare complessi privi di carica molto solubili in solventi organici come eteri, idrocarburi, chetoni e di solito quasi insolubili in acqua. 26

27 COMPLESSI Un complesso è una associazione tra un catione (ione metallico) in grado di legare (coordinare) direttamente a sé un certo numero di molecole neutre o anioni donatori di coppie elettroniche dette LEGANTI M (Coordinatore) + L (Legante) = M-L (Complesso) Ione Metallico La specie chimica composta che viene a formarsi dalla combinazione di specie chimiche più semplici: è stabile in soluzione; ha proprietà chimiche diverse da quelle delle specie chimiche più semplici da cui deriva. E la specie donatrice di elettroni, deve avere quindi, almeno una coppia di elettroni spaiati disponibili per la formazione di un legame. Il legante è in grado di formare un legame dativo (covalente) con un catione o con un sistema che ha un orbitale libero in grado di accettare una coppia di elettroni (coordinatore). I leganti possono essere: di natura inorganica od organica; molecole neutre quali quali ad es. NH 3, NO, CO, ecc. Anche l H 2 O funge da legante neutro: nelle soluzioni acquose tutti gli ioni sono idrati, cioè sono presenti sotto forma di acquocomplessi ; anioni come LEGANTE come ad es. OH -, CN -, Cl -, NO 3- ecc. Hanno tutti un doppietto disponibile ma non tutti hanno la stessa tendenza a fungere da leganti: - NO 3- è un donatore molto debole; - CN - ha una forte tendenza a donare elettroni e i suoi complessi sono di solito molto stabili. 27

28 Tre leganti comunemente impiegati a questo scopo sono quelli qui mostrati: Ogni legante può essere rappresentato come un acido debole, che perde un protone quando si lega ad uno ione metallico attraverso gli atomi mostrati in grassetto. I complessi carichi, come Fe(EDTA) - o Fe(1,10- fenantrolina) 3 2+, non sono molto solubili nei solventi organici. 28

29 SVANTAGGI LLE L estrazione con solvente tradizionale, pur garantendo ottime prestazioni, presenta alcuni inconvenienti tra cui: Necessità di volumi di solvente relativamente grandi, che possono causare problemi per la loro tossicità ed il loro smaltimento. I solventi devono essere immiscibili, quindi la scelta del solvente di estrazione è limitata. Possono formarsi emulsioni. Introduzione di sostanze inquinanti con il solvente. Perdita nelle successive fasi di concentrazione, delle componenti più volatili. Difficoltà nell ottenere un estratto privo di residui altobollenti di matrice. La maggior parte delle estrazioni non è adattabile all automazione ma viene eseguita manualmente, per cui risulta piuttosto lenta e laboriosa. ESTRAZIONI IN CONTINUO DI LIQUIDI In considerazione degli svantaggi legati alla tecnica estrattiva Liquido/Liquido sopra elencati, sono state sviluppate alcune varianti (ESTRAZIONE IN CONTINUO), caratterizzate dall utilizzo di piccole quantità di solvente di estrazione. Tale tecnica risulta necessaria soprattutto quando il composto da estrarre è più solubile in acqua che nell estraente, cioè quando il coefficiente di ripartizione tra solvente organico ed acqua è piccolo. C solv. organico = K C solv. acquoso 29

30 Per l estrazione in continuo si usano strumenti detti estrattori che consentono di effettuare lunghi cicli di estrazione in modalità semiautomatica con buoni recuperi attraverso un sistema ciclico di ebollizione, condensazione e ricaduta del solvente di estrazione. 1) ESTRAZIONE LIQUIDO-LIQUIDO PER SPOSTAMENTO VERSO IL BASSO: Estrazione in continuo di liquidi mediante solventi più pesanti dell acqua come ad esempio cloroformio e diclorometano. Il solvente estraente è più denso rispetto al liquido che viene estratto. Le goccioline più dense del solvente, cadendo attraverso la colonna di liquido estraggono l analita. Quando il livello del liquido è sufficientemente alto, il solvente estraente viene spinto, attraverso il tubo di ritorno, alla riserva del solvente. In questo modo l analita viene lentamente trasferito dal liquido più leggero al liquido più denso nella riserva. campione in H 2 O 30

31 2) ESTRAZIONE LIQUIDO-LIQUIDO PER SPOSTAMENTO VERSO L ALTO: Estrazione in continuo di liquidi mediante solventi più leggeri dell acqua, come benzene o etere. Il solvente estraente è meno denso rispetto al liquido che viene estratto. Le goccioline meno dense del solvente, convogliate attraverso un setto poroso nella fase da estrarre, risalendo attraverso il liquido estraggono l analita. Quando il livello del liquido è sufficientemente alto, il solvente estraente viene spinto, attraverso il tubo di ritorno, alla riserva del solvente. In questo modo l analita viene lentamente trasferito dal liquido più denso al liquido meno denso nella riserva. campione in H 2 O ESTRAZIONE SOLIDO LIQUIDO L estrazione solido-liquido è un operazione che consente la separazione di uno o più componenti presenti in una fase solida per mezzo di una fase liquida o solvente. Gli obiettivi di questa operazione possono essere quelli di: eliminare dalla fase solida un componente indesiderato (lavaggio); o di allontanare da una fase solida un componente di interesse (lisciviazione). Esempi di applicazione di questa operazione in campo alimentare sono l estrazione di: zucchero da barbabietole; oli vegetali da semi, oli essenziali da piante officinali; caffeina e teina da caffè e da tè. 31

32 Estrazione di analiti da campioni solidi 1. Estrazione con percolatori 2. Estrazione con apparecchio soxhlet 3. Sonicazione* (metodo con ultrasuoni) 4. Estrazione con fluidi supercritici * Metodi validi anche per campioni liquidi Principi teorici generali I principali fenomeni coinvolti nell operazione di estrazione sono: la diffusione del solvente all interno della matrice, la dissoluzione del soluto nel solvente, la diffusione del soluto all interno della fase solida e, successivamente, dalla superficie della matrice all interno della fase liquida. La velocità con cui procede l estrazione dipende dal fenomeno più lento che è, generalmente la diffusione. 32

33 Scelta del solvente L estrazione è influenzata dalle proprietà diffusive del solvente e del soluto. Il solvente deve essere a basso peso molecolare, bassa viscosità, selettivo, non deve aggredire la matrice e non deve essere corrosivo per l impianto. La fase solida è ridotta in piccole dimensioni tali da accorciare i tempi di contatto ma da non aumentare troppo la resistenza al flusso del solvente. Estrazione solido-liquido IN CONTINUO Questo processo è in genere adoperato per isolare gli analiti da MATRICI SOLIDE (ad esempio: tessuti secchi di piante, funghi, alghe, filtri, ecc.). Ditale poroso (fatto di carta da filtro resistente) di estrazione contenente il campione solido. Soxhlet 33

34 Sistema Soxhelet (estattore in continuo) L'estrazione Soxhlet è una delle più diffuse tecniche analitiche. Un dispositivo Soxhlet è utilizzato per la determinazione di diversi componenti di prodotti derivanti dall'agricoltura dall'industria o contenuti in campioni ambientali. E usato per l'estrazione ad es delle resine, di olii pesanti e di resinoidi, nessuno dei quali è particolarmente volatile e scarsamente adatti all'estrazione con vapore. Queste sostanze sono estratte in modo efficiente impregnandole in un solvente e utilizzando appunto un Soxhlet. 1) Come potete vedere, il solvente è riscaldato nella caldaia in basso ed il vapore puro sale attraverso il tubo di bypass, unico percorso possibile, e raggiunge la parte superiore del contenitore di Soxhlet, che è chiuso in basso. 2) Il vapore continua a salire fino a che non viene a contatto del condensatore, allora il liquido gocciola giù nel ditale (sostituibile) che contiene il materiale dal quale desideriamo estrarre le sostanze. 3) Questo ditale è poroso, in modo che trattiene non solo il prodotto solido, come semi o bacche, ma agisce anche da filtro in modo che il materiale non blocchi il tubo del sifone. 34

35 4) Quando il livello del liquido nel contenitore di Soxhlet raggiunge lo stesso livello della parte superiore del sifone, il liquido contenente i residui disciolti è travasato nuovamente dentro la caldaia. 5) Il materiale nel ditale è sottoposto ad un ripetuto impregnamento nel solvente puro, e questo rende il processo molto più efficiente di un'impregnazione continua in un solvente in cui la concentrazione dei residui estratti aumenta costantemente, giacché forma uno strato che ne impedisce progressivamente la liberazione della matrice. La procedura è automatizzabile in batteria per poter agire su più campioni contemporaneamente. 35