2.2 Seosten erotusmenetelmiä Flashcards
(9 cards)
Millä perusteilla valitaan erotusmenetelmä?
Mihin kategorioihin erotusmenetelmät voidaan jakaa?
Seoksen erotusmenetelmä valitaan seoksen ominaisuuksia ja haluttua tulosta pohtimalla. Yleensä mietittäviä seikkoja ovat erityisesti seuraavat asiat: mitä komponentteja halutaan saada talteen, millainen seos meillä on, mitä komponentteja seos sisältää ja kuinka puhtaina komponentit/komponentti halutaan saada erotetuksi.
Seosten erotusmenetelmät voidaan jakaa seuraaviin kategorioihin:
- Liukoisuuseroihin perustuvat (kromatografiset menetelmät, uutto)
- Olomuodonmuutoksiin perustuvat (haihdutus, sublimointi, tislaus, )
- Mekaaniset (dekantointi, suodatus, sentrifugointi)
Kerro suodatuksesta.
Erotusmenetelmänä käytetään suodatusta usein tilanteissa, joissa meidän suodatettava aine koostuu heterogeenisesta nestafaasista, jossa on kiinteää liukenematonta ainetta. Esimerkiksi veden, johon on sekoitettu hiekkaa, voitaisiin erottaa suodatuksella.
Suodatuksessa laitetaan suodatinpaperi suodatinsuppilon yläosaan, ja suppilon alapuolelle jokin keräysastia (esimerkiksi erlenmeyerpullo), johon suodos kerätään.
Kun järjestelyt ovat valmiit, seos kaadetaan suodatinsuppiloon suodatinpaperin päälle. Tällöin suodos valuu suodatinpaperin läpi keräysastiaan, mutta kiinteä aine jää suodatinpaperiin. Suodatinpapereita on erilaisia eri hiukkaskokoja varten.
Suodatus voidaan toteuttaa painovoiman lisäksi myös imusuodatuksena. Siinä käytetään usein Buncher-suppiloa, johon laitetaan tavallisen suodatinsuppilon tavoin suodatinpaperi. Suodoksen keräämisastaiana käytetään ulkomuodoltaan erlenmeyerpullon tapaista imupulloa, joka yhdistetään alipainepumppuun. Alipainepumppu muodostaa imupulloon alipaineen, jolloin suodos alkaa valua suodatinpaperin läpi nopeammin. Imusuodatus on hyödyllinen käytettäväksi silloin, kun kiinteä aine on hienojakoisempaa.
Kerro haihdutuksesta.
Haihdutus perustuu erotusmenetelmänä aineiden olomuodonmuutoksiin. Haihdutuksessa seoksen liuotin haihdutetaan pois lämmittämällä sitä, jolloin jäljelle jää ainoastaan liuokseen liuennut komponentti. Haihdutusta käytetään hmogeenisissa liuoksissa, jossa liuokseen on liuenneena kiinteää ainetta.
Yksinkertaisesti haihdutus voidaan tehdä hyödyntämällä kolmijalkaa, kuumennusverkkoa, kaasupoltinta, sekä laakeaa haihdutusmaljaa jossa seos on. Laboratorioissa haihdutus voidaan tehdä kuitenkin myös vesihauteen, ja haihtumista tehostavan alipaineen, tai typpi-/ilmavirran avustuksella.
Kerro tislauksesta.
Tislausta käytetään erotusmenetelmänä usein tilanteissa, joissa seos on homogeeninen nestemäinen seos, jonka komponenteilla on eri kiehumispisteet. Lisäksi tislauksessa kaikki liuoksen komponentit saadaan talteen.
Tislauksessa monimutkaisen tislauslaitteiston avulla aineet saadaan siis erotettua toisistaan homogeenisesta nesteliuoksesta niiden eri kiehumispisteitä hyödyntämällä. Tislauslaitteistossa seosta lämmitetään kaasupolttimen avulla tislauskolvissa, jossa seoksen lämpenemistä tasoittaa kiehumakivet. Ensimmäiseksi seoksesta haihtuu se aine, jonka kiehumispiste on kaikista matalin. Kun kyseisen aineen kiehumispiste saavutetaan, tislauslaitteistossa olevan lämpömittarin lukeman nouseminen pysähtyy ja aineen haihtuminen alkaa. Haihtumisessa muodostuva höyry ohjataan tislauslaitteiston jäähdyttimeen, jossa se tiivistyy takaisin nesteeksi, ja valuu tislausputkistoa pitkin vastaanottoastiaan. Vastaanottoastia on usein imupullo, sillä siinä oleva reikä tekee laitteistosta avonaisen -> paine pääsee poistumaan, eikä muodostu vaaratilanteita.
Kun ensimmäinen aine on haihtunut, lämpömittarin lukema alkaa taas nousta eli seos lämmetä uudelleen kunnes se kohtaa seuraavan seoksen komponentin kiehumipisteen.
Mikäli komponenttien kiehumispisteet ovat hyvin lähellä toisiaan, tislauskolvin ja lämpömittarin väliin tulee asentaa tislauskolonni, joka tekee aineiden erottelusta helpompaa.
Kerro dekantoinnista.
Dekantointi on mekaaninen ja jopa kaikista yksinkertaisin erotusmenetelmä. Se on hyvin nopea toteuttaa, vaikkakin erottelun lopputulos ei ole välttämättä yhtä täsmällinen ja puhdas kuin muissa erotusmenetelmissä.
Dekantointia hyödynnetään sellaisten heterogeenisten seosten kohdalla, joissa on kaksi selkeää faasia -> nestefaasi ja kiinteä faasi. Kiinteä faasi voi koostua esimerkiksi karkeajakoisista hiukkasista, kunhan ne eivät liukene liuottimeen, ja niiden tiheys on sitä suurempi.
Seos laitetaan esimerkiksi dekantterilasiin, ja annetaan sen seisoa paikallaan niin kauan, että karkeajakoinen kiinteä tiheydeltään liuotinta suurempi aine painuu dekantterilasin pohjalle. Tämän jälkeen voimme kaataa liuoksen kiinteän aineen päältä pois varovasti.
Kerro sentrifugoinnista.
Sentrifugointia käytetään erotusmenetelmänä silloin, kun meillä on jokin sellainen kiinteä aine, josta halutaan erottaa pieniä tiheimpiä komponentteja, eli yleensä kiinteitä partikkeleita.
Sentrifugoinnissa seosta laitetaan koeputkeen, ja koeputki asetetaan sentrifuugi nimiseen laitteeseen. Sentrifuugi ohjaa koeputken voimakkaaseen pyörimisliikkeeseen, jossa nämä eroteltavat tiheät komponentit (kiinteät partikkelit) painuvat koeputken pohjalle mahdollisimman kauas pyörimisakselista.
Näin meillä on toisistaan erotettuna koeputken pohjalle päätyneet kiinteät partikkelit ja nestemäinen liuotin, joka voidaan varovasti ottaa pois kiinteiden partikkeleiden päältä esimerkiksi pipetin avulla.
Sentrifuointia käytetään esimerkiksi veren solujen ja seerumin (veriplasman) erottelussa toisistaan.
Kerro sublimoinnista.
Sublimointi perustuu erotusmenetelmänä aineiden olomuodonmuutoksiin liittyviin ominaisuuksiin. Sublimointia käytetään sellaisissa kiinteissä seoksissa, joissa jokin (erotettava) komponentti muuttuu lämmetessään suoraan kiinteästä aineesta kaasuksi, eli sublimoituu.
Sublimoimisen voi toteuttaa yksinkertaisesti esimerkiksi dekantterilasin, haihdutusmaljan ja kaasupolttimen avulla. Kiinteä seos asetetaan dekantterilasin pohjalle, joka puolestaan laitetaan kaasupolttimen yläpuolelle kolmijalan ja kuumennusverkon päälle. Dekantterilasin päälle asetetaan puolestaan haihdutusmalja, joka on täytetty joko jäillä tai kylmällä vedellä.
Kun kaasupolttimella lähdetään kuumentamaan dekantterilasin pohjalla olevaa seosta, erotettava komponentti sublimoituu kiinteästä aineesta höyryksi, ja dekantterilasin viileään yläosaan tai haihdutusmaljan pohjaan osuessaan jäähtyy, ja härmistyy takaisin kaasusta kiinteäksi aineeksi.
Kerro uutosta ja neste-nesteuutosta.
Uutto on seosten erotusmenetelmä, joka pohjautuu aineiden erilaiseen liukoisuuteen ja käyttää tietoa siitä hyödykseen. Uuttoa on esimerkiksi se, kun saamme kiinteän kahvijauheen tai teelehtien yhdisteitä liukenemaan kuumaan veteen.
Neste-nesteuutossa puolestaan saamme erotettua johonkin liuottimeen liuenneita aineita kahteen eri nestafaasiin hyödyntämälle tietoa liuoksen komponenttien liukoisuuksista. Neste-nesteuutto tehdään erotussuppilon avulla, johon laitetaan kahta tiheyksiltään erilaista liuotinta, joihin liukenee eri aineita. Esimerkiksi öljy ja vesi, tai vesi ja eetteriliuos.
Tämän jälkeen erotussuppiloa aletaan ravistella, ja muistetaan tasata erotussuppiloon muodostuvaa painetta aina aika-ajoin. Kun erotussuppiloa ravistellaan, eri komponentit liukenevat siihen liuokseen, johon niiden liukoisuus on parempi. Esimerkiksi vesi-öljy yhdistelmässä veteen liukenee ne komponentit, jotka ovat vesiliukoisia, ja öljyyn puolestaan ne aineet, jotka ovat öljyliukoisia.
Kerro kromatografisista menetelmistä yleisesti.
Kerro paperikromatografiasta (huom! R_f_ arvot)
Kerro ohutlevykromatografiasta.
Kerro pylvaskromatografiasta.
Kromatografiset menetelmät ovat aineiden eri liukoisuuksia hyödyntävä erotusmenetelmä. Kromatografisia erotusmenetelmiä hyödynnetään kuitenkin usein aineiden tunnistamiseen ennemmin kuin niiden toisistaan erottelemiseen.
Kromatografisien menetelmien perusta pohjautuu kahteen eri faasiin; liikkuvaan- ja kiinteään faasiin. Liikkuva faasi, myös eluentti tai ajoliuos, on nestemäinen tai kaasumainen aine. Kiinteä aine on puolestaan kiinteä aine esimerkiksi paperi, tai toisaalta myös nese.
Kromatografiset menetelmät perustuu siihen, miten seoksen eri komponentit liukenevat faaseihin. Toiset komponentit etenevät paremmin ajoliuoksen mukana niiden liuetessa siihen paremmin, kuin kiinteään faasiin. Osa seoksen komponenteista puolestaan absorboituu vahvemmin kiinteään faasiin, jolloin ne liikkuvat ajoliuoksen mukana hitaammin.
Kromatografiaan kuuluvia alalajeja ovat esimerkiksi paperikromatografia, ohutlevykromatografia, kaasukromatografia ja pylväs kromatografia.
Paperikromatografiassa jokaiselle seoksen komponentille voidaan laskea niin sanottu R_f_ arvo, joka kuvaa komponentin kulkemaa matkaa kiinteässä faasissa suhteessa ajoliuoksen kulkemaan matkaan. Taulukoituja R_f_ arvoja voidaan hyödyntää myöhemmin esimerkiksi eri aineiden tunnistamisessa.
