Uuttaminen

Uuttaminen eli uutto eli ekstraktio on kemiallinen erotusmenetelmä, jossa haluttu aine voidaan erottaa liuoksesta aineen liukoisuusominaisuuksien perusteella.[1] Uuttaminen on yksi yksikköoperaatioista ja uuttaminen tapahtuu kahden toisiinsa liukenemattoman faasin välillä. Riippuen faaseista puhutaan neste-nesteuutosta, neste-kiinteäuutosta (suodatus), kiinteä-nesteuutosta, kaasu-nesteuutosta tai neste-kaasu-uutosta (tislaus). Mikäli toinen faasi on kiinteä ja toinen kaasu, kyseessä on absorptio. Uuttamista voidaan käyttää joko aineiden talteenottoon tai puhdistamiseen.

Monet arkipäivän ruoanlaiton menetelmistä ovat uuttamisoperaation sovelluksia. Teen valmistuskin on uuttamista: siinä kuuma vesi saa aikaan aromiaineiden irtoamisen teelehdistä juomaa maustamaan - kyseessä on kiinteä-nesteuutto tai paremminkin kuumavesiuutto eli HWE.[1] Korvasienten ryöppäys on neste-kiinteäuutto - siinä myrkyllinen gyromitriini uutetaan keitinveteen.

Neste-nesteuutto laboratoriossa

Laboratorio-oloissa neste-nesteuuttoa voidaan käyttää esimerkiksi, kun liuoksessa on kaksi yhdistettä, joista vain toinen halutaan saada talteen. Apuna käytetään erotussuppiloa. Erotus saadaan aikaan kahden aineen liukoisuuseroilla: toinen eristettävistä aineista liukenee ehkä paremmin polaarisiin liuottimiin, kuten vesi, ja toinen vain poolittomiin liuoksiin, kuten heksaani. Erotussuppiloon kaadetaan nyt tutkittava liuos sekä jotakin liuotinta.[1] Liuottimet eivät saa olla toisiinsa liukenevia, jolloin kahden nesteen välille muodostuu rajapinta.

Erotussuppiloa vuoroin ravistellaan ja vuoroin avataan ilma-aukkoa paineentasaamiseksi. Annetaan kahden liuoksen välisen rajapinnan asettua hetken, jolloin ensimmäinen tutkittavista aineista jää ensimmäiseen liuottimista ja toinen aineista taas toiseen liuottimista. Tämän jälkeen kaksi liuosta saadaan erilleen toisistaan valuttamalla alempi nestekerroksista pois suuttimen kautta.[1][2] Sitten uutto kokonaisuudessaan yleensä toistetaan muutaman kerran.[2]

Aineista tiheämpi on suppilossa alemmassa kerroksessa.[3] Jos ei kuitenkaan tiedetä kumpi kerroksista on esim. rasvaliukoinen, voidaan ennen uuttoa suppilosta sen kaulan kautta ottaa pipetillä ylemmän kerroksen nestettä ja koittaa liuottaa se pieneen vesimäärään. Rasvaliukoinen ei liukene veteen.

Uuttotuloksen parantaminen

Jotta uutettaessa liuennutta ainetta saataisiin mahdollisimman paljon talteen, toistetaan uutto yleensä vähintään 3 kertaa.[2] Jos jokin aine liukenee rasva- ja vesifaasiin suhteessa 1:1, on liukenemissuhdetta kuvaava jakaantumiskerroin 1 koska 1/1 = 1. Sekoitettaessa 1 litra liuosta ja 1 l liuotinta keskenään, tulee liuottimeen teoriassa tällöin 50% tuotteesta, mutta tulos voidaan parantaa arvoon 55% jakamalla 1 l liuotin kahteen 0.5 l osaan.[2][3]

Ensin siis sekoitetaan 1 l liuosta ja 0.5 l liuotinta. Ensimmäisestä uutosta tulee 1/3 liuenneesta aineesta liuottimeen koska:

1-1/(1+0.5) = 0.33... = 1/3

Toinen uutto ottaa 1/3 liuenneesta aineesta, eli 2/9 alkuperäisestä koska alkuperäistä on jäljellä 2/3:

1 - 1/3 = 2/3 = 0.66...

Yhteensä on liuenneesta aineesta uutettu 5/9 eli noin 55% aineesta koska:

0.66... / 3 = 0.22... → 0.22... + 0.33... = 0.55... = 5/9

Laboratoriossa uuttotulosta voidaan siten parantaa käyttämällä paremman jakautumiskertoimen liuotinta ja tekemällä useita uuttoja pienemmillä määrillä liuotinta tai käyttämällä kokonaisuudessaan suurempaa määrää liuotinta.

Muut uuttomenetelmät

Luonnonaineiden kuten kofeiinin eristämisessä voidaan käyttää myös ns. jatkuvauuttomenetelmää (vastavirtauuttoa). Tämä on myös teollisuusmittakaavan uuttomenetelmä.[4] Tällöin uuttamiseen käytetään täytekappalekolonnia, jossa lähtöainetta syötetään kolonnin yläpäästä ja uuttavaa ainetta kolonnin alapäästä, ja lopputuote otetaan talteen kolonnin päältä. Vastaavasti alite kerätään kolonnin pohjalta.

Uuttokolonnit, joissa toinen faasi on neste ja toinen kaasu, voivat olla joko pohjakolonneja[5] tai täytekappalekolonneja.

Neste-kiinteäuuttoon käytetään laboratorio-olosuhteissa operaatioon erityisesti suunniteltua laitteistoa (soxhlettia).[2]

Katso myös

Lähteet
  1. Uutto Orgaanisen kemian laboratorio-opas. 2005. TKK. Viitattu 9. elokuuta 2013.
  2. Vogel, Arthur Israel.: Vogel's Textbook of practical organic chemistry., s. 156–165. London: Longman Scientific & Technical, 1989. 18960711. ISBN 9780582462366. Teoksen verkkoversio.
  3. 7.7: Liquid–Liquid Extractions Chemistry LibreTexts. 25.10.2013. Arkistoitu 26.3.2017. Viitattu 17.3.2018. (englanniksi)
  4. Satarupa Banerjee, Jyotirmoy Chatterjee: Efficient extraction strategies of tea (Camellia sinensis) biomolecules. Journal of Food Science and Technology, 2015-6, nro 6, s. 3158–3168. PubMed:26028699. doi:10.1007/s13197-014-1487-3. ISSN 0022-1155. Artikkelin verkkoversio.
  5. Theodore, Louis.: Mass Transfer Operations for the Practicing Engineer., s. 196–199. Chicester: Wiley, 2011. 794326210. ISBN 0470602589. Teoksen verkkoversio.

    Aiheesta muualla
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.