Методы работы с полумикроколичествами

В препаративной химии к макрометоду относятся методы работы с количествами более 1 г, к полумикрометоду — методы работы с сотнями миллиграммов, 10—100 мг — это навески микрометода.

Микрометоды имеют ряд преимуществ перед макрометодами. Во-первых, существенно экономятся исходные вещества, уменьшаются затраты на аппаратуру и потребность в рабочей площади. Сокращается время работы. Важное значение имеют микрометоды в исследовании природных соединений, когда работу приходится вести с малыми количествами веществ.

Многие приборы, рекомендуемые для работы с микроколичествами, представляют собой лишь миниатюрные приборы классического типа. Однако такой подход не всегда возможен. Так, приборы для перегонки не могут быть использованы в том же виде, поскольку капиллярные силы или другие физические явления препятствуют нормальному течению процесса. Поэтому при работе с микроколичествами часто приходится принципиально изменять аппаратуру.

Работая с малыми количествами, необходимо проявлять особую осторожность, тщательность и, главное, соблюдать чистоту. Всю посуду моют хромовой смесью, затем водой. Высушенные стеклянные предметы хранят в чашках Петри или под стеклянным колоколом. Используют по возможности чистые реактивы. Потери, которые при обычных масштабах лабораторных работ не имеют существенного значения, при малых масштабах уже существенны.

Для переноса малых количеств веществ используются некорродирующие шпатели (например, из нержавеющей стали, никеля). Жидкости переносят с помощью обычных мерных пипеток на 1 —10 мл, микропипеток или медицинских шприцев. Для многих целей оказались удобными капиллярные трубки, в средней части которых выдут шарик. Твердые вещества взвешивают на сложенной пергаментной бумаге. Жидкость взвешивают либо в тарированных ампулах, либо берут навеску и определяют ее массу по разности масс ампулы до и после взятия навески.

Кристаллизация. Основным методом кристаллизации микроколичеств признан метод кристаллизации из ампул. Ампулу можно приготовить из пробирки (рис. 65). В качестве фильтрующего материала применяют ватный тампон, который помещают в кончик капилляра. В случае агрессивных растворов можно использовать волокнистый асбест.

Готовя ампулу к фильтрованию, в нее засасывают каплю растворителя и его парами при нагревании вытесняют воздух. Таким способом перед кристаллизацией можно фильтровать насыщенные растворы в горячем состоянии. Оттянутый конец ампулы, погружаемый в теплый раствор, должен быть достаточно коротким, чтобы предотвратить кристаллизацию вещества во время фильтрования. Колбу с фильтруемым раствором непрерывно подогревают до кипения на бане или на плитке с закрытой спиралью. Преимущество метода заключается в том, что кристаллизацию проводят сразу же после фильтрования и промывки фильтра каплей растворителя, повернув ампулу оттянутым концом вверх и поместив ее в баню для охлаждения. Фильтр служит пробкой от пыли. После кристаллизации ампулу вскрывают и отделяют выпавшие кристаллы от маточного раствора фильтрованием.

Способ кристаллизации из ампул

Рис. 65. Способ кристаллизации из ампул:

а — изготовление ампулы; б — ее приготовление к фильтрованию; в — вскрытие ампулы

Рис. 66. Капилляр для фильтрования (а) и его вариант со шлифом (б)

Такая методика позволяет работать в инертной атмосфере: достаточно пропускать над фильтруемым раствором ток инертного газа. Неудобство состоит в том, что для каждой кристаллизации нужна новая ампула. Кроме того, возможно попадание осколков стекла в вещество при фильтровании. Эти недостатки устраняются, если применять изогнутый под прямым углом капилляр (рис. 66). Его соединяют через пробку или шлиф с кристаллизационной пробиркой. Для предотвращения кристаллизации в капилляре он должен быть из толстого стекла.

Перегонка. Для перегонки в полумикромасштабе применяют воротничковые колбы (рис. 67). Преимущество их в том, что перегоняемые пары преодолевают очень короткое расстояние. Это позволяет перегонять высококипящие вещества; перегоняемая жидкость не размазывается по стенкам, что предотвращает потери. В приборах, изображенных на рис. 67, можно перегонять от 50 мг до 2—3 г. Если объем перегоняемой жидкости слишком мал, то перегонку осуществляют из неподвижного слоя, т. е. испаряют молекулы жидкости с поверхности слоя при температуре, близкой к температуре кипения. При больших количествах смеси для предотвращения выброса в колбу помещают тонкую стеклянную вату. Чтобы вата не попала в воротничок, применяют вспомогательную стеклянную трубку, в которую предварительно вставляют кусок стеклянной ваты. Лишние волокна оплавляют. Трубку вносят в колбу, а волокна выталкивают стеклянной палочкой.

Различные типы колб с воротничком

Рис. 67. Различные типы колб с воротничком

При перегонке колбу помещают в парафиновую или силиконовую баню, снабженную дополнительным термометром. Температура бани должна быть на 20—30° выше температуры кипения перегоняемой жидкости. Растворитель лучше отогнать без вакуума, а затем постепенно увеличивать вакуум, одновременно понижая температуру бани, так как при резком повышении вакуума может перебросить перегонную жидкость в воротничок. Если все же жидкость перебросится вместе с растворителем, ее собирают из воротничка баллончиком и опять переносят в колбу. По мере отгонки растворителя необходимо еще несколько раз отобрать его баллончиком из воротничка, перенести в колбу и только после трех- или четырехкратной промывки воротничка перегонку можно возобновить.

Когда наступает спокойное равномерное кипение, температуру бани по возможности поддерживают постоянной, чтобы не отгонялись компоненты, кипящие при более высокой температуре. Для определения температуры кипения применяют термометр с возможно меньшим шариком. Если масса образца меньше 100 мг, перегоняют без термометра. В этих случаях указывают интервал перегонки с пометкой «температура бани».

Работая с высококипящими жидкостями, как правило, достаточно использовать воздушный холодильник. Его эффективность можно повысить, обложив влажной фильтровальной бумагой. Для веществ с температурой кипения ниже 80— 100 °С (при 10—15 мм рт. ст.) используют колбы с водяным холодильником. Для лучшего фракционирования между колбой и воротничком следует иметь небольшой дефлегматор. Если перегоняют 1—2 г жидкости, пользуются колбой несколько видоизмененной формы со стоком жидкости.

Фильтрование с помощью фильтровального капилляра

Рис. 68. Фильтрование с помощью фильтровального капилляра

Фильтрование. Небольшой объем жидкости или раствора можно фильтровать с помощью баллончика, объем которого несколько больше объема фильтруемой жидкости. Фильтром служит кусок ваты, который вводят в длинный конец баллончика. Для фильтрования веществ, разрушающих целлюлозу, берут волокнистый асбест. Первоначально и фильтр, и баллончик смачивают каплей растворителя, затем парами растворителя вытесняют воздух, и фильтруемая жидкость засасывается внутрь. Если раствор мутный, то в него вносят какой-нибудь адсорбент (уголь). Тогда процесс фильтрования сильно замедляется, но вещество очищается очень хорошо.

Фильтруют, пользуясь фильтровальными капиллярами (рис. 68). Пробирки подбирают в зависимости от формы и диаметра нижней части капилляра. Конец капилляра соединяют с вакуумной линией. По мере отсасывания жидкости капилляр опускают, налет кристаллов на стенках смывают небольшим количеством растворителя, промывку проводят несколько раз. Затем микрошпателем кристаллы осторожно счищают.

Для отсасывания малых количеств кристаллов удобна воронка, изображенная на рис. 69. Воронку вставляют в колбу с нормальным шлифом и присоединяют к вакууму. Такая воронка позволяет концентрировать маточный раствор без переливания. Для смывания остатков вещества с фильтра боковой отвод закрывают пробкой и раствор нагревают до кипения. Пары растворителя обмывают фильтр.

Можно применять воронку со стеклянным гвоздиком, тогда в случае мелких кристаллов применяют бумажный фильтр, более крупные кристаллы фильтруют даже без фильтра (рис. 70).

Сушка. Вещество сушат на воздухе в том случае, если его больше нескольких миллиграммов и оно не изменяется на воздухе. При сушке на воздухе лучше поместить кристаллы на бумажный кружок; при медленном высушивании их прикрывают часовым стеклом. Для ускорения высушивания бумажку с веществом помещают на стекло и нагревают на пламени микрогорелки, все время перемешивая. Температура нагрева должна быть ниже температуры плавления кристаллов. Вещество считается сухим, если кристаллы не пристают к шпателю. Для удаления растворителя или адсорбированной влаги пользуются микроэксикатором (рис. 71) или прибором для сушки в вакууме (рис. 72). Иногда вещества можно высушивать просто в сушильном или в вакуум-сушильном шкафу (при определенной температуре).

Экстракция. При экстракции количеств веществ порядка сотен миллиграммов наиболее удобны маленькие цилиндрические воронки со стеклянной пришлифованной пробкой. Однако такие воронки дают относительно большие потери и непри-

Стеклянный микроэксикатор

Рис. 71. Стеклянный микроэксикатор

Рис. 69. Воронка для фильтрования со стеклянным фильтром

Рис. 70. Воронка со стеклянным гвоздиком

Рис. 72. Простой тип вакуумного микроэксикатора годны при объеме жидкости меньше 5 мл. Если объем равен 1—2 мл, то при экстрагировании тяжелой фазы легкой жидкостью после встряхивания в закрытой пробирке верхний слой отбирают баллончиком.

Микроэкстракцию можно проводить вручную в приборе для непрерывной экстракции и при помощи прерывной проти- воточной экстракции. Для микроэкстракции 1 мл жидкости используют микроэкстрактор, изображенный на рис. 73.

Вещество и растворитель помещают в левую часть прибора и при помощи вакуума переводят в центральную часть для экстракции.

Смесь перемешивают, просасывая воздух через центральный канал с помощью рис 73 микро- вакуума, дают ей отстояться и перелива- экстрактор

ют с помощью резиновой груши в левую

часть до тех пор, пока граница раздела фаз не окажется у нижнего края центральной пипетки. Затем левый кран перекрывают и верхний слой засасывают с помощью той же резиновой груши в центральную пипетку.

Для работы с микроколичествами пользуются также хроматографическими методами, основанными на различной скорости движения растворенных веществ в многофазных системах. Это хроматография колоночная (распределительная), бумажная, ионообменная. Эти методы удобны для разделения смесей органических соединений в количествах, измеряемых миллиграммами. Каждый из них прост и позволяет выделить ничтожно малые количества веществ. Широкое применение они нашли для разделения природных органических соединений, а также для микроаналитической работы (см. часть 1, раздел 12).

Возгонка. При возгонке органических веществ обычно бывает необходим вакуум, нередко порядка 0,001 мм рт. ст. (вакуум, создаваемый диффузионным насосом). Для возгонки образцов меньше 0,5 г служит прибор, снабженный холодильником типа «охлаждающий палец* (см. рис. 64). После окончания возгонки сублимат снимают шпателем или растворяют парами растворителя, кипящего в кристаллизационной пробирке. Второй способ используют в том случае, когда сочетают возгонку и перекристаллизацию.

Вакуумную возгонку 10—100 мг вещества удобно осуществлять в трубке, помещенной в блок с электрообогревом (рис. 74). Температуру блока регулируют в интервале до 250 °С. Образец для возгонки помещают в трубку в маленькой пробирке длиной 3 см. Наружную трубку на расстоянии 5 см до конца оттягивают так, чтобы можно было плотно вставить тампон из стеклянной ваты, препятствующий попаданию грязи. Трубку для возгонки вставляют в отверстие, проходящее почти через всю продольную ось блока.

Микровозгонка в трубке, помещенной в электрообогреваемый блок

Рис. 74. Микровозгонка в трубке, помещенной в электрообогреваемый блок

Присоединив трубку к вакууму, начинают медленно нагревать ее. После появления первых кристаллов сублимата поддерживают постоянную температуру. Для извлечения вещества после возгонки отрезают дно трубки на 2—3 см ниже сублимата.

Применение специальных способов при очистке микровозгонкой определяется большей или меньшей летучестью примесей по сравнению с летучестью возгоняемого вещества. Если эти величины неизвестны, то около 10 мг тщательно измельченного образца помещают тонким слоем на дно прибора для вакуумной возгонки (см. рис. 64). Шлиф холодильника должен быть слегка смазан. Через рубашку холодильника пропускают слабый ток воды. Прибор нагревают в бане, погружая в нее на 5—6 мм. Как правило, достаточно вакуума 5— 20 мм рт. ст. Температуру постепенно повышают до 45—50 °С и держат на этом уровне около 30 мин. Если на нижней части холодильника не образуется легкой пленки сублимата, то температуру повышают на 10—15° и опять выдерживают 30— 60 мин. Эту операцию повторяют до начала сублимации.

После образования 1 мг сублимата вакуум отключают, часть кристаллов счищают острым шпателем на стеклянную пластинку для определения температуры плавления.

Если состав возгоняемой смеси известен, а температура плавления выделяемого вещества ниже 200 °С, то температуру поддерживают на 10—15° ниже температуры плавления и возгонку продолжают до тех пор, пока не будет получен сублимат с определенной температурой плавления. Для этого, получив 1—2 мг сублимата, определяют его температуру плавления. Если выделяемое вещество плавится при температуре выше 200 °С и данные о температуре и давлении, наиболее благоприятные для возгонки, отсутствуют, то лучше всего начинать возгонку при 10—15 мм рт. ст. и 100—150 °С. Если не удается получить разрежение ниже 1 — 10 мм рт. ст., то температуру повышают до 150—180 °С и возгонку ведут 6—12 ч.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >