Vloeistof-vloeistofextractie (LLE, van het Engelse liquid-liquid extraction) is een scheidingstechniek waarbij een doelstof wordt overgebracht van de ene vloeistoffase naar een andere, niet-mengbare vloeistoffase. De techniek berust op het principe dat stoffen zich verdelen over twee fasen op basis van hun relatieve oplosbaarheid in elk van die fasen. LLE is een van de oudste en meest toegepaste extractietechnieken in de analytische chemie, de organische synthese en de industriële verwerking van grondstoffen.
In het laboratorium wordt LLE doorgaans uitgevoerd in een scheidingstrechter: een glazen recipiënt met een kraantje aan de onderkant waarmee de zwaardere fase nauwkeurig kan worden afgetapt. De techniek vereist geen dure instrumentatie en is daarmee breed toepasbaar, van eenvoudige practicum-experimenten tot complexe monstervoorbereiding voor chromatografische analyse.
LLE berust op de thermodynamische verdeling van een opgeloste stof (de doelstof) over twee niet-mengbare vloeistoffen. De mate van verdeling wordt beschreven door de verdelingscoëfficiënt K (ook wel partitiecoëfficiënt of distributiecoëfficiënt genoemd):
K = cₒˇ / cᵂ
Hierbij is cₒˇ de concentratie van de doelstof in de organische fase en cᵂ de concentratie in de waterige fase. Een hoge K-waarde betekent dat de doelstof sterk de voorkeur geeft aan de organische fase en dus efficiënt wordt geëxtraheerd. Een lage K-waarde duidt op een voorkeur voor de waterige fase.
De verdelingscoëfficiënt is stofspecifiek en afhankelijk van temperatuur, pH en de aard van de gebruikte oplosmiddelen. Voor ioniseerbare verbindingen (zuren, basen) wordt daarnaast de distributieverhouding D gebruikt, die rekening houdt met alle aanwezige chemische vormen van de doelstof (geïoniseerd en niet-geïoniseerd).
Een standaard LLE-procedure verloopt in vier stappen:
In stap 1 wordt het extractiemiddel (de organische fase) toegevoegd aan de waterige oplossing die de doelstof bevat. De scheidingstrechter wordt gesloten met een glazen of PTFE-stop.
In stap 2 wordt de trechter herhaaldelijk omgekeerd en voorzichtig ontgast via het kraantje om drukopbouw te voorkomen. Door het schudden vergroot het grensvlak tussen de fasen en stelt het systeem zich in op het verdelingsevenwicht.
In stap 3 wordt de trechter rechtop geplaatst en laat men de fasen volledig scheiden. De zwaardere fase zakt naar de onderkant; een scherp grensvlak (interfase) wordt zichtbaar.
In stap 4 wordt de onderste fase via het kraantje afgetapt in een erlenmeyer of bekerglas. De bovenste fase blijft achter in de scheidingstrechter. Voor een hogere opbrengst wordt de extractie herhaald met verse organische fase.
De keuze van het extractiemiddel is bepalend voor de efficiëntie en selectiviteit van de extractie. De belangrijkste selectiecriteria zijn:
De dichtheid van het organische oplosmiddel bepaalt of het na de fasescheiding bovenin of onderin de scheidingstrechter komt te staan. Oplosmiddelen lichter dan water (dichtheid kleiner dan 1,00 g/mL) vormen de bovenste laag; oplosmiddelen zwaarder dan water vormen de onderste laag. Deze positie is essentieel om te weten, omdat de onderste laag altijd via het kraantje wordt afgetapt.
Een vaste praktijkregel bij vloeistof-vloeistofextractie is dat de onderste fase altijd via het kraantje wordt afgetapt, ongeacht of dat de waterige of de organische fase is. Probeer nooit de bovenste laag via het kraantje af te tappen: dat leidt onvermijdelijk tot vermenging met de onderste laag op het moment dat het grensvlak het kraantje passeert. De bovenste laag wordt na het volledig aftappen van de onderste laag uit de bovenkant van de trechter geschonken in een schone erlenmeyer.
Het extractierendement E (uitgedrukt als percentage) geeft aan welk aandeel van de totale hoeveelheid doelstof is overgebracht naar de organische fase na één extractiestap:
E (%) = 100 × K / (K + Vᵂ / Vₒˇ)
Hierbij is Vᵂ het volume van de waterige fase en Vₒˇ het volume van de organische fase. Uit deze formule volgt een praktisch belangrijk inzicht: meerdere extracties met een kleiner volume oplosmiddel geven een hoger totaal rendement dan één extractie met een groot volume. Drie extracties met elk 10 mL oplosmiddel leveren doorgaans meer doelstof op dan één extractie met 30 mL, omdat bij elke stap opnieuw een evenwicht wordt ingesteld vanuit een verarmde waterige fase.
Voor zwakke zuren en basen is de pH van de waterige fase een kritische parameter. Een zwak zuur (bijv. een carbonzuur) is in zijn niet-geïoniseerde vorm veel beter extraheerbaar naar een organische fase dan in zijn geïoniseerde (gedeprotoneerde) vorm. Door de pH te verlagen wordt de protonering bevorderd en neemt de extraheerbaarheid toe. Omgekeerd geldt voor zwakke basen: een hogere pH bevordert de niet-geïoniseerde vorm en verbetert de extractie.
Dit pH-effect wordt doelbewust ingezet bij terugextractie (back-extraction of stripping): de doelstof wordt eerst bij een gunstige pH uit de waterige fase geëxtraheerd in de organische fase, waarna de pH wordt aangepast om de doelstof selectief terug te extraheren in een nieuwe waterige fase. Op deze manier kan een hoge zuiverheidsgraad worden bereikt.
Een veelvoorkomend praktisch probleem bij LLE is emulsievorming: de twee fasen scheiden niet volledig, waardoor een troebele tussenlaag ontstaat die de analyse verstoort of de opbrengst verlaagt. Emulsies ontstaan met name bij:
Praktische maatregelen om emulsievorming te verminderen of op te lossen zijn het toevoegen van natriumchloride (uitzouten, het zogenaamde salting-out effect), centrifugeren, filtreren over een fasescheidingspapier (bijv. Whatman 1PS), toevoegen van een kleine hoeveelheid ethanol of isopropanol, of het wisselen naar een organisch oplosmiddel met een groter dichtheidsverschil ten opzichte van water.
LLE wordt in de monstervoorbereiding vaak afgewogen tegen alternatieve technieken, met name vaste-fase-extractie (SPE). De keuze hangt af van de toepassing, de doelstof en de gewenste doorvoer.
Vloeistof-vloeistofextractie wordt breed ingezet in uiteenlopende toepassingsgebieden:
Bij LLE worden doorgaans organische oplosmiddelen gebruikt die ontvlambaar, vluchtig of toxisch zijn. De volgende veiligheidsmaatregelen zijn altijd van toepassing:
De scheidingstrechter is het centrale instrument bij LLE. Bij Labvakhandel zijn scheidingstrechters leverbaar in borosilicaatglas (DURAN) in diverse inhouden van 50 mL tot 2.000 mL, met glazen of PTFE-kraantjes. PTFE-kraantjes bieden betere chemische bestendigheid bij gebruik van geconcentreerde zuren of sterke basen en vereisen geen invetten. Bekijk het assortiment extractors en koelers voor het volledige overzicht van beschikbaar glaswerk voor extractietoepassingen.
Voor de opvang en verdere verwerking van de geëxtraheerde fase zijn bekers en erlenmeyers in borosilicaatglas de standaardkeuze. Voor het indampen van het oplosmiddel na extractie worden rondbodemkolven gebruikt in combinatie met een rotatie-indamper.
LLE is één van de technieken binnen de bredere familie van monstervoorbereiding voor chromatografische analyse. Afhankelijk van de matrix, de doelstof en de gewenste gevoeligheid kan LLE worden gecombineerd met of vervangen door andere technieken zoals QuEChERS (voor pesticidenanalyse in voedsel), dispersieve vloeistof-vloeistofextractie (DLLE), Supported Liquid Extraction (SLE) of vaste-fase-microextractie (SPME). Voor toepassingen waarbij een hogere selectiviteit, lager oplosmiddelverbruik of hogere doorvoer vereist is, biedt de techniek van vaste-fase-extractie (SPE) een goed alternatief.
Voor het extraheren van een doelstof uit een vaste matrix — bijvoorbeeld plantenmateriaal, bodem of voedsel — is LLE niet geschikt. In dat geval wordt gebruikgemaakt van vaste-vloeistofextractie, klassiek uitgevoerd met een soxhletapparaat (continue extractie met terugvloeiende warme oplosmiddeldamp) of moderne alternatieven zoals versnelde oplosmiddelextractie (accelerated solvent extraction) en microgolfgestuurde extractie. Na de vaste-vloeistofextractie kan de organische fase desgewenst nog worden opgewerkt met een LLE-stap om matrixcomponenten te verwijderen.
Bij de keuze van het oplosmiddel voor LLE speelt de zuiverheidskwaliteit een directe rol: voor analytische toepassingen is HPLC-grade of pesticide-grade kwaliteit vereist om interferenties door verontreinigingen in de blanco te voorkomen. Zie het overzicht van zuiverheidsgraden van chemicaliën voor een toelichting op de gangbare aanduidingen.
Neem contact op voor advies over de juiste scheidingstrechter, oplosmiddelen of overige materialen voor uw extractietoepassingen.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
