کمک فراصوت به استخراج مایع – مایع : یک ابزار تحلیلی قابل بحث

خلاصه
مرور تاثیرات فرا صوت (US ) روی استخراج مایع – مایع اینجا ارائه می شود . پدیده بوجود آمده بواسطه US ، مخصوصا خلاء زایی ، به شیوه های مختلف روی انتقال جمعی بین دو مایع مخلوط نشدنی تاثیر می گذارد . ماهیت حالتهای دهنده و گیرنده و حضور یک واکنش شیمیایی بطور چشمگیری انتقال جمعی را تحت تاثیر قرار می دهد . روشهای گسسته و پیوسته برای توسعه استخراج مایع – مایع با کمک فرا صوت و نیز مزایا و محدودیت های آنها به عنوان یک عملکرد سیستم تحت بررسی مورد بحث واقع می شوند . به منظور ایجاد سیستم های مایع – مایع که بتواند بواسطه عملکرد این نوع انرژی مفید باشند ، تحقیق کاملی نیاز است .

فهرست
۱-مقدمه
۲- متغیرهای تاثیر گزارنده بر استخراج مایع – مایع با کمک فرا صوت
۳- روشهای گسسته استخراج مایع – مایع با کمک فرا صوت
۴- روش های پیوسته مایع – مایع با کمک فرا صوت
۱ . ۴ . استخراج مایع – مایع با کمک فرا صوت با کنترل یک هم کنشگر
۲ . ۴ . استخراج مایع – مایع با کمک فرا صوت با کنترل متعاقب دو هم کنشگر
۱ . ۲ . ۴ کنترل دو هم کنشگر و انتقال از فاز مایع به آلی
۲ . ۲ .۴ کنترل دو هم کنشگر و انتقال از فاز آلی به مایع
۵- نتایج
متشکرات
مراجع

۱- مقدمه
کمک فرا صوت معمولا یک جایگاه کاملا رایج در شیمی تحلیلی می شود ، که از این انرژی برای اهداف گوناگون در ارتباط با آماده سازی نمونه ( SP ) ، اما با تناوب خیلی متمایز و نابرابر، استفاده می کند . بنابراین شستن به روش های دسته ای و پیوسته ، واهشتگی های شدید و ملایم اقداماتی هستند که فرا صوت ( US ) مورد استفاده قرار داده است ؛ افشانه کردن به عنوان یک مرحله پیشین برای کشف و ردیابی اتم ، دهه ها به طور موفقیت آمیزی به واسطه فرا صوت کمک شده است . در مقابل واکنشهای تحلیلی مثل اکسایش – کاهش ، تشکیل مجموعه ، هیدولیز یا واکنشهای کاتالیز شده با آنزیم ، علیرغم نتایج امیدوار کننده به دست آمده خیلی کم به واسطه این انرژی کمک شده اند .

در مورد سیستمهای مایع دو فازی، پخش یک فاز به عنوان ذرات کوچک در دیگری تحت کمک فرا صوت ، تا زمانیکه سیستم مایع – مایع ناهمگن اولیه یک دست و یک جور
شود ، که معمولا به ” همگن ” با ” امولسیون کردن ” معروف است ، یک روند تایید شده هم در زمینه های تحلیلی و هم صنعتی می باشد . توان فرا صوت برای آمیختن ، ترکیب و تحریک کردن موثر سیستم بدون تغییر خواص شیمیایی آن به طور وسیعی هم در آزمایشگاه و هم در صنعت برای فرآیندهای امولسیون کردن ثابت و استفاده شده

است ، بنابراین علاقه بیشتر به توضیح مکانیزمهای اصلی پشت تولید امولسیون و تثبیت تحت شرایط متفاوت را ترغیب می کند . بسته به عملکرد شرایط و نوع فرا صوت مورد استفاده – یا حمام فرا صوتی یا ردیاب – هم تشکیل و هم از بین بردن امولسیون
می تواند مطلوب باشد . در مقابل ، تاثیرات بالقوه فرا صوت روی انتقال جمعی بین دو فاز مخلوط نشدنی ( یعنی استخراج مایع – مایع ، یک روش تفکیک قدیمی ) ، که بتواند به تسریع انتقال و برقراری تعادل منتهی شود ، خیلی کم مورد بررسی قرار گرفته اند . اینکه آیا فرا صوت به انتقال جمعی بین دو فاز مخلوط نشدنی کمک می کند ، اگر شخص توان این شکل انرژی برای تسهیل

کردن امولیسیون سازی را در نظر بگیرد ، ممکن و قابل بحث است . احتمالا به این خاطر شیمیدانان تحلیلی به بررسی فرا صوت به عنوان روشی برای بهبود استخراج مایع – مایع ( LLE ) بی میل بوده اند . در حقیقت کاربرد فرا صوت اغلب امولسیون های ثابتی بوجود می آورد که به زمانهای تفکیک فاز طولانی می انجامد ، بنابراین فرا صوت به انتقال جمعی بین فازها کمک میکند – به شرط اینکه تعادل تقسیم بندی مربوطه به انتقال کمک کند . LLE سریع و موثر مستلزم اجتناب از تاثیر اولی یا به حداقل رساندن آن و به حداکثر رساندن دومی می باشد . دو عامل اصلی برای بهینه سازی در استخراج مایع – مایع با کمک فرا صوت ( USALLE ) وجود دارد.

۲ . متغیرهای تاثیر گذارنده بر استخراج مایع – مایع با کمک فرا صوت
به حداکثر رساندن تاثیر استخراج و به حد اقل رساندن امولسیون فازهای مخلوط نشدنی در USALLE مستلزم بهینه سازی هم متغیرهای خاص مربوط به فرا صوت و هم خواص LLE می باشد . بعلاوه متغیرهای خاص مربوط به فرا صوت بهینه می شوند بسته به اینکه آیا ( ۱ ) یک روش تجربی گسسته انجام می شود یا پیوسته ،
(۲ ) حمام استفاده می شود یا ردیاب و ( ۳ ) غو

طه وری مستقیم به کار برده می شود یا پخش مایع ( اگر یک ردیاب وروش گسسته استفاده شوند ) .
تاثیر متغیرهای فرا صوت ، که هر جایی شرح داده می شوند ، می تواند به صورت زیر خلاصه شوند :
(a ) تاثیرات مکانیکی ، که به طور وسیعی به انتقال جمعی بین فازهای مخلوط نشدنی از طریق آشفتگی بالا کمک می کند ، به طور خاص در تناوب های پایین چشمگیر هستند . مهمترین تاثیرات مکانیکی ریز فوران و ریز جریان می باشند . اولی یک پیامد خلاء زایی ، دریا نزدیک هر سطح جامد وسیع می باشد ، که به فرو پاشی حباب به شیوه ای نامتقارن می انجامد . سطح وسیع جامد از حرکت مایع از سمت مورد نظر جلوگیری

ر حباب می آید . فوران مایع می تواند به سرعت بالای ۱-ms 100 برسد . ریز جریان اصولا یک پیامد خلاء زایی در حضور پودر معلقی می باشد که معمولا در سیستمهای LLE موجود
نمی باشد . جریان گسترده ( که به عنوان باد کواتز یا جریان اکارت نیز معروف است ) نیز به تاثیرات مکانیکی همراه با جریان ریلی و اسکلیکتینگ کمک می کند ، تاثیر آنها یک عملکرد موج فرا صوت ( نوع ثابت یا تجزیه شونده ) می باشد .
(b ) تاثیرات شیمیایی فرا صوت ، که برای افزایش واکنش برخی مواد شیمیایی معروف هستند . دما وفشار بالا در یک حباب خلاء زایی فرو پاشی کننده ایجاد شده توسط پرتو افکنی فرا صوت موجب تشکیل رادیکالهای آزاد و گونه های متغیر دیگر می شود . تاثیرات شیمیایی اصلی بنابراین ترغیب و تسریع واکنشها می باشند . اکثر روشهای USALLE گسسته موجود بدون آماده سازی برای امولسیون کردن ( یعنی برای زمان مورد نیاز جهت تفکیک فازها ) بهینه شده اند . این مسئله برای روشهای پیوسته صادق نیست چون در آنها باید از امولسیون کردن برای هم کنشگر که کنترل

نمی شود ، اجتناب شود یا آن باید محدود شود . تمام متغیرهای فرا صوت بررسی شده و موثر ثابت شده در امولسیون سازی ( بعبارتی قدرت پرتو افکنی ، موقعیت منبع فرا صوت بر حسب هم کنشگر مایع – مایع ، قطر نوک اگر ردیاب استفاده می شود ، هندسه ظرف ، زمان پرتو افکنی ، چسبندگی ، فشار ایستایی و تراکم شناساگرها ، و غیره ) باید به منظور ایجاد بهترین شرایط کاری هنگام پرداختن به این روش در LLE بررسی شوند .

تاثیر متغیرهای مربوط به LLE ( مثل نسبت حجم فازی آبی به آلی ، ضریب تقسیم گونه های مورد نظر بین دو فاز مخلوط نشدنی ) خارج از محدوده این کتاب است و در جای دیگر به طور مفصل مورد بحث قرار می گیرد .
۳٫ روشهای گسسته استخراج مایع – مایع با کمک فرا صوت
اکثر روشهای USALLE گزارش شده از نوع گسسته می باشند و از حمام فرا صوتی استفاده می کنند . معمولا یک طرف حاوی نمونه و فاز گیرنده مخلوط نشدنی در مایع انتقال دهنده نگه داشته شده در حمام فرو برده می شود و فرآیند شامل کاربرد
فرا صوت برای یک زمان از پیش تنظیم شده ، تفکیک فاز و تکرار چرخه استخراج ، در صورت نیاز می باشد . با تفاوت های کم این روش برای استخراج ترکیبات بو از آب انگور ، شراب ، براندی های کهنه و عصاره های الکلی آبکی چوب یا گونه های ترکیبی خاص مثل مونرین ها از شراب و نیز فرار ها و آفت کش ها از عسل و جیوه متیل از مواد بیولوژیکی استفاده شده اند .

در ۱۹۹۵ ، کوکتیو سودمندی USALLE برای استخراج بوها از شراب را ثابت کرد . چهار سال بعد ، هرنانز ویلا روش کوکتیو را استفاده کرد . در ترکیب با یک عامل متغیرهای مربوط به استخراج مثل حجم های نمونه و مواد استخراج شده و زمان استخراج بهینه شدند ، با این وجود بهبودها پیرامون روش اصلی ناچیز بودند ( مثلا ، حجم های نمونه و حلال مخلوط نشدنی به ترتیب با دقت مشابه در هر دو مورد از ۱۲۵ به ۱۰۰ و از ۶۰ به ml 50 کاهش می یافتند ) . توجه کنید که نه متغیرهای مربوط به استخراج بلکه تنها حجم های نمونه و استخراج وزمان استخراج بهینه شدند . تعیین بوهای شراب هفت کلون انگورهای موناسترل با استفاده از روش کوکتیو ضریب های متغیری را فراهم کرد که تا حدودی بالاتر از ضریب های به دست آمده توسط کوکتیو بودند . با این وجود ، نویسندگان استنتاج کردند که فرار ها یک وسیله ارزشمند برای دسته بندی فراهم می کنند و کلون های انگو

ر را متمایز میکنند و اینکه خواص حسی شرابها نه تنها در میان گونه ها بلکه درمیان کلون ها نیز میتواند متفاوت باشد . یک بررسی قیاسی جالب ترکیبات پودر براندی های کهنه و عصاره های الکلی آبکی چوب که شامل استخراج با کمک فرا صوت می باشد انجام شد به این منظور که ترکیبات بوی براندی موجود در انگور ها و شرابها ، آنهایی که با تقطیر شکل یافتند و آنهایی که از چوب بلوط حاصل شدند ، مشخص شوند . بعد از سه چرخه استخراج با ۳۰ ، ۱۰ و

ml 10 دی کلرومتان در یک حمام فرا صوتی ، حجم عصاره کلی در دستگاه تبخیر کننده چرخشی و ترکیبات خاص سنجیده شده توسط GC-FID تا ML 200-100 کاهش یافت . انحرافات معیار نسبتا بالای این روش در برخی موارد می توانند اساسا با سودمندی در انرژی فرا صوت فراهم شده توسط حمام و حجم های پایین عصاره شرح داده شوند .
دمای LLE در هیچ یک از روش های قبلی کنترل نمی شد . این ، همراه با کاهش خاص در قدرت حمام های فرا صوتی می تواند منشا عدم دقت بالا باشد .

USALLE گستر مرنوترپن ها با SPME غوطه وری مستقیم این ترکیبات از شراب مقایسه شده اند . تغییر روش از کوکتیو استفاده شد چون دی کلرومتان ۲:۱ n – پنتان- دی اتیل اتر را به عنوان ماده استخراج شده جایگزین کرد . نمونه ها تحت کاربرد فرا صوت برای ۱۰ دقیقه با استفاده از ۳۰ ، ۱۰ و ml 10 ماده استخراج شده آلی و دمای ثابت ۰C20 سه بار استخراج می شدند . به یک دلیل متقاعد نکننده ، ( یعنی اینکه محلول رنگ نگاری از طریق تطابق ترکیبات اصلی عمده با ترکیبات کم و فرعی با شمار

چرخه های بیشتر کاهش می یافت ) نویسندگان ترجیح می دهند تنها سه چرخه استخراج را استفاده کنند با این وجود از تاثیر متضاد استفاده از چرخه های بیشتر می توانست به واسطه رقیق کردن عصاره اجتناب شود ، با این مزیت افزوده که اطلاعات مفید در مورد سینتیک استخراج ترکیبات متفاوت می توانست حاصل شود . نتایج این بررسی این ها بودند : ( ۱ ) هر دو روش برای استخراج ترکیبات مورد نظر از شراب ها با تفکیک خاص GC بعدی به منظور دسته بندی شراب های تولید شده در مناطق جغرافیایی متفاوت ، مناسب هستند ، (۲ ) هر دو حساسیت و دقت مشابه فراهم میکنند ، ( ۳ ) استخراج
فرا صوتی موثر تر است و حالتهای مطلوب کیفی

تی – کمیتی غنی تر فراهم می کند و
( ۴ ) روش SPME سریعتر می باشد ( بزرگترین عیب استخراج فرا صوتی زمان طولانی مورد نیاز برای متراکم کردن عصاره تحت اتمسفر درونی ، ۱۲ ساعت بود ) و حجم نمونه کمتر را استفاده می کند .
سودمندی فرا صوت برای تسریع LLE ترکیبات از عسل اساسا در توان عملکرد در دمای محیط قرار دارد ، در مقابل برخی روشها مثل استخراج – تقطیر همزمان و تصفیه و گیراندازی ، در معرض مصنوعات گرمایشی می باشند .USALLE برای استخراج ترکیبات فرار از گلهای مرکبات و عسل مرکبات به منظور تشخیص عسل بر حسب منشا گیاهی ، و نیز آفت کش ها استفاده شده است . در این زمینه ، USALLE سریعتر از روشهای رایج می باشد و این مزیت افزوده را دارد که آن ترکیبات وزن مولکولی حداکثر ۲۲۰ را استخراج می کند که به تعیین منشا عسل کمک می کند . با این وجود این تکرار پذیری بهبود یافته را طلب می کند چون مقادیرR

.S.D برای برخی ترکیبات از
۲۰ % تجاوز میکند .
آفت کش هایی مثل آترازین و سیمازین با کمک یک حمام فرا صوتی از عسل استخراج شده اند . علاوه بر نوع ماده استخراج شده ، متغیرهایی مثل حجم ماده استخراج شده ، زمان آوادهی و شمار چرخه های استخراج بهینه شدند ، دما و ارتفاع مایع انتقال دهنده در حمام ثابت ماندند . قیاس روش بعدی با مکمل استخراج با تکان دادن بالن نشان داد که اولی سریعتر و موثر تر می باشد و انحرافات معیار نسبی کمتری فراهم می کند .
یک انتقاد عمده برای تمام روشهای قدیمی کمک شده با فرا صوت این است که آنها با مشابه بدون کمکشان مقایسه نشده اند . با این وجود این مسئله در مورد روش به کار رفته برای آفت کش های موجود در عسل و برای تعیین آهن از حلال های غیر آبی یا برای جیوه در مواد بیولوژیکی مطرح شده توسط تو و دیگران ، که مبتنی بر شستن اسیدی برای ۵ دقیقه است و به واسطه مشتق سازی همزمان مناسب و استخراج
مایع – مایع برای ۴۰ دقیقه در حضور تترا اتیل بورات سدیم و نونان ، تثبیت شده در PH7/0 ، تحت فرا صوت ادامه می یابد ، صادق نیست . ترکیب با دست تکان داده
می شود و در ۰C40 در یک بسامد فرا صوتی ترکیبی ۱۰۰ % آوادهی می شود ، با این وجود خواص حمام فرا صوتی مورد استفاده نادیده گرفته نمی شود . تفکیک فاز به واسطه سانتریفوژ در rpm 5400 برای ۵ دقیقه تحت تاثیر واقع میشود .
انتقاد دیگر برای روش های قبلی این است که مطرح کنندگان آنها نتوانسته اند نوع ابزار فرا صتی مورد استفاده را بیان کنند چون آنها ظاهرا معتقدند که حمام های فرا صوتی تنها انتخاب موجود برای این هدف می باشند . در حقیقت ظاهرا تنها یک روش USALLE با استفاده از ردیاب گزارش شده است ، این روش برای استخراج آهن از حلال های آلی بیشتر استفاده می شد . هر چند مطرح کنندگان جزئیات بهینه سازی را در اثر نکردند اما آنها عمق ردیاب فرا صوتی در سیستم استخراج ، دوره های فرا صوت دهی و آرام و زمان مورد نیاز برای تفکیک فاز را مشخص کردند .

استفاده از یک ردیاب فرا صوتی به جای یک حمام فرا صوتی رایج دریافت شد که به طور چشمگیری میزان امولسیون سازی – که هدف دنبال شده در این مورد برای انتقال جمعی مناسب بود – را بهبود میبخشید چون سیستم ظرف چند ثانیه از شروع مرحله آوادهی بر اساس ردیاب ، آشفته می شد با این وجود در کنترل دما استفاده می شد و نه متغیرهای خاص ردیابهای فرا صوتی ( یعنی قدرت ، مدت تکانه ، بسامد ) بهینه می شدند ، همچنین نویسندگان نتوانستند نمونه و عصاره را متمایز کنند و از واژه ” امولسیون سازی صوتی ” برای اشاره به مرحله کمک شده با فرا صوت که به استخراج آهن می انجامید استفاده می شد . تاثیر استخراج با کمک فرا صوت تحت شرایط آرام تا ۲۱ % کاهش
می یافت .