Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №4 - Журнал «Домашняя лаборатория»

Сокслета вместо традиционных растворителей жидкий диоксид углерода, можно получать более концентрированные пробы и полнее извлекать низкокипящие компоненты, а также получать биологические экстракты, сенсорная или биологическая активность которых вполне соответствует аналогичным характеристикам исходного образца.

Промышленностью выпускается экстракционный аппарат, позволяющий работать при высоких давлениях и использовать для экстракции по обычному методу Сокслета низкокипящие растворители, в частности сухой лед. Однако поступающий в продажу сухой лед чаще всего загрязнен большим количеством летучих соединений, и чтобы определить его пригодность, необходим холостой опыт. Результаты будут более надежными, если вместо сухого льда применять диоксид углерода высокой чистоты, выпускаемый в баллонах.

Следует отметить, что состав экстрактивных эфирных масел (конкретов и абсолю) может сильно отличаться от состава дистилляционных эфирных масел, полученных из одного и того же растительного источника. Особенно это касается растительного сырья, где эфирные масла находятся в связанных формах. В этом случае в составе экстрактивного эфирного масла будут отсутствовать компоненты, получение которых требует присутствия пара или горячей воды. Например, в составе ромашкового конкрета будут отсутствовать хамазулен, образующийся только при паровой дистилляции ромашки, но будет входить матрицин — предшественник хамазулена, растворимый в органических растворителях. Если ромашковый конкрет обработать горячей водой, то в нем образуется хамазулен. С другой стороны, экстрактивные эфирные масла обогащены компонентами, легко разрушающихся водяным паром.

Выпускаемый промышленностью прибор, предназначенный для экстракции жидким диоксидом углерода при высоком давлении, модифицированный Симсом с тем, чтобы можно было использовать оба типа баллонов.

Дозирующую трубку для диоксида углерода можно изготавливать из полужесткого тефлона. Если уровень жидкости достигает нижний конец трубки (выходящий из аппарата газ при этом теряет прозрачность), в аппарате содержится необходимое количество диоксида углерода.

В зависимости от типа трубки, питающей выпускной клапан, из баллона можно подавать жидкий или газообразный диоксид углерода. В предложенном Симсом новом устройстве используются оба типа баллонов и несколько видоизмененная экстракционная камера (рис.) Аппарат Сокслета с гильзой, содержащей пробу, помещают в камеру, систему герметизируют и из нее откачивают воздух, но эта операция приемлема не для всех проб. Сначала в системе поднимают давление с помощью газообразного диоксида углерода, затем через клапан А систему подключают к источнику жидкого диоксида углерода. При открытом клапане А медленно приоткрывают клапан Б, через который газ начинает выходить. Когда граница жидкости достигнет нижнего конца трубки, соединенной с клапаном Б, выходящий через него бесцветный газ теряет прозрачность. Далее оба клапана закрывают, прибор помещают в неглубокую водяную баню (35–50 °C) и через пальцевый холодильник пропускают воду (0-10 °C). Длительность экстракции в зависимости от природы пробы может составлять 2–3 ч или несколько больше. В отдельных случаях сначала проводят 24-часовую экстракцию, а затем повторяют ее на различных аликвотных объемах той же пробы, каждый раз сокращая длительность экстракции вдвое, пока не начнет снижаться степень извлечения.

Использование для экстракции жидкого диоксида углерода вместо сухого льда может уменьшить содержание примесей в эфирных маслах; сухой лед в основном готовят из промышленного диоксида углерода, получаемого микробиологической ферментацией, и поэтому он загрязнен разнообразными летучими соединениями.

В конце экстракции весь прибор помещают в неглубокий контейнер с сухим льдом или лучше жидким азотом. Когда давление по показаниям манометра снижается до минимума, клапан А сначала только приоткрывают, а затем, после падения давления, открывают полностью. При резком понижении давления может произойти разброс содержимого экстракционной гильзы по всему внутреннему пространству камеры. Даже при медленном снижении давления заметна выходящая из выпускного клапана струя газа, содержащего сублимированный твердый диоксид углерода, образовавшегося в экстракционном аппарате. Болты, крепящие крышку прибора, отвинчивают постепенно (на один оборот каждый болт, прежде чем вывернуть его полностью), затем аппарат открывают. Анализируемые вещества распределены в бруске твердого диоксида углерода. Этот брусок помещают в морозильное отделение лабораторного холодильника на время сублимации диоксида углерода, после чего остается не разбавленная растворителем проба.

Если исходная проба содержала воду, необходима дополнительная экстракция, которую можно провести в той же колбе. С этой целью к пробе добавляют, несколько микролитров не смешивающегося с водой растворителя, например пентана или дихлорметана, и полученную смесь перемешивают, вращая колбу. Эфирные масла переходят при этом в растворитель.

Особое значение имеет количество загружаемого в аппарат диоксида углерода. Если диоксида углерода недостаточно, жидкость не достигает уровня сифона и процесс не будет циклическим; если диоксида углерода слишком много, весь аппарат переполняется и пробу может выбросить из сосуда Сокслета. Требуемое количество диоксида углерода можно оценить по объему жидкости (ацетона или другого растворителя), необходимому для заполнения сосуда Сокслета почти до уровня начала сифонирования. Сверх установленного таким образом объема следует добавить еще 5-10 см3 жидкости, чтобы, когда основная масса диоксида углерода сконденсируется в гильзе и начнется сифонирование, в сосуде оставалось некоторое количество растворителя. Исходя из полученных результатов, вычисляют общее количество диоксида углерода, необходимое для заполнения камеры при заданных температуре и давлении.

Начиная работать с новыми приборами, желательно дополнительно проверить правильность описанной выше приближенной оценки. Для такой проверки выбирают растворимый в диоксиде углерода краситель (обычно один из красителей, растворимых в эфире). В гильзу для пробы рядом с полоской чистой фильтровальной бумаги помещают небольшое количество красителя, вторую такую же полоску помещают вне сосуда на дно аппарата. Если количество диоксида углерода подобрано правильно, весь краситель экстрагируется из гильзы и фильтровальная бумага, находящаяся вне сосуда, не окрашивается. Если диоксида углерода недостаточно, краситель остается в гильзе и не окрашиваются обе полоски фильтровальной бумаги. В том случае, если диоксида углерода слишком много и система переполнена, окрашивается полоска, находящаяся вне сосуда.

В качестве растворителей для экстракции эфирных масел перспективно использование соединений, находящихся в сверхкритическом состоянии, Перевести газ в жидкое состояние можно, только охладив его до температуры ниже критической. Для диоксида углерода критической является температура 31 °C. При высоких давлениях и температуре выше критической вещество, подобно газу, распределяется по всему объему контейнера, но плотность его настолько велика, что оно обла дает совершенно особыми свойствами. В сверхкритическом состоянии вещество часто способно растворять такие соединения, которые в нормальных условиях в нем не растворяются. Поскольку растворяющая способность веществ в сверхкритическом состоянии возрастает вместе с их плотностью, в них могут содержаться значительные количества нелетучих соединений. При некоторых условиях в веществах в сверхкритическом состоянии наряду с экстракцией может протекать дистилляция. Меняя температуру и давление, можно провести выделение, аналогичное фракционной дистилляции. Можно предполагать, что применение веществ в сверхкритическом состоянии в методах извлечения эфирных является перспективным направлением.

Другим более эффективным способом для непрерывного извлечения эфирных масел в лабораторных условиях является сочетание паровой дистилляции и экстракции растворителем. Для этого используют