Кіріспе
Зертханалық шыны ыдыстар. Бөлгіш воронка, сондай-ақ ажырату воронкасы немесе жай ғана "сеп воронка" деп те аталады, сұйық-сұйық экстракциясында қолданылатын зертханалық шыны ыдыс. Ол қоспаның құраушыларын екі араласпайтын, әртүрлі тығыздыққа ие еріткіш фазаға бөлуге (ажыратуға) арналған. Әдетте, фазалардың бірі сулы, ал екіншісі липофильді органикалық еріткіш, мысалы эфир, МТБЭ, дихлорметан, хлороформ немесе этилацетат болады. Бұл еріткіштердің барлығы екі сұйықтықтың арасында анық шекара жасайды. Тығыздығы жоғары сұйықтық, әдетте сулы фаза (органикалық фаза галогенделмеген жағдайда), воронканың түбіне шөгіп, клапан арқылы азырақ тығыз сұйықтықтан бөліп алынып, төгіліп шығарылуы мүмкін.
A separatory funnel, also known as a separation funnel, separating funnel, or colloquially sep funnel, is a piece of laboratory glassware used in liquid liquid extractions to separate (partition) the components of a mixture into two immiscible solvent phases of different densities. Typically, one of the phases will be aqueous, and the other a lipophilic organic solvent such as ether, MTBE, dichloromethane, chloroform, or ethyl acetate. All of these solvents form a clear delineation between the two liquids. The more dense liquid, typically the aqueous phase unless the organic phase is halogenated, sinks to the bottom of the funnel and can be drained out through a valve away from the less dense liquid, which remains in the separatory funnel.
Сипаттама
Бөлу шұңқыры конус пішіндес, жарты шар тәрізді ұшы бар. Оның жоғарғы жағында тығыны, ал төменгі жағында кран орналасқан. Зертханаларда қолданылатын бөлу шұңқырлары көбінесе боросиликатты шыныдан жасалады, ал олардың крандары шыныдан немесе PTFE-ден жасалған. Көлемі әдетте 30 мл мен 3 л аралығында болады. Өнеркәсіптік химияда олар одан да үлкен болуы мүмкін, ал өте үлкен көлемдер үшін центрифугалар қолданылады. Еңкейген қабырғалары қабаттарды анықтауды жеңілдету үшін жасалған. Кранмен басқарылатын шығыс сұйықтықты шұңқырдан ағызуға арналған. Шұңқырдың үстінде стандартты конус тәрізді қосылыс бар, ол шыны немесе тефлон тығынмен үйлеседі. Бөлу шұңқырын пайдалану үшін екі фаза және ерітіндідегі бөлінетін қоспаны жоғарғы жағынан құяды, ал төменгі жағындағы кран жабылады. Содан кейін шұңқыр жабылып, бірнеше рет кері бұра отырып, ақырын шайқалады; егер екі ерітінді тым күшті араластырылса, эмульсия пайда болады. Шұңқыр кері бұрылып, артық қысымды шығару үшін кран ақырын ашылады. Фазалар толық бөлінуі үшін бөлу шұңқыры біршама уақытқа қалдырылады. Содан кейін жоғарғы және төменгі крандар ашылып, төменгі фаза гравитация күшімен босатылады. Төменгі фазаны босату кезінде шұңқырдің ішіндегі және атмосферадағы қысымды теңестіру үшін жоғарғы жағын ашып ұстау қажет. Төменгі қабат алынып тасталғаннан кейін кран жабылып, жоғарғы қабат басқа ыдысқа жоғарғы жағынан құйылады.
Теория
Бөлу шұңқыры "теңдес ерітеді теңдес" принципіне негізделген, ол полярлы еріткіштердің полярлы заттарды, ал полярлы емес еріткіштердің полярлы емес заттарды еріту қабілетін сипаттайды. Шұңқыр шайқалғанда, әр зат өзінің ең жақсы ерігіштікке ие еріткішке (оны "фаза" деп те атайды) көшеді. Еріткіштер әдетте бірігіп, біртекті ерітінді құрамайды, себебі олар араласпайды. Шұңқыр шайқалып, тұрғаннан кейін, сұйықтықтар жеке физикалық қабаттар түзеді – төмен тығыздықтағы сұйықтықтар жоғары тығыздықтағы сұйықтықтардың үстінде қалады. Осылайша, заттардың қоспасы екі физикалық жағынан бөлек ерітіндіге ажыратылады, олардың әрқайсысы әртүрлі заттармен толықтырылады. Екі фаза толық бөлінгеннен кейін, төменгі қабатты шұңқырдан шығару үшін кран ашылуы мүмкін. Жоғарғы қабатты қосымша еріткішпен тағы да экстракциялау үшін шұңқырда қалдыруға немесе басқа қолданулар үшін бөлек ыдысқа құюға болады. Егер төменгі қабатты одан әрі экстракция үшін шұңқырда қалдыру қажет болса, екі қабат та бөлек алынып, содан кейін бұрынғы төменгі қабат шұңқырға қайтарылады. Әрбір жеке ерітінді одан әрі физикалық немесе химиялық процестер үшін қолданылатын қосымша еріткіш топтарымен қайта экстракциялануы мүмкін. Егер мақсат қоспадан белгілі бір затты бөлу болса, онда сол затты қалдыру үшін ерітіндіні буландыруға болады. Сондықтан, қоспадан қажетті материалды алу үшін ұшпалы еріткіштерді пайдалану ыңғайлы.
Эмульсиялар
Бөлу шұңқырын пайдаланудың кемшіліктерінің бірі – эмульсиялар оңай түзіледі және түзілгеннен кейін бөлінуіне көп уақыт қажет болады. Олар көбінесе сұйықтықтарды бөлу шұңқырында араластыру кезінде пайда болады. Бұл кішкентай тамшылар сулы ерітіндіде шашырап тұрғанда болуы мүмкін. Эмульсия түзілсе, сұйықтықты бөлу үшін қолданылатын бір тәсіл – ерітіндіні бөлу шұңқырында ақырын айналдыру. Егер эмульсия осылай бөлінбесе, аздаған мөлшерде қаныққан тұзды ерітінді қосылады ("тұзды ерітіндімен бөлу"). Эмульсия түзілу мүмкіндігін азайту немесе тіпті жою, соның салдарынан күту уақытын қысқарту мақсатында, баламалы, тиімді тәсілдер зерттелуде, олардың көпшілігі араластырушы (магниттік араластырғыш) таяқшаларды қолдануға негізделген.
Қауіпсіздік мәселелері
Бөлу шұңқырын пайдалану кезіндегі ең үлкен қауіп – қысымның артуы. Газ бөлінетін реакция немесе физикалық өзгеріс орын алғанда, араластыру барысында қысым жиналады. Бұл мәселені араластыру кезінде шұңқырдың үстіңгі бөлігіндегі тоғытқышты үнемі ашу арқылы оңай шешуге болады. Көбінесе, бөлу шұңқырын төңкеріп, қысымды босату үшін кранды ашу қадамы, «желдету» деп аталады және ол бірнеше рет қайталанады. Мұндай кезде шұңқырдың ұшы денеден қашыққа бағытталған болуы керек.