Motströmsfördelning

Motströmsfördelning ( CCD , även stavat "motströmsfördelning) är en analytisk kemiteknik som utvecklades av Lyman C. Craig på 1940-talet. Motströmsfördelning är en separationsprocess som bygger på principerna för vätske-vätskeextraktion där en kemisk förening fördelas (uppdelas) mellan två oblandbara vätskefaser (till exempel olja och vatten) enligt dess relativa löslighet i de två faserna. Den enklaste formen av vätske-vätskeextraktion är uppdelningen av en blandning av föreningar mellan två oblandbara vätskefaser i en separertratt . Detta sker i fem steg: 1) förberedelse av separertratten med tvåfaslösningsmedelssystemet, 2) införande av den sammansatta blandningen i separertratten, 3) kraftig skakning av separertratten för att blanda de två skikten och möjliggöra massöverföring av föreningar in och ut ur faserna, 4) Innehållet i separertratten får sjunka tillbaka i två distinkta faser och 5) de två faserna separeras från varandra genom att tömma bottenfasen. Om en förening är olöslig i den nedre fasen kommer den att distribueras till den övre fasen och stanna kvar i separertratten. Om en förening är olöslig i den övre fasen kommer den att distribueras till den nedre fasen och avlägsnas från separertratten. Om blandningen innehåller en eller flera föreningar som är lösliga i den övre fasen och en eller flera föreningar som är lösliga i den undre fasen, så har en extraktion skett. Ofta är en enskild förening till viss del löslig i båda faserna och extraktionen är därför ofullständig. Den relativa lösligheten av en förening i två faser är känd som fördelningskoefficienten .

Medan en separationstratt är användbar för att separera vissa föreningsblandningar med ett noggrant formulerat tvåfasiskt lösningsmedelssystem, kan en serie separertrattar användas för att separera föreningar som har olika fördelningskoefficienter. Motströmsfördelning är därför en metod för att använda en serie kärl (separatortrattar) för att separera föreningar genom en sekvens av vätske-vätskeextraktionsoperationer. I motsats till vätske-vätskeextraktion, dekanteras den övre fasen i CCD-instrumenten från den nedre fasen när faserna har sedimenterat. Först införs en blandning i kärl 1 (Vi) _laddat med båda faserna och vätske-vätskeextraktionsprocessen utförs. Den övre fasen tillsätts till ett andra kärl (V2) _som redan håller färsk nedre fas. Färsk övre fas tillsätts till _V1 . Båda kärlen skakas och får sätta sig. övre fasen från V ₁ överförs till V ₂ samtidigt som den övre fasen från V ₂ överförs till V ₃ som redan håller ny nedre fas. Färsk övre fas tillsätts till V1 _, alla tre kärlen skakas och sedimenteras och processen fortsätter. Föreningar som är mer lösliga i den övre fasen än den lägre fasen snabbare och längre ner i serien av kärl ("tåget") medan de föreningar som är mer lösliga i den nedre fasen än den övre fasen tenderar att släpa efter. En förening som är olöslig i den övre fasen kommer att förbli i V ₁ medan en förening som är olöslig i den nedre fasen kommer att stanna kvar i blykärlet.

Historisk utveckling

Tidigt arbete med utvecklingen av vätske-vätskeseparationstekniker utfördes av Cornish et al. med en process som kallas "systematisk bråkfördelning" såväl som Randall och Longtin är dock den centrala figuren förvisso Lyman C. Craig . Lyman Craigs utveckling av motströmsfördelning började med att studera fördelningen av ett läkemedel, mepacrin (atabrine), mellan de två skikten av etylendiklorid, metanol och vattenhaltigt buffert tvåfasiskt lösningsmedelssystem. Fördelningskoefficienten (Kc _som sammanfaller med fördelningskoefficienten ) för atabrin varierade med lösningsmedelssystemets sammansättning och buffertens pH. I nästa artikel inspirerades Craig av Martin och Synges arbete med partitionskromatografi för att utveckla en apparat som skulle separera föreningar baserat på deras distributionskonstant ( K som sammanfaller med partitionskoefficient). Det visades att ett lösningsmedelssystem bestående av bensen, n -hexan, metanol och vatten skulle separera blandningar av organiska syror. Det är anmärkningsvärt att den matematiska teorin utvecklades hand i hand med utvecklingen av tillämpningar. Craig fortsatte att följa denna separationsmetod genom att testa olika föreningar, formulera tvåfasiska lösningsmedelssystem och framför allt utveckla ett kommersiellt gångbart instrument.

CCD-tekniken användes i många anmärkningsvärda separationer såsom penicillin , polycykliska aromatiska kolväten , insulin , gallsyror , ribonukleinsyror , taxol , Streptomyces -antibiotika. och många andra antibiotika.