Ekstraktsioon

Ekstraktsioon ehk ekstraheerimine on füüsikalis-keemiline meetod vedelate või tahkete ainete eraldamiseks segudest või lahustest. Meetodit kasutatakse segavate ainete kõrvaldamiseks, huvipakkuvate ainete kontsentreerimiseks või aine viimiseks sobivasse vormi.
Komponentide eraldamiseks segust kasutatakse vastavaid lahusteid – ekstrahente. Ekstraheeriv lahusti peab hästi lahustama komponenti, mis analüüsijale huvi pakub, omama suurt tiheduse erinevust võrreldes põhilahustiga ning lahustite omavaheline lahustuvus peab olema alla 10%. Eriti oluline on ekstrahendi selektiivsus ehk ekstrahendi omadus lahustada kindlat ekstraheeritava lahuse komponenti. Neist ekstrahendi omadustest oleneb otseselt kasutatavus ja kulu. Enamasti kasutatakse ekstraheerimiseks laboris vedelik-vedelik ekstraktsiooni korral jaotuslehtrit ja tahke faasi ekstraheerimiseks Soxhleti ekstraktorit.
Ekstraktsiooni kasutatakse nii keemialaborites kui tööstuses. Sageli on see oluline protsess keemiatoodete ja toiduainete, eelkõige suhkru ja toiduõlide tootmisel. Meetodit kasutatakse ka hinnaliste metallide ja soolade tootmiseks ning heitvete puhastamiseks.
Aine täielikuks kättesaamiseks ekstraktist järgneb ekstraktsioonile tihti rektifikatsioon või kokkuaurutamine.
Ekstraktsioone eksisteerib mitut tüüpi, kuid kõige enam kasutatavad on vedelik-vedelik ekstraktsioon, tahke faasi ekstraktsioon, tahke faasi mikroekstraktsioon ja Soxhleti ekstraktsioon.

Vedelik-vedelik ekstraktsioon

Vedelik-vedelik ekstraktsioon ehk solventekstraktsioon (inglise liquid-liquid extraction) põhineb ainete erineval suhtelisel lahustuvusel mittesegunevates vedelikes, milleks on enamasti vesi ja orgaaniline solvent. Lahus ja sellega mittesegunev solvent viiakse kokku ning toimub lahuste komponentide jaotumine kahe faasi vahel. Järgmise etapina lahused eraldatakse.
Jaotuslehtriga ekstraheerimisel täidetakse lehter 2/3 ruumalast, loksutatakse sihis pikiteljega ning pärast igat loksutamist lastakse kraani kaudu ülerõhk välja. Vältida tuleks intensiivset loksutamist, mis võib viia emulsiooni tekkeni. Emulsiooni teket soodustavad ka lähedaste tihedustega vedelikud ning aluseline keskkond. Efektiivsem on ekstraheerimist läbi viia mitu korda väiksema kogusega. Ühekordne ja suurema kogusega ekstraheerimine nii head tulemust võrreldes eelmisega ei anna.
Meetodi efektiivsus sõltub aine jaotuskoefitsiendist solventide vahel. Mida suurem on jaotuskoefitsient, seda efektiivsem on ekstraheerimine.
Selle meetodi puudusteks on suur solvendikulu, aeglane faaside eraldumine ja töömahukus.

Tahke faasi ekstraktsioon

Tahke faasi ekstraktsioon (inglise solid phase extraction) kasutab lahusest komponentide eraldamiseks tahket ja vedelat faasi ning põhineb komponentide füüsikalistel ja keemilistel omadustel. Seda kasutatakse proovide kontsentreerimiseks ja puhastamiseks.
Ekstraktsiooni läbiviimisel keemialaborites toimub esimese etapina kolonni konditsioneerimine. Toimub mittepolaarse lahustiga märgamine ning kolonni pesemine solvendiga, mis sarnaneb uuritava prooviga. Seejärel viiakse uuritav lahus kolonni ning pestakse üleliigsed komponendid (lisandid) kolonnist välja, milleks kasutatakse mittepolaarset solventi. Viimase etapina pestakse välja analüüt sobiva lahusti või puhvriga.
Tahke faasi ekstraktsioonil on eeliseid vedelik-vedelik ekstraktsiooni ees: tahke faasi ekstraktsioon on kiirem ja automatiseeritav, tarbib vähem solvente, ekstrakt on kontsentreeritum ja puhtam.
Tahke faasi mikroekstraktsiooni (inglise solid phase microextraction) korral asetatakse sorbent tahkele kandjale ning seejärel viiakse need proovi sisse. Meetod on kiire ning suhteliselt efektiivne.

Leostamine

Sageli nimetatakse tahke aine ekstraktsiooni leostamiseks. Vastav nimetus on tulnud protsessi käigust. Ekstrahent tungib tahke aine pooridesse ja difundeerub sealt koos ekstraheeriva ainega pinnale ning lahuse üldmassi. Protsessi toimumist mõjutavad tahke aine struktuur, rakuline ehitus ja ekstraheeritava aine olek (lahus või tahke). Olulist rolli mängivad ka võimalikud väljasadenemised poorides.
Tahke aine ekstraktsiooni läbiviimisel töödeldakse tahket ainet ekstrahendiga. Seejärel viiakse läbi filtratsioon, mille käigus tahkest jäägist eemaldatakse ekstrakt. Kogu ekstraheeriva aine kättesaamiseks aurutatakse ja kristallitakse ekstrakt. Sellist protsessi kasutatakse eelkõige hinnaliste metallide tootmisel, kuid nii saab ka toota väetisi, värve ning toiduaineid looduslikest toorainetest. Kirjeldatud protsessi järgi toodetakse näiteks suhkrut suhkrupeedist.
Tahke aine ekstraheerimisel on mitu viisi, kuid olulisemad on perioodiline ekstraheerimine ühes ekstraktoris, pärivoolu- ja vastuvooluekstraktsioon ning perkolatsioon.

Perioodiline ekstraheerimine

Perioodiline ekstraheerimine toimub seadmes, mis peab olema varustatud mehaanilise või pneumosegistiga. Protsessis on oluline segamise kiirus. Intensiivsel segamisel saavutatakse inertsrežiim, kus tahke aine osakesed liiguvad vedelikust erineva kiirusega. Tasakaaluoleku saabumisel vähenevad liikumapanevad jõud. Juhul, kui segamine ei toimu piisavalt intensiivselt, liigub kogu mass ühtlase kiirusega ning segunemine on halb.

Pärivoolu- ja vastuvooluekstraktsioon

Pärivoolu- ja vastuvooluekstraktsioon toimub pidevprotsessina aparaatide kaskaadis või üksikaparaadis. Eelistada tuleks vastuvoolu, kuna sel juhul toimub protsess efektiivsemalt. Massiülekandetegurite suurendamiseks on võimalik kasutada aparaadis massi mehaanilist pulseerimist või tsentrifugaalrežiimis segamist.

Perkolatsioonimeetod

Perkolatsioonimeetodi korral toimub ekstraheerimine ekstrahendi vooluga läbi tahke materjali liikumatu kihi. Võrreldes päri-ja vastuvooluekstraktsiooniga on protsessist saadav ekstrakt kontsentreeritum ja aparaadi tootlikkus suurem. Seda võimaldab väike ekstrahendi hulk, mis antud meetodi puhul on suureks eeliseks. Üldine protsessi efektiivsus võrreldes kahefaasilise vastuvooluga nii tõhus ei ole.

Kasutusalad

Vedelik-vedelik ekstraktsiooni kasutatakse laialdaselt nii keemialaborites kui tööstuses eelkõige seetõttu, et meetod on lihtne ja odav.
Tahke faasi ekstraktsiooni kasutatakse analüütilise keemia laborites proovide kontsentreerimiseks. Saab kasutada ka eraldamiseks mitmesugustest maatriksitest, näiteks verest, uriinist, veest.
Tahke faasi mikroekstraktsiooni kasutatakse laborites kui ka proovivõtukohtades.