Перегонка – процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси с последующей конденсацией образующихся паров, осуществляемые однократно или многократно. В результате конденсации получают жидкости, состав которых отличается от состава исходной смеси.
Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре.
В простейшем случае смеси являются бинарными. Получаемый при их перегонке пар содержит относительно большое количество наиболее летучего (низкокипящего) компонента (НКК ), а неиспарившаяся жидкость обогащается труднолетучим (высококипящим) компонентом (ВКК ).
Жидкость, образующаяся в результате конденсации паров, называется дистиллятом (ректификатом). А неиспарившаяся жидкая часть исходной смеси называется остатком.
Различают два вида перегонки – простая перегонка (дистилляция) и ректификация.
Простая перегонка – процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Простая перегонка используется только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различаются. Метод используется для предварительного (грубого) разделения смесей и для очистки сложных смесей от нежелательных компонентов. Для более четкого разделения используют ректификацию.
Ректификация – процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс протекает путем контакта потоков жидкости и пара, имеющих различную температуру и осуществляется в аппаратах колонного типа. В результате такого контакта пары, покидающие аппарат, представляют собой практически чистый НКК, а остаток представляет собой практически чистый ВКК.
Простая перегонка
А) Перегонку проводят путем постепенного испарения жидкости, находящейся в т.н. перегонном кубе. Образующиеся при этом пары отводятся и конденсируются. Процесс может осуществляться периодически или непрерывно. При периодическом процессе с течением времени уменьшается количество остатка в кубе и меняется состав дистиллята и остатка. В этой связи отбирают несколько фракций дистиллята, имеющие различный состав. Простая перегонка при этом называется фракционной или дробной.
Простую перегонку проводят при атмосферном давлении или под вакуумом. Вакуум позволяет снизить температуру кипения и используется для разделения термически нестойких смесей.
Б) Перегонка с водяным паром. Используется также для понижения температуры кипения смеси. Если компоненты смеси не растворимы в воде, то ее используют в качестве дополнительного компонента, вводимого в куб аппарата в виде острого пара. Метод используют для разделения смеси веществ с температурами кипения более 100 0 С.
Аппарат в этом случае обогревается глухим паром через рубашку, а в нижнюю часть подают острый перегретый пар; он играет роль теплоносителя с одной стороны и способствует снижению т.кип. – с другой. Образующиеся пары охлаждаются и конденсируются и направляются в сепаратор для разделения воды и дистиллятного продукта; дистиллят затем поступает в сборник продукта.
Алкоголь может принести удовольствие только в том случае, если он качественный. А хорошего качества можно добиться, применяя верные методы его получения. Поэтому каждому начинающему самогоновару необходимо знать всё про дистиллят и ректификат, дабы создать поистине хороший алкогольный продукт.
Дистилляция алкоголя
Есть такое выражение «гнать самогон» - на самом деле это и есть дистилляция (по-другому её называют «перегонкой»). В ходе этого процесса из перебродившей смеси под воздействием высоких температур испаряются летучие соединения (пары), которые впоследствии оседают и образуют самогон. Иногда дистилляция идёт перед ректификацией, а не только как самостоятельный процесс.
Сам аппарат для перегонки довольно прост:
- Первый отсек – большая ёмкость в форме колбы, куда заливается сырьё. Наверху находится термометр для измерения температуры. Под колбой располагается источник тепла для нагрева.
- Вторая часть аппарата – змеевидная полая трубка, соединяющая первый и второй отсек. Она исходит из первой колбы под уклоном вниз, чтобы пары могли охлаждаться и, превращаясь в жидкость, каплями спадать вниз. По-другому эту часть называют «конденсатор».
- Третья часть – колбочка поменьше, находящаяся на уровне ниже, чем первый отсек перегонного аппарата. Вход в неё – через полую трубку. В этом отсеке спирт оседает.
За дистилляцией нужно следить: как только в первой колбе испарится весь спирт и останется вода, необходимо прекратить процесс. Сигналом к этому станет увеличение температуры в конденсаторе.
Выделяют 2 вида перегонки:
- простая (в один этап);
- фракционная (в несколько этапов).
По сути, простая перегонка – первый этап фракционной в результате которой получается первый выход спирта. При простой перегонке он смешивается с остальным спиртом, а при фракционной первые граммы отделяются.
Простая дистилляция
Первые 100 г дистиллята называют «головой». Важно помнить, что они непригодны для употребления из-за высокой крепости и большой концентрации вредных соединений (альдегиды, эфиры и пр.) и отличаются сильным запахом. Опытные самогоновары это знают и сливают первые 100 г в раковину или используют в бытовых целях.
Однако иногда примеси не удаляют, и такой вид дистилляции – простой. В конечном спирте остаётся запах и привкус сырья, из которого была изготовлена брага. Как правило, для создания приятной ауры напитка, его ароматизируют:
- бренди, ром и коньяк настаиваются в дубовых бочках;
- для изготовления джина добавляют миндаль и кориандр.
Некачественный алкоголь содержит химические ароматизаторы, чем отличается нерадивый производитель. Это частая практика недорогих алкогольных напитков, так как химия – дешевле, чем натуральные ингредиенты или долговременная выдержка в бочке. Таких напитков лучше избегать, так как они вреднее.
Фракционная дистилляция
Как известно, вода закипает при 100˚C, а спирт – при 78˚C, поэтому пар от спирта образуется быстрее, чем пар от воды. При охлаждении пар превращается в жидкость и оседает. Для более чистой перегонки дистилляцию повторяют многократно – в чем и состоит основа фракционной дистилляции: разные ёмкости для разных жидкостей. Фракции разделяются по объёму браги, температуре и крепости. Выделяют 3 типа фракций:
- Головная (первач), о которой писалось выше. Её не используют из-за неприятного запаха и вредных веществ. Её отбор проводится по температуре и процентам спирта по каплям.
- Средняя (тело самогона). Эта жидкость почти не имеет цвета и запаха, отсекается по высокой температуре (90–95˚C) и крепости (35–40˚).
- Хвостовая. Её основное отличие - резкий запах, который придают ей сивушные масла. Нельзя допускать её попадания в основную часть самогона – в тело.
Качественный самогон принято очищать углём и повторно дистиллировать – медленнее, чем в первый раз. Важно соблюдать чёткое разделение на фракции, чтобы насладиться хорошим результатом.
Помните: если нужно получить чистый спирт, то не рекомендуется использовать метод перегонки. У конечного продукта в любом случае останется несильный аромат первоначального сырья.
Ректификация: описание и назначение
Дистиллят и ректификат отличаются спецификой конечного продукта: в процессе ректификации можно получить чистый ректификованный спирт, поэтому его используют для производства водки.
Ректификационная колонна несколько сложнее дистиллятора, ведь необходимо непросто отделить спирт, но и очистить его от примесей: сивушных масел, метанола, ацетона, вкуса и запаха.
Важно помнить, что ректификация спирта – это не повторная дистилляция. Сам процесс имеет несколько этапов:
- Отсек с самогоном нагревается и доводится до кипения.
- Пары поднимаются по ректификационной колонне в дефлегматор, где оседает, охлаждаясь водой.
- В результате конденсации образуется флегма, которая стекает обратно по колонне.
- Флегма и пар взаимодействуют – происходит теплообмен. Легкокипящие вещества концентрируются на самом верху и оседают в специальной ёмкости.
Если сравнивать ректификат и дистиллят, то обычно разница отмечается в чистоте спирта. При ректификации на выходе получается чистый 96% спирт.
Важно: для получения ректификата подходит только 40% спирт после первичной дистилляции, а не брага.
Какой метод лучше?
Дистилляция и ректификация спиртосодержащей жидкости хороши по-своему. Например, если необходимо получить напиток с ароматом и вкусом первоначального сырья (например, коньяк и бренди), то стоит применять дистилляцию. От ректификации такие особенности напитка потеряются.
Различия кроются и в дальнейшем использовании полученного спирта. Так, дистиллированный спирт вполне можно поместить в дубовую бочку, после чего он получит приятный аромат. Выдержанный в бочках алкоголь особенно высоко ценится. Ректифицированный же спирт не получит должных свойств – он пригоден только для разведения.
Стоит отметить, что ректификация спирта стоит дороже в силу стоимости оборудования. А также необходима первоначальная дистилляция браги – а это сказывается на временных затратах. В вопросе, что лучше выбрать дистиллят или ректификат, нужно руководствоваться собственным опытом и преследуемыми целями.
Сложно сказать, что востребованней: дистиллят или ректификат, так как это зависит от дальнейшего назначения спирта. Тем не менее какой бы способ ни был выбран, нужно чётко следить за выполнением каждого этапа получения спирта, чтобы продукт получится качественным. А также нельзя экономить на оборудовании – более дорогие дистилляторы и ректификационные колонны дадут лучший результат. Если сложно самостоятельно определить, что было бы уместнее: традиционная дистилляция или ректификация, и разобраться, что лучше, то рекомендуется обратиться за помощью к специалисту.
Внимание, только СЕГОДНЯ!
Спиртосодержащие продукты довольно часто используются в нашей современной жизни. А иной раз без них бывает просто не обойтись (причем имеется в виду отнюдь не алкоголь). Обычно дистиллят (основа для многих напитков и лекарств) получают путем брожения и последующей перегонки сырья. Но довольно часто думают, что ректификация - это повторная перегонка. А это мнение ошибочно. Только многократное преобразование жидкостей, содержащих этанол, в специальных колоннах может дать результат выправления (именно так дословно переводится данный термин), очищения спиртов от примесей.
В промышленности и домашнем винокурении применяются и ректификат, и дистиллят. Разница между ними достаточно существенна. Но что лучше использовать? Данный вопрос волнует многих. Но для того, чтобы как следует оценить преимущества или недостатки технологий, нужно в первую очередь определить, какого результата мы желаем добиться: получить напиток чище слезы или, напротив, насладиться его ароматом и вкусом? Хотелось бы разложить по полочкам, что такое ректификат и дистиллят. Разница между ними имеется или же она - «придумка мастеров», которая представляет собой узкопрофессиональную направленность и не играет большой роли для среднестатистического потребителя? Давайте разбираться!
Виды дистиллятов
Это жидкости, получившиеся в результате одноименного процесса - дистилляции, то есть перегонки практически любой спиртосодержащей смеси, дальнейшего ее охлаждения и конденсации паров. Согласно классификации, можно выделить несколько разновидностей перегонки:
- простую,
- фракционную,
- собственно ректификацию.
Расскажем о каждой поподробнее, чтобы установить, чем отличаются ректификат и дистиллят. Разница между ними все же существует!
Простая дистилляция
Эта технология, по утверждениям историков, была известна с третьего века до нашей эры - данный способ использовали египтяне для того, чтобы сделать краску из порченых виноградных ягод. По крайней мере, это самый старый задокументированный момент. А возможно, что дистилляция знакома людям и с более древних времен. Для данного процесса применялись медные кубы, состоящие из перегонной емкости, конденсатора, отводной трубы для паров.
Сперва с помощью таких устройств делали краску и эссенции, духи. А уже позже, в связи со сложностью транспортировки вин по морю (напитки портились из-за палящего солнца), применили процесс к производству крепкого алкоголя.
Краткое описание процесса
Так процесс дистилляции получил известность по всей Европе, а сырье для приготовления алкогольных напитков использовали разное: виноград и зерно, кукурузу и сахар, свеклу и сахарный тростник, а в американских колониях - даже растения, к примеру кактусы.
Вкратце сам процесс выглядит примерно таким образом:
- Из сырья сначала изготавливают брагу - содержание алкоголя в ней, как правило, небольшое. Причем способы ее изготовления могут отличаться.
- Самый простой: растворяем в теплой тридцатиградусной воде дрожжи, смешивая их с сиропом из сахара и воды. Затем герметично закрываем емкость крышкой (или надеваем, к примеру, резиновую перчатку на трехлитровую банку, чтобы газу было куда выходить), ставим в тепло на неделю.
- Более сложный способ исключает использование сахара. Картошку или зерновые измельчаем, заливаем водой и нагреваем. За это время крахмалы, содержащиеся в сырье, должны преобразоваться в сахара. Далее смесь ферментируем дрожжами и оставляем настаиваться в тепле.
- Когда процесс брожения близок к завершению, брагу процеживаем и заливаем в прибор для дистилляции.
- Он нагревается с помощью источника тепла, а брага начинает испаряться.
- Полученный пар попадает по отводящей трубке в холодильник, где и конденсируется, превращаясь в дистиллят.
Следует отметить, что технологии простой дистилляции не предполагают полного удаления примесей из получаемого на выходе напитка. И если подобный процесс повторить неоднократно, то это все равно не приведет к его полному очищению. Поэтому у дистиллята наблюдается легкий вкус и аромат тех продуктов, которые использовались для браги. Впоследствии для придания аутентичного вкуса и запаха продукт ароматизируют (помещая в дубовые бочки для приготовления рома или коньяка, добавляя кориандр, хвойную эссенцию и миндаль в случае джина).
Иногда, чтоб избавиться от неприятных запахов и ароматов, осуществляют очистку при помощи химикатов, что весьма негативно может сказаться на здоровье конечного потребителя продукта.
Фракционная
Казалось бы, какая разница: дистиллят и ректификат - это все равно спирты. Но нюансы все же есть. Не секрет, что разные жидкости имеют и различную температуру кипения: вода - 100 градусов по Цельсию, спирту для этого потребуется только 78. На основе данного свойства возникла следующая разновидность дистилляции - по фракциям. Ее механизм довольно прост: различные фракции получаемой жидкости распределяются при перегонке в разные емкости.
Краткое описание процесса
Отбор этих фракций производят в соответствии с концентрацией этанола, температурой паров, объемом сырья. При этом так называемый «первач», или «голова» (первая фракция напитка), не используется, потому что имеет не слишком приятный запах (а также довольно вреден для организма человека). Её отсекают, согласно температуре и проценту этила, по каплям.
А вот уже средняя фракция (или, как ее называют в народе, «тело самогона») обычно не имеет цвета и обладает нейтральным запахом. Ее отбор происходит при температуре от 90 до 95 градусов по Цельсию и крепости в 35-45 %, пока жидкость горит.
Хвосты
«Хвост» (последняя фракция) имеет характерный резкий запах и аромат, так как в нем содержится большое количество сивушных масел. И следует внимательным образом следить, чтоб они не попадали в основное «тело». Затем, для получения качественного напитка, его рекомендуют дополнительно очищать углем (а также, если есть такая возможность, дистиллировать еще разок, при этом сделать это следует медленнее, чем ранее, и четким образом разделить по фракциям).
Какая разница между ректификатом и дистиллятом и соответствующими одноименными процессами? Следует помнить, что произвести спирт высокой очистки путем дистилляции, пусть даже неоднократной и фракционной, практически невозможно: у полученного напитка обязательно присутствует специфический аромат и вкус. Поэтому для изготовления спирта в промышленных (да и в домашних) условиях применяется ректификация.
Ректификация чистого спирта
Итак, мы уже знаем, что собой представляют ректификат и дистиллят. Разница между ними существует, и большая! Ректификация - метод разделения смесей на основе принципа теплообмена между паром и жидкостью. Как результат, получаем абсолютно чистую жидкость. И не следует путать ректификацию с повторной перегонкой. Данный процесс отличается от вышеописанных.
Краткое описание процесса
Вначале емкости с самогоном нагреваются до состояния кипения. В это время пары, что образуются при закипании, поднимаются по ректификационным колоннам кверху, попадая в специальный аппарат для конденсации пара, называемый дефлегматором. Тот, в свою очередь, подвергается охлаждению водой.
На охлажденных поверхностях дефлегматора пары начинают конденсироваться, образуя при этом флегму, что стекает по колоннам вниз в специальную емкость. Пар, поднимающийся вверх, и флегма, стекающая вниз, взаимодействуют между собой. При этом происходят процессы теплообмена. Как результат, в верхней части находятся компоненты, более легко закипающие, которые превращаются в конденсат, собираясь в емкость.
При ректификации чистота каждого участвующего ингредиента - не меньше 90 %. При помощи данного способа, к примеру, из нефти может быть выделен бензин, а в виноделии из браги получают ректифицированный спирт (содержание этанола - 95 %).
Какая разница: дистиллят и ректификат. Что предпочесть?
Итак, мы убедились, что это две абсолютно различные жидкости. Посему, отвечая на вопросы: "Спирт ректификат и дистиллят - в чем разница? И что лучше использовать для домашнего винокурения?" - нужно учитывать в первую очередь следующие факторы:
- После простой (или даже многократной фракционной) дистилляции полученные на выходе напитки сохраняют аромат и привкус тех продуктов, которые лежат в основе исходного сырья.
- В процессе ректификации все эти свойства подлежат уничтожению.
При этом разница между дистиллятом и ректификатом уже состоит в целях приготовления. Первый - это напиток, который винокуром изготавливается так, чтобы в нем оставалась органолептика, характерная для исходника-сырья. Другими словами, если это кальвадос - то яблоки, если виски - то солод, если коньяк - то виноград. При процессе дистилляции, кроме этила, внутри еще остается «дух» напитка - всяческие примеси, которые формируются в аутентичный букет: вкус с ароматом. Вот в чем разница!
Дистиллят и ректификат - продукты перегонки. Но! Ректификат - рафинированный, очищенный продукт, где органолептика исходника «убивается» напрочь, выхолащивается. Хоть из стула, хоть из самого вкусного винограда, но он должен получиться с запахом и вкусовыми качествами именно этила, и «ничего личного». Почему же максимальная крепость спирта - 96 %? А потому, что остальное - это не примеси, а вода, так как этил является абсорбентом, то есть втягивает в себя воду. Затем уже, на основе чистого спирта, мы получаем разные настойки, наливки, ликеры. То есть вносим органолептику уже не исходного сырья, а ароматизаторов - вкусовых добавок.
Вместо послесловия
Итак, закрепим материал: чем же отличаются спирт ректификат и дистиллят? Разница между ними существенна. Полученный при дистилляции продукт сможет «работать» на винокура и далее. При помещении в дубовые бочки оставшиеся компоненты могут окисляться, и напитки становятся ароматными. Ректифицированный не имеет данных свойств, его нужно только разводить. В этом разница. Дистиллят и ректификат служат различным целям при напитков.
Как сделать качественный алкоголь, и в чем заключается отличие ректификата от дистиллята. Эти две технологии по производству спирта и самогонки вызывают вопросы среди начинающих. Они интересуются, в чем заключается суть технологий, и какая из них лучше? Чем отличается дистилляция от ректификации, с помощью каких способов и приспособлений достигается нужный результат.
Дистилляция самогона
Когда говорят «гнать самогон» – это означает проведение дистилляции (distillatio -латинское слово, переводится как стекание каплями). При перегонке пары спирта испаряются из браги и конденсируются. Чтобы увеличить крепость и избавиться от лишних примесей самогон перегоняют несколько раз.
Дистилляция – это получение спирта из браги с использованием дистиллятора
Для этого созревшую брагу нагревают и ждут испарения. После охлаждения пар, прошедший по охладителю (змеевику), конденсируется и начинает капать водно-спиртовой раствор. Дистилляция подразделяется на простую и фракционную. В чем разница между ними?
Простая дистилляция
Простая дистилляция или получение спирта сырца, брага просто перегоняется на самогонном аппарате быстрым способом без разделения на фракции. При такой дистилляции примеси из напитка не удаляют, как того требует технология. Первые капли самогона с вредными примесями остаются в напитке. Такой продукт имеет неприятный запах. Некоторые недобросовестные виноделы очищают некачественный дистиллят химикатами, чтобы избавиться от запаха. Этот алкоголь вреден для здоровья, так как в нем содержится метиловый спирт, вредные для здоровья альдегиды и сивушные масла. Такой метод требует дальнейшую переработку, дробную перегонку с разделением на фракции или ректификацию.
Фракционная дистилляция
Хороший самогон получается при фракционной дистилляции с отделение головных и хвостовых фракций, которые вредны и в конечном продукте не нужны. Этот метод позволяет получить качественный напиток.
Особенности фракционной дистилляции:
- Головную фракцию «отсекают», это первые 10% от абсолютного спирта. Она подходит только для технического использования. «Первач» имеет неприятный запах и содержит в большом количестве вредные вещества такие как ацетон, метил и прочее
- Хвостовая фракция содержит сивушные масла, портящие вкус самогона. Хвосты начинают идти когда температура в перегонном кубе достигает 91-65 градусов, при достижении такой температуры отбор питьевого тела нужно прекращать. Их можно использовать только для последующей ректификации
После того как перегнали два раза готовый напиток получается чистым от вредных примесей, его крепость составляет 90-92%. Самогон получается чистым, но специфический вкус и аромат исходного сырья сохраняется.
Ректификация - что это?
Чтобы получить в домашних условиях питьевой спирт, пользуются специальной ректификационной колонной. Этот аппарат немного сложнее самогонного, но вполне доступный и имеется в продаже. Большинство самогонных аппаратов нового поколения идут как дистиллятор или ректификационная колонна одновременно, путем несложного изменения конфигурации можно делать спирт и самогон. Стоимость качественных колонн достаточно высокая, но лучше не покупать недорогие модели, так как они могут испортить напиток.
Процесс ректификации отличается от повторной дистилляции. Чистота спирта на выходе не менее 96%. Ректификационная колонна выдает спирт без вкуса и аромата исходного сырья. Для ректификации нельзя использовать чисто брагу, только спирт сырец после первой перегонки крепостью 30-40%.
Дистиллят и ректификат: что предпочтительнее
Чтобы оценить преимущества и недостатки ректификата и дистиллята, важно решить, какой результат вам нужен: тонкий вкус напитка или чистый спирт.
Дистилляция и ректификация – эти методы используются для получения разных продуктов: самогон получают методом дистилляции, а водка – это продукт ректификации
Основные различия:
- После дистилляции напиток сохраняет аромат продукта из которого сделана брага
- При ректификации исходный аромат и вкус сырья теряется. Это то, чем отличается спирт от самогона
Сказать, что лучше пить дистиллят или ректификат, сложно. Это разные алкогольные напитки, одни люди предпочитают самогон, а другие спирт. Противники ректификации утверждают, что при ректификации выходит «мертвый» напиток.
Основные виды концентрирования, очистки и разделения веществ.
В настоящее время существует значительное количество методов разделения, концентрирования и очистки веществ и создаются все новые в связи с актуальностью задач получения и анализа суперчистых материалов с заданными свойствами, например, для наноэлектроники, полупроводниковой и вычислительной техники, биологических препаратов нового поколения. Наиболее распространенными из них являются:
Ø методы испарения (перегонка, упаривание и отгонка);
Ø озоления;
Ø экстрагирования;
Ø осаждения и соосаждения;
Ø управляемой кристаллизации;
Ø сорбционные и ионообменные методы;
Ø электрохимические методы.
Применение каждого из методов очистки определяется как выбранной методикой анализа, так и физико-химическими свойствами системы (агрегатное состояние компонентов, химическая и термическая устойчивость веществ, содержание определяемого компонента в исходной пробе и т. д.). Как правило в основе процесса очистки лежит либо химическая реакция (реакции осаждения, ионного обмена, окисления), либо физический процесс (диффузия, адсорбция и десорбция, испарение и конденсация) (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – общие принципы и способы разделения компонентов на фазы (концентрирования и разделения веществ).
Учитывая многообразие способов концентрирования веществ, поясним значение некоторых терминов.
Разделение –это операция, в результате которой компоненты, входящие в исходную смесь, отделяются друг от друга.
Концентрирование – это процесс, в результате которого содержание определяемого или очищаемого компонента в веществе повышается, по сравнению с его исходным содержанием. Концентрирование может быть абсолютным и относительным .
Абсолютное концентрирование – это перевод микрокомпонента (примеси) из исходного образца большого объема или массы, в новый образец с меньшим объемом (массой). Такое концентрирование происходит при процессах экстрагирования, осаждения, перегонки и т. д.
Относительное концентрирование (обогащение) заключается в увеличении содержания интересующего компонента в исходном образце по отношению к другим компонентам или растворителю. Например, при упаривании раствора или озолении пробы.
Испарение – процесс перехода вещества из жидкой или твердой фазы в газообразную, который осуществляется тем или иным путем. Методы испарения можно реализовать в виде перегонки и отгонки (упаривания, выпаривания и возгонки).
Перегонка – это разделение жидких смесей, основанное на переводе летучего компонента в газовую фазу путем испарения его и последующей конденсацией.
Конденсат – продукт, образующийся при охлаждении газовой или паровой фазы.
Отгонка – удаление летучих компонентов из твердых веществ (порошков, кристаллов) или растворов при нагревании.
Упаривание – метод отгонки, в процессе которого происходит удаление части растворителя и летучих примесей в следствии длительного нагрева пробы. При упаривании часть основы (обычно растворителя) остается в образце.
Выпаривание (до суха) сопровождается полным удалением растворителя и летучих компонентов из исходного образца.
Возгонка или сублимация – это процесс, при котором твердое вещество переводят в газовую фазу минуя стадию плавления. Продукт конденсации, образующийся в процессе возгонки называют сублиматом .
Озоление – метод, при котором исходный образец путем нагрева переводят в минеральный остаток, называется золой . Его используют обычно при анализе различных веществ на содержание микроэлементов или общего количества органических веществ (анализ почв). Различают сухое озоление , когда пробу вещества калят в тигле при нагреве не выше 500ºС, и влажное (мокрое) . При влажном озолении исходную навеску вещества помещают в тигель и обрабатывают либо кислотами, либо ще6лочами, а образующиеся летучие продукты удаляются в процессе ее прокаливания. Озоление можно рассматривать как частный случай минерализации пробы.
Метод перегонки (дистилляция)
Перегонка (дистилляция) относится к группе методов, базирующихся на термическом испарении веществ, и применяется для очистки воды и разделения органических жидкостей с относительно близкими температурами кипения . Она основана на различии в летучести веществ . Сущность процесса перегонки заключается в том, что в испарителе смесь веществ (обычно раствор) нагревают выше температуры кипения наиболее летучего компонента. Образовавшаяся таким образом газовая (паровая) фаза имеет более высокую концентрацию летучего компонента, по сравнению с исходным раствором. Эту фазу затем охлаждают (конденсируют) в холодильнике, получая на его выходе конденсат (жидкость либо твердое вещество), обогащенный наиболее летучим соединением. При необходимости процесс повторяют до тех пор, пока не будет достигнута необходимая степень разделения или концентрирования компонентов.
Процесс перегонки можно охарактеризовать количественно, рассчитав коэффициент распределения D . Пусть имеется 2-х компонентная идеальная система А + В (отсутствует межмолекулярное взаимодействие, а компоненты химически инертны по отношению друг к другу). При нагревании такой системы до температуры испарения, например компонента А , получим газовую фазу, которая находится в равновесии с оставшимся раствором. При этом газовая фаза обогатится более летучим компонентом А , а в оставшемся растворе возрастет соответственно концентрация компонента В. Молярные доли компонентов А и В в обеих фазах связаны соотношением:
где у А и у В – молярные доли в газовой фазе; a = 1/D – коэффициент разделения (относительная летучесть); х А и х В – молярные доли компонентов в жидкой фазе. Учитывая, что x + y = 1 – сумма молярных долей компонентов в исходном растворе, и x A + x В = x; y A + y В = y, то коэффициент распределения D можно вычислить из соотношения:
D = 
. (2.2)
Формула (3.2) может быть преобразована с помощью уравнения Клаузиуса-Клапейрона в выражение для приближенного вычисления летучести компонентов:
lga = 8,9 
. (2.3)
где Т кип (А) и Т кип (В) – температуры кипения разделяемых компонентов А и В соответственно. Из формулы 2.3 следует, что чем выше разница в температурах кипения разделяемых компонентов, тем выше степень их разделения в одностадийном процессе.
В пищевой, фармацевтической и химической промышленности дистилляция - это один из способов водоподготовки, который применяется наряду с ионным обменом. Для аналитических целей пригодна вода либо однократной очистки (дистиллят), либо двукратной – бидистиллят . Одностадийная дистилляция обычно используется для разделении веществ со значительной разницей в температурахкипения . При этом анализируемым компонентом может обогащаться как жидкая фаза, остающаяся после дистилляции, так и газовая фаза, а значит и образующийся конденсат Этот метод непригоден для азеотропных смесей (системы, в которых состав газовой и жидкой фазы одинаковы и находятся в состоянии равновесия). В этом случае полного разделения компонентов достичь невозможно.
Метод ступенчатой дистилляции (ректификации) осуществляют в специальных колоннах и используют при разделении на фракции многокомпонентных гомогенных смесей жидкостей с достаточно близкими температурами кипения . Он широко распространен в перерабатывающей промышленности, в частности, при получении продуктов перегонки нефти, таких как: петролейные эфиры, бензины, керосины и масла.
При очистке продуктов с низкой термической устойчивостью, присущей для некоторых органических и биологически активных веществ, осуществляют молекулярную дистилляцию - низкотемпературная дистилляция в высоком вакууме , которую проводят при остаточном давлении 1,3 – 1,8 кПа и ниже. В этом случае процесс разделения и концентрирования может протекать либо без нагрева, либо при температурах, значительно ниже комнатной. Молекулярная дистилляция используется при производстве фармацевтических препаратов и биоактивных пищевых добавок.
Методы отгонки.
Отгонку делят на простую или выпаривание и возгонку (сублимацию ). При выпаривании вещества удаляются в форме готовых летучих соединений. Осуществить выпаривание можно различными способами: нагреванием снизу (водяные и песчаные бани); сверху (инфракрасные лампы), используя сушку под вакуумом (лиофильная сушка ) - для исключения потерь связанной влаги или термически неустойчивых компонентов. Выпаривание позволяет к примеру, значительно повысить концентрацию солей в растворе (получение рапы).
Частный случай выпаривания – упаривание до суха . Этот прием применяют, когда необходимо или значительно повысить концентрацию нелетучего компонента, или растворитель и летучие примеси мешает проведению анализа. При упаривании вещество сначала длительно осторожно нагревают (выпаривают) до образования практически сухого остатка. Иногда применяют дополнительно прокаливание сухого остатка при более высокой температуре, чтобы удалить следовые количества растворителя. Качество выпаривания можно контролировать по изменению массы сухого остатка.
Отгонка будет более эффективна, если на вещество воздействовать еще и химически с помощью реагентов – сухая и мокрая минерализация . Минерализацию образцов широко используют в элементном органическом анализе. Пробу, органическую или биологическую, помещают в трубчатую печь или автоклав, через которую продувают воздух или кислород. В процессе окисления (сжигания) ее образуются летучие соединения такие, как CO, CO 2 , N 2 , SO 2 , SO 3 , которые легко могут быть определены с помощью специальных приборов – газоанализаторов или, после селективного поглощения (адсорбции ) газов, по стандартной методике. При сухой минерализации погрешность анализа выше, чем при мокрой . Это обусловлено потерями легколетучих компонентов и отчасти нелетучих, захватываемых каплями образовавшегося аэрозоля. Снижения потерь вещества при сухой минерализации можно добиться при использовании автоклавов (устройства для нагрева при повышенном давлении).
Мокрая минерализация заключается в воздействии на пробу минеральных кислот или щелочей в комплексе с окислителями (H 2 O 2 , KClO 3 , KMnO 4), растворение устойчивых соединений проводят в автоклавах при нагреве и повышенном давлении, а определение – в специальных камерах, соединенных с анализатором. Эффективно также применение ряда твердых, жидких и газообразных минерализаторов, способных селективно переводить некоторые труднорастворимые вещества в газовую фазу (галогены и галогеноводороды, CCl 4 , AlCl 3 , BBr 3).
Сублимация это вариант отгонки, который заключается в разделении веществ путем перевода одного или нескольких компонентов при нагревании в газовую фазу минуя жидкую . Для этой цели применяют устройства - сублиматоры , состоящие из испарителя и зоны сублимации с более низкой температурой (вплоть до отрицательных). В зоне сублимации при конденсации газов вновь образуется твердое вещество (сублимат). Этот метод можно использовать в том случае, когда разделяемые компоненты, например, плохо растворимы или трудно плавятся. Ограниченное применение сублимации обусловлено малым количеством пригодных для этой цели матриц. Примером сублимационной очистки в аналитических целях служит отделение кристаллического иода от нелетучих примесей.
На качество очистки при сублимации влияют размер частиц и однородность распределения компонентов в них. Поэтому более качественной будет отгонка в тщательно измельченных пробах, а также в тех, где отгоняется основное вещество (макрокомпонент) , а не примеси (микрокомпоненты ).
Для низко температурного полного обезвоживания неустойчивых веществ применяют низкотемпературную отгонку под вакуумом – сублимационная сушка , которую можно рассматривать как вариант лиофильной сушки, выполняемой в болеежестком режиме.
Метод экстрагирования.
Метод экстракционного разделения (экстракция ) широко применяется не только в химическом анализе, но и на производстве, так как позволяет сконцентрировать анализируемое вещество в небольшом объеме раствора. Процесс экстракции основан на избирательном извлечении одного или нескольких компонентов из смеси жидких или твердых фаз с помощью органического растворителя (экстрагента) не смешивающегося с водой. В основе процесса экстракции - различие растворимости компонентов смеси в водной и органическойфазах . В органических веществах (спиртах, эфирах, бензинах и т.д.) хорошо растворяются многие неорганические соли (нитраты, хлориды, роданиды) и комплексные соединения.
Более эффективно извлечение происходит при применении смеси экстрагентов. Явление возрастания степени извлечения при воздействии смеси экстрагентов называют синергизмом. Степень извлечения можно также повысить, добавляя в экстрагент экстракционный реагент, например, дитизон или оксихинолин, формирующие комплексы со многими катионами металлов. В результате проведения экстракции получается экстракт , который может быть как в виде раствора, так и сухого вещества (сухие экстракты ). Сухие экстракты обычно образуются из жидких путем их высушивания каким-либо способом.
К основным понятиям этого метода относят:
Ø реэкстракция – процесс извлечения выделяемого компонента из экстракта в водную или иную фазу;
Ø реэкстрагент – раствор реагента (чаще водный), используемый для извлечении вещества из экстракта;
Ø соэкстрагент – органический или иной растворитель, применяемый в смеси с основным экстрагентом с целью повышения селективности процесса или степени экстракции;
Ø синергизм – существенное повышение степени извлечения (экстракции) при использовании смеси экстрагентов, по сравнению с действием каждого из них по-отдельности;
Ø экстрагент – органический или иной растворитель, извлекающий компонент из водного раствора;
Ø экстракционный реагент – составная часть экстрагента, реагент, образующий с извлекаемым веществом хорошо растворимое в экстрагенте соединение, чаще всего - органический комплекс;
Ø экстракт – органическая фаза, содержащая выделяемый компонент;
Ø экстрактор – аппарат для проведения экстракции.
Конструкции экстракторов достаточно разнообразны (рис. 2.2) и подбираются в зависимости от условий проведения процесса и применяемых реагентов.
Рисунок 2.2 – схемы экстракторов различного назначения
(в – водная фаза; о – органический растворитель):
а – делительные воронки (случай, когда плотность экстрагента выше, чем водной фазы); б – прибор непрерывной экстракции (при плотность экстрагента ниже, чем воды).
Различают: периодическую экстракцию (выполняется отдельными порциями экстрагента), непрерывную (при постоянном перемещении фаз друг относительно друга, при этом водная фаза обычно неподвижна) и противоточную , где органическая фаза постоянно перемещается через серию экстракционных трубок, содержащих свежие порции водного раствора. В качестве простейшего экстрактора можно использовать делительную воронку с двумя кранами (рис. 2.2 – а), которая применяется для выполнения периодической экстракции . После заполнения воронки водно-органической смесью раствора, ее энергично встряхивают и дают отстояться, через нижний кран осторожно удаляют водный раствор (если плотность органического реагента меньше, чем водного), стараясь, чтобы экстракт остался в воронке. Разделение фракций протекает с высокой скоростью в течении 1 – 3 минут. Если плотность органической фазы выше, чем водной, то в нижней части воронки будет скапливаться экстракт, который затем также осторожно удаляется.
