Decantazione, filtrazione per gravità e trasferimento di liquidi

[G.Patton]

Introduzione.

In questo argomento, presenterò una panoramica di alcune importanti tecniche di laboratorio. È difficile sopravvalutare l'importanza e l'utilità di queste operazioni. La decantazione, la filtrazione per gravità e il trasferimento di liquidi sono semplici, ma richiedono un po' di attenzione e di abilità in laboratorio. La pratica è il modo migliore per imparare a comportarsi in laboratorio e a eseguire le manipolazioni più semplici. In seguito si potranno affrontare temi più complicati, come la filtrazione per aspirazione, la ricristallizzazione e la filtrazione a caldo e, infine, la distillazione e i sistemi di distillazione. Se avete poche conoscenze di laboratorio e avete problemi con i nomi della vetreria in questo tema o in quelli collegati, potete usare questo argomento come suggerimento.

Decantazione.

Quando è necessario separare una miscela solido-liquido, a volte è possibile versare il liquido lasciando il solido. Questo processo si chiama decantazione ed è il metodo di separazione più semplice. La decantazione viene spesso utilizzata per rimuovere il solfato di sodio idrato (Na2SO4) da una soluzione organica. Il solfato di sodio spesso si aggrappa alla vetreria (Fig. 1 a), consentendo di versare il liquido (Fig. 1 b). Se il liquido deve essere versato in un piccolo recipiente, si può usare un imbuto o versare il liquido su una bacchetta di vetro per dirigere il flusso (Fig. 1 c). Purtroppo ci sono molte miscele che non decantano bene.

Spoiler: Fig.1

a) Solfato di sodio che si attacca alla vetreria, b) Decantazione di una miscela solido-liquida, c) Uso di una bacchetta di vetro durante la decantazione.

La decantazione è un processo che separa i componenti di una miscela in base alle differenze di densità. La decantazione si può incontrare nella vita quotidiana con il vino o gli alcolici, ma è anche una tecnica potente in chimica per separare un solido da un liquido o per isolare due liquidi immiscibili. La decantazione è facile, ma ha lo svantaggio di non consentire una perfetta separazione dei componenti della miscela. Una piccola quantità di un componente viene persa quando si raccoglie l'altro componente, oppure la raccolta si spinge troppo in là e si contamina con il secondo componente.

Come funziona la decantazione.
La decantazione prevede due fasi.

• Sedimentazione: La sedimentazione utilizza la gravità o una centrifuga per separare i componenti della miscela in base alla densità.
• Decantazione: La decantazione consiste nel versare o travasare il componente superiore di una miscela o nel drenare il componente inferiore.

Il componente solido è chiamato "sedimento" (o "pellet" quando si usa la centrifugazione). Il componente liquido che viene raccolto è chiamato "decantazione".

Il principio di base della decantazione è che le sostanze più pesanti (più dense) affondano, mentre quelle più leggere (meno dense) galleggiano. Nella sua forma più semplice, la decantazione utilizza la gravità per separare un solido e un liquido o due liquidi immiscibili. Il componente più leggero viene versato o travasato dalla parte superiore della miscela. In alternativa, un imbuto separatore drena il componente più pesante.

I piccoli volumi vengono decantati utilizzando provette inclinate a 45 gradi in un portaprovette. L'angolo consente alle particelle più pesanti di scivolare lungo la provetta, mentre quelle più leggere salgono in cima. L'angolo facilita inoltre il versamento del componente più leggero. La decantazione del liquido è più facile se viene versato lungo un'asta di agitazione. Il processo di decantazione è più lento se le provette sono tenute in verticale perché il componente più pesante può formare un tappo e bloccare la risalita delle particelle più leggere.

La centrifugazione accelera la decantazione applicando la forza centrifuga e centripeta. In pratica, la gravità artificiale separa più rapidamente i componenti della miscela. La centrifugazione compatta i componenti solidi in una pallina. Versando il liquido lontano dal pellet si ottiene una perdita minore rispetto alla semplice decantazione. Un imbuto separatore decanta i componenti di miscele di liquidi immiscibili. Un componente galleggia sopra l'altro. L'imbuto drena il componente sul fondo dell'imbuto.

Metodi di filtraggio.

Esistono molti metodi per separare una miscela contenente un solido e un liquido. Se il solido si deposita bene, il liquido può essere versato via (decantato). Se il solido ha particelle di dimensioni molto piccole o forma una miscela torbida, la miscela può essere centrifugata o passata attraverso una pipetta filtrante (su scala micro, < 5 ml). I metodi più comuni di separazione solido-liquido nel laboratorio biologico sono la filtrazione per gravità e l'aspirazione. La filtrazione per gravità consiste nel versare una miscela solido-liquido attraverso un imbuto contenente una carta da filtro, permettendo al liquido di filtrare e intrappolando il solido sulla carta (Fig. 1 a). La filtrazione per aspirazione è un processo simile, con la differenza che viene applicato un vuoto sotto l'imbuto per tirare il liquido attraverso la carta da filtro con l'aspirazione (Fig.1 b).

Spoiler: Fig.2

a) Filtrazione per gravità, b) Filtrazione per aspirazione.

La filtrazione per gravità e quella per aspirazione hanno pro e contro, ma ciò che aiuta a decidere quale metodo utilizzare è in genere la conservazione del solido o del filtrato. Il "filtrato" si riferisce al liquido che è passato attraverso la carta da filtro (come indicato nella Fig. 1 a). La filtrazione per gravità è tipicamente utilizzata quando viene trattenuto il filtrato, mentre la filtrazione per aspirazione è utilizzata quando viene trattenuto il solido. La filtrazione per gravità è preferibile quando il filtrato viene trattenuto, poiché l'aspirazione ha il potenziale di trascinare piccole particelle solide attraverso i pori della carta da filtro, producendo potenzialmente un filtrato contaminato dal composto solido. La filtrazione per aspirazione è preferibile quando il solido è trattenuto, poiché la filtrazione per gravità è molto meno efficiente nel rimuovere il liquido residuo dal solido sulla carta da filtro.

Filtrazione per gravità.

Quando è necessario separare una miscela solido-liquido, è frequente che le particelle siano così fini da vorticare e disperdersi quando il matraccio viene inclinato. Queste miscele non possono essere decantate e un metodo alternativo è la filtrazione per gravità. La filtrazione per gravità viene generalmente utilizzata quando il filtrato (il liquido che è passato attraverso la carta da filtro) viene trattenuto, mentre il solido sulla carta da filtro viene scartato. Un uso comune della filtrazione per gravità è la separazione del solfato di magnesio anidro (MgSO4) da una soluzione organica essiccata (Fig. b). Il solfato di magnesio anidro è polverulento e, se fatto roteare in un solvente organico, crea una fine dispersione di particelle come una palla di neve.

Spoiler: Fig.3

a) Una soluzione organica essiccata con solfato di magnesio anidro, b) Filtrazione per gravità di questa soluzione.

Per filtrare per gravità una miscela, versare la miscela attraverso una carta da filtro piegata a quadretti (Fig. 4) o una carta da filtro scanalata in un imbuto e lasciare che il liquido filtri usando solo la forza di gravità (Fig. 3 c). È meglio versare come se si stesse tentando di decantare, cioè mantenere il solido depositato nella beuta il più a lungo possibile. Quando il solido inizia a riversarsi sulla carta da filtro, ha la possibilità di ostruire i pori della carta da filtro o di rallentare la filtrazione. Una volta terminato il travaso, sciacquare il solido sulla carta da filtro (e nella beuta) con alcune porzioni di solvente fresco per rimuovere il composto residuo che aderisce al solido.

Spoiler: Fig. 4 Creazione di una carta da filtro piegata a quadrante. Le linee tratteggiate rappresentano le posizioni per cordonare e piegare la carta da filtro. Le frecce indicano la direzione della piegatura

Essiccazione dei liquidi organici

• G.Patton
• 11 settembre 2022
• 6

Essiccazione di liquidi organici...

Trasferimento di liquidi.

Versamento di liquidi.

Quando si trasferiscono liquidi di volume superiore a 5 ml, si possono versare direttamente nei recipienti. I cilindri e i becher graduati hanno una rientranza nell'imboccatura, quindi possono essere versati in modo controllato finché i due pezzi di vetro si toccano (Fig. 5 a). Se si versa da una beuta o si trasferisce un liquido in un recipiente con un'imboccatura stretta (ad esempio, un matraccio a fondo tondo), è necessario utilizzare un imbuto. Gli imbuti possono essere tenuti saldamente con una pinza ad anello (Fig. 5 b) o tenuti con una mano mentre si versa con l'altra (Fig. 5 c).

Spoiler: Fig.5

a) Versare il liquido, b) Versare in un imbuto tenuto con una pinza ad anello, c) Versare in un imbuto tenuto a mano.

Commenti sulle misure.

Per determinare una resa significativa di una reazione chimica, è importante avere misure precise sul reagente limitante. È meno importante essere precisi quando si manipola un reagente in eccesso, soprattutto se il reagente è più volte in eccesso.

Una parte del liquido misurato da un cilindro graduato si attacca sempre alla vetreria dopo il versamento, il che significa che il volume reale erogato non è mai equivalente ai segni sul cilindro. Pertanto, i cilindri graduati possono essere utilizzati per dosare solventi o liquidi in eccesso, mentre per dosare o misurare il reagente limitante si devono utilizzare metodi più accurati (ad esempio, pipette o siringhe tarate). Si può usare un cilindro graduato per dispensare un reagente limitante se si determina una massa successiva per trovare la quantità precisa effettivamente dispensata.

Spoiler: Fig.6 Matracci a fondo tondo sostenuti da:

a) anello di sughero su una bilancia analitica, b) becher su una bilancia a piatti.

Quando si determina la massa di un recipiente su una bilancia, è meglio non includere la massa di un anello di sughero (Fig. 6 a) o di un altro supporto (ad esempio il becher nella Fig. 6 b). L'anello di sughero potrebbe bagnarsi, essere investito da reagenti o far cadere pezzi di sughero, con conseguenti variazioni di massa che non possono essere tenute in considerazione. I becher utilizzati per sostenere i matracci possono confondersi e ogni becher da 100 ml non ha la stessa massa. Inoltre, è meglio trasportare i recipienti contenenti sostanze chimiche alla bilancia in contenitori sigillati, per ridurre al minimo i vapori ed evitare possibili fuoriuscite durante il trasporto.

Uso delle pipette Pasteur.
Le pipette Pasteur (o pipette) sono lo strumento più comunemente usato per trasferire piccoli volumi di liquidi (< 5 ml) da un contenitore all'altro. Sono considerate monouso, anche se alcune istituzioni possono pulirle e riutilizzarle se dispongono di un metodo per evitare che le fragili punte si rompano.

Spoiler: Fig.7

a) Pipette corte e lunghe, b) 1ml segnato su una pipetta con un pennarello indelebile.

Le pipette Pasteur sono disponibili in due misure (Fig.7 a): corte (5,75") e lunghe (9"). Ciascuna può contenere circa 1,5 ml di liquido, anche se il volume erogato dipende dalle dimensioni del bulbo del contagocce. La linea guida generale secondo cui "1 ml equivale a 20 gocce" non è sempre valida per le pipette Pasteur e può essere incoerente tra le diverse pipette. Il rapporto di gocce per una determinata pipetta e soluzione può essere determinato contando le gocce fino ad accumulare 1mL in un cilindro graduato. In alternativa, una pipetta può essere tarata in modo approssimativo prelevando 1 mL di liquido da un cilindro graduato e segnando la linea del volume con un pennarello indelebile (Fig. 7 b).

Spoiler: Fig.8

a e b) Creazione di un'aspirazione con una pipetta Pasteur, c) Erogazione del liquido da una pipetta Pasteur, d) Erogazione errata del reagente (il liquido non deve toccare i lati del bicchiere).

Per utilizzare una pipetta, collegare un bulbo contagocce e posizionare la punta della pipetta in un liquido. Stringere e rilasciare il bulbo per creare un'aspirazione, che farà ritirare il liquido nella pipetta (Fig. 8 a e b). Mantenendo la pipetta in posizione verticale, portarla al matraccio in cui deve essere trasferito il liquido e posizionare il puntale della pipetta al di sotto della giunzione del matraccio, senza toccarne i lati, prima di premere il bulbo per far arrivare il materiale nel matraccio (Fig.7 c). In seguito, il bulbo può essere spremuto alcune volte per "far uscire" il liquido residuo dalla pipetta.

Se la beuta di raccolta ha un giunto in vetro smerigliato, la punta della pipetta deve trovarsi al di sotto del giunto durante l'erogazione, in modo che il liquido non schizzi sul giunto, cosa che a volte causa il congelamento dei pezzi quando vengono collegati. Se la pipetta deve essere riutilizzata (ad esempio è la pipetta designata per un flacone di reagenti), la pipetta deve essere tenuta in mano, in modo che non tocchi la vetreria, dove potrebbe essere contaminata da altri reagenti presenti nel matraccio (Fig. 7 d).

Utilizzo di pipette calibrate.

Pipette di plastica calibrate.

Quando è necessaria una certa precisione nella dispensazione di piccoli volumi di liquido (1-2 ml), un cilindro graduato non è l'ideale, poiché l'azione di versamento comporta una significativa perdita di materiale. Le pipette di plastica calibrate sono dotate di marcature con incrementi di 0,25 ml per una pipetta da 1 ml e rappresentano un modo economico per dispensare volumi relativamente precisi.

Spoiler: Fig.9

a) Pipetta di plastica calibrata da 1 ml, b) Aspirazione del liquido, c) Pressione del bulbo fino al volume richiesto (la freccia indica il segno di 1 ml), d ed e) Trasferimento del liquido.

Per utilizzare una pipetta di plastica calibrata, prelevare un po' di liquido da trasferire nel bulbo come di consueto (Fig. 9 b). Quindi premere il bulbo quanto basta per far defluire il liquido fino al volume desiderato (Fig. 9 c) e mantenere la posizione. Mantenendo il bulbo premuto, in modo che il liquido raggiunga ancora il volume desiderato, spostare rapidamente la pipetta verso la beuta di trasferimento (Fig. 9 d) e premere ulteriormente il bulbo per far arrivare il liquido alla beuta (Fig. 9 e).

Pipette di vetro calibrate.
Quando è necessario un alto livello di precisione nella dispensazione dei liquidi, si possono utilizzare pipette di vetro calibrate (volumetriche o graduate). Le pipette volumetriche hanno un bulbo di vetro all'estremità superiore del collo e sono in grado di erogare solo un determinato volume (ad esempio, la pipetta superiore della Fig. 10 è una pipetta da 10,00 ml). Le pipette graduate (pipette di Mohr) sono dotate di marcature che consentono loro di erogare molti volumi. Entrambe le pipette devono essere collegate a un bulbo per fornire l'aspirazione.

Spoiler: Fig.10 Pipette volumetriche e graduate e bulbo per pipette

I segni di volume su una pipetta graduata indicano il volume erogato, il che può sembrare un po' "indietro" all'inizio. Ad esempio, quando una pipetta graduata è tenuta in verticale, il segno più alto è 0,0 ml, il che indica che non è stato erogato alcun volume quando la pipetta è ancora piena. Man mano che il liquido viene versato in un recipiente, le indicazioni di volume aumentano sulla pipetta e la tacca più bassa corrisponde spesso alla capacità totale della pipetta (ad esempio, 1,0 ml per una pipetta da 1,0 ml).

Le pipette graduate possono erogare qualsiasi volume di liquido, grazie alle differenze nelle marcature del volume. Ad esempio, una pipetta da 1,0 ml può essere utilizzata per erogare 0,4 ml di liquido: a) prelevando il liquido fino alla tacca da 0,0 ml, quindi scaricandolo ed erogandolo fino alla tacca da 0,4 ml, oppure b) prelevando il liquido fino alla tacca da 0,2 ml e scaricandolo ed erogandolo fino alla tacca da 0,6 ml (o qualsiasi combinazione in cui la differenza di volume sia di 0,4 ml).

È importante osservare con attenzione le marcature su una pipetta graduata. La Fig.11 a mostra tre diverse pipette da 1 ml. La pipetta più a sinistra ha marcature ogni 0,1 ml, ma non ha marcature intermedie, quindi è meno precisa delle altre due pipette della Fig.11 a. Le altre due pipette differiscono per le marcature sul fondo. Il segno più basso sulla pipetta centrale è 1 ml, mentre quello sulla pipetta più a destra è 0,9 ml. Per erogare 1,00 ml con la pipetta centrale, è necessario far defluire il liquido dal segno di 0,00 ml a quello di 1,00 ml e trattenere l'ultimo centimetro di liquido. Per erogare 1,00 ml con la pipetta più a destra, il liquido deve essere drenato dal segno 0,00 ml fino a fuoriuscire completamente dal puntale, con l'intento di erogare la sua capacità totale.

Spoiler: Fig.11 Tre pipette graduate da 1 ml con marcature diverse:

a) Fondo delle pipette, b) Parte superiore delle pipette

Le pipette sono calibrate "per erogare" (TD) o "per contenere" (TC) al volume segnato. Le pipette sono contrassegnate con T.C. o T.D. per differenziare questi due tipi, e le pipette "to-deliver" sono anche contrassegnate con un doppio anello vicino alla parte superiore (Fig.12 b). Dopo aver svuotato una pipetta "to-deliver", il puntale deve essere toccato sul lato del matraccio per ritirare eventuali gocce aggrappate; una piccola quantità di liquido residuo rimarrà nel puntale. Una pipetta "to-deliver" è calibrata per erogare solo il liquido che defluisce liberamente dal puntale. Tuttavia, dopo aver svuotato una pipetta "to-contain", il liquido residuo nel puntale deve essere "soffiato fuori" con la pressione di un bulbo della pipetta. Le pipette "to-contain" possono essere utili per la dispensazione di liquidi viscosi, dove il solvente può essere usato per lavare via l'intero contenuto.

Spoiler: Fig.12

a e b) Applicazione dell'aspirazione alla pipetta, c) Prelievo del liquido oltre il volume desiderato, d) Rilascio del bulbo e chiusura della punta della pipetta con un dito per mantenere la posizione del liquido.

In questa sezione sono descritti i metodi per l'utilizzo di una pipetta di vetro calibrata. Questi metodi sono da utilizzare con una pipetta pulita e asciutta. Se nel puntale della pipetta è presente del liquido residuo proveniente dall'acqua o da un precedente utilizzo con una soluzione alternativa, è necessario utilizzare una pipetta nuova. In alternativa, se il reagente non è particolarmente costoso o reattivo, la pipetta può essere "condizionata" con il reagente per rimuovere il liquido residuo. Per condizionare una pipetta, sciacquarla due volte con un volume pieno di reagente e raccogliere il risciacquo in un contenitore per rifiuti. Dopo due risciacqui, il liquido residuo nella pipetta sarà stato sostituito dal reagente. Quando il reagente viene prelevato nella pipetta, non sarà diluito o alterato in alcun modo.

Per utilizzare una pipetta di vetro calibrata

1. Posizionare il puntale della pipetta nel reagente, schiacciare il bulbo e collegarlo alla parte superiore della pipetta (Fig. 12 a e b).
2. Rilasciare parzialmente la pressione sul bulbo per creare l'aspirazione, ma non rilasciare completamente la mano, altrimenti si potrebbe creare un vuoto troppo grande, causando un prelievo violento del liquido nel bulbo della pipetta. L'aspirazione deve essere applicata fino a quando il liquido sale appena oltre la tacca desiderata (Fig. 12 c).
3. Rompere il sigillo e rimuovere il bulbo della pipetta, quindi posizionare rapidamente il dito sulla pipetta per evitare che il liquido fuoriesca (Fig.12 d).
4. Con un leggero movimento o un leggero rilascio di pressione dal dito, far entrare piccole quantità d'aria nella parte superiore della pipetta per drenare lentamente e in modo controllato il liquido fino a quando il menisco non raggiunge il volume desiderato (Fig.13 a mostra un volume di 0,00 ml).
5. Tenendo saldamente la parte superiore della pipetta con il dito, portare la pipetta verso il matraccio in cui deve essere erogato il liquido e immettere nuovamente piccole quantità di aria nella parte superiore della pipetta per drenare lentamente il liquido fino al segno desiderato (le Fig.13 b e c mostrano che il volume erogato è leggermente inferiore a 0,20ml).
6. Toccare il puntale della pipetta sul lato del contenitore per staccare eventuali gocce sospese e rimuovere la pipetta.
7. Se il liquido è stato drenato sul fondo della pipetta con una pipetta T.C., utilizzare la pressione di un bulbo per far fuoriuscire la goccia residua. Non soffiare la goccia residua quando si usa una pipetta T.D..
8. Se si utilizza una pipetta volumetrica, il liquido deve essere prelevato con l'aspirazione fino alla linea segnata sopra il bulbo di vetro (indicata nella Fig.13 d). Il liquido può essere drenato nel nuovo contenitore con il dito completamente rilasciato dalla parte superiore. Quando il liquido smette di defluire, la punta deve essere toccata sul lato del matraccio per prelevare eventuali gocce aggrappate, ma la goccia residua non deve essere spinta fuori (come in una pipetta T.D.).

Spoiler: Fig.13

a) Liquido rosso fino alla tacca 0ml, b) Reagente di erogazione, c) Volume finale, d) Pipetta volumetrica (la freccia indica il segno di riempimento).

Dosaggio di liquidi altamente volatili.

Quando si tenta di dispensare liquidi altamente volatili (ad esempio, l'etere dietilico) tramite pipetta, è molto comune che il liquido esca dalla pipetta anche senza pressione dal bulbo del contagocce! Ciò si verifica quando il liquido evapora nello spazio di testa della pipetta e il vapore aggiuntivo fa sì che la pressione dello spazio di testa superi la pressione atmosferica. Per evitare che la pipetta goccioli, ritirare ed espellere il liquido nella pipetta più volte. Una volta che lo spazio di testa è saturo di vapori di solvente, la pipetta non gocciola più.

Versare liquidi caldi.

Può essere difficile manipolare un recipiente di liquido caldo a mani nude. Se si versa un liquido caldo da un becher, si può usare una protezione per mani calde in silicone (Fig. 14 a) o una pinza per becher (Fig. 14 b e c).

Spoiler: Fig.14 Versare liquidi con un:

a) protezione per mani calde, b e c) pinze per becher, d) supporto per tovaglioli di carta.

Quando si versa un liquido caldo da una beuta, si possono usare anche le protezioni per mani calde, ma non tengono molto bene la forma scomoda della beuta. Per versare dalle beute calde si può utilizzare un "porta asciugamani di carta" di fortuna. Una lunga sezione di tovagliolo di carta viene piegata più volte in una direzione fino a raggiungere lo spessore di circa un centimetro (e fissata con nastro adesivo da laboratorio, se si desidera, Fig. 15 a). Questo tovagliolo di carta piegato può essere avvolto intorno alla parte superiore di un becher o di una beuta e pizzicato per tenere la beuta (Fig. 14 d e Fig. 15 b).

Quando si versa il liquido caldo da una beuta, il supporto del tovagliolo di carta deve essere abbastanza stretto da evitare che il tovagliolo raggiunga la parte superiore della beuta. In caso contrario, il liquido si dirigerà verso la carta durante il versamento, indebolendo così il supporto e rimuovendo una possibile soluzione preziosa (Fig. 15 c). Quando il tovagliolo di carta si trova a una certa distanza dalla parte superiore della beuta, il liquido può essere versato dalla beuta senza assorbire il liquido (Fig. 15 d).

Spoiler: Fig. 15

a) Supporto per tovagliolo di carta, b) Tenuta di una beuta con un supporto per tovagliolo di carta, c) Un supporto troppo largo, che fa sì che il liquido si depositi sulla carta durante il versamento, d) Un supporto più stretto, che versa senza assorbire il liquido.

Conclusioni.

Spero che questo manuale vi abbia fornito le informazioni necessarie che stavate cercando. Ho descritto i tre metodi nel modo migliore possibile. Se avete ancora domande, potete chiedermele qui.