FROST VOLKER JÖRG (CH)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur automatisierten Flüssig-Flüssig-Extraktion, umfassend die Schritte: i) Bereitstellen eines Extraktionsgeräts, ii) Bereitstellen eines Gefässes mit einer hydrophilen Pha- se und einer hydrophoben Phase, wobei mindestens ein zu extrahierender Bestandteil in einer der beiden Pha- sen enthalten ist, iii) Ermitteln eines Leitfähigkeitsunterschieds ΔList zwi- schen der hydrophilen Phase und der hydrophoben Phase mittels eines Leitfähigkeitssensors; dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugung der oberen Pha- se mit mindestens zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten V1 bis vn erfolgt, wobei die letzte Geschwindigkeit vn lang- samer ist als eine vorangegangene Geschwindigkeit vn-1, vor- zugsweise langsamer als v1 bis vn-i. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Leitfähigkeitssensor derart durch die Phasen geführt wird, dass ermittelte Leit- fähigkeiten L1 bis Ln mit Höhen des Sensors H1 bis Hn assozi- iert ermittelt werden. 3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ge- schwindigkeiten V1 bis vn diskrete Geschwindigkeiten dar- stellen. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Schritt iii) umfasst: a)Ermitteln der Leitfähigkeit in der oberen Phase Lo, b)Ermitteln der Leitfähigkeit in der unteren Phase Lu, c)Bestimmung eines fiktiven Phasengrenzwertes Lf gemäss [(Lu - Lo)/Phasengrenzenfaktor] + Lo, wenn die hydrophile Phase die untere Phase ist oder Bestimmung des fiktiven Phasen- grenzwertes Lfgemäss [(Lo-Lu)/Phasengrenzwertfaktor] + Lu, wenn die hydrophile Phase die obere Phase ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei, wenn in Schritt iii) ein Sollwert des Leitfähigkeitsunterschieds ΔLSOH zwischen den Phasen unterschritten wird, ein Extrakti- onshilfsmittel, vorzugsweise Sole, hinzugegeben wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Vi in Abhängigkeit von ΔList eingestellt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vn in Abhängigkeit ΔList eingestellt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ab- saugung der oberen Phase in mindestens zwei unterschiedli- chen Abständen ai bis an von der Phasengrenze erfolgt, vor- zugsweise in zwei Abständen a1 und a2, wobei der erste Ab- stand ai grösser ist als der zweite Abstand a2 und wobei die erste Geschwindigkeit vi höher ist als die zweite Geschwin- digkeit V2 . Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Absauggeschwin- digkeit V1 zwischen 50 ml/min und 150 ml/min, vorzugsweise zwischen 70 ml/min und 130 ml/min, besonders bevorzugt zwi- schen 90 ml/min und 110 ml/min liegt; und/oder die zweite Absauggeschwindigkeit V2 zwischen 10 ml/min und 30 ml/min, vorzugsweise zwischen 14 ml/min und 26 ml/min, besonders bevorzugt zwischen 18 ml/min und 22 ml/min liegt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei, insbe- sondere nach Schritt iii), eine Detektion einer Zwischen- phase erfolgt, umfassend die Schritte: a) Bestimmen der Höhe Hf, die der Leitfähigkeit Lf ent- spricht, b) Ermitteln der Leitfähigkeit Lf_x mit dem Leitfähigkeits- sensor an der Position Hf_x, c) Ermitteln der Leitfähigkeit Lf+y mit dem Leitfähigkeits- sensor an der Position Hf+y, d) Ermitteln der Flüssigkeitshöhe HFfüssig, e) Ermitteln der Leitfähigkeit LFfüssig an der Position HFfüssig, f) Ermitteln der Leitfähigkeit Luterst am untersten Niveau, wobei das Vorhandensein der Zwischenphase durch Lf+y - LFfüssig > ΔLsoll und/oder Lungerst indiziert wird» Verfahren nach Anspruch 10, wobei bei Vorhandensein der Zwi- schenphase ein Ansaugen und Ausstössen der Zwischenphase erfolgt . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor ei- ner Bestimmung der Phasengrenze die Reinheit des Sensors ermittelt wird und gegebenenfalls ein Reinigungsschritt des Sensors durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein pH- Wert der hydrophilen Phase einstellbar ist. Extraktionsgerät zur Durchführung eines Verfahrens nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 13. Extraktionsgerät nach Anspruch 14 umfassend ein pH-Meter. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das Extraktionsgerät nach Anspruch 14 oder 15 die Verfahrens- schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausführt. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Flüs- sig-Flüssig-Extraktion, ein Extraktionsgerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein Computerprogramm gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Bei einer Extraktion werden Komponenten aus einem bestimmten Stoffgemisch unter Verwendung eines selektiven Lösungsmittels herausgelöst. Bei einer Flüssig-Flüssig-Extraktion liegt sowohl das Stoffgemisch als auch das Lösungsmittel in flüssiger Form vor und mindestens ein zu extrahierender Bestandteil aus dem Stoffgemisch wird mittels Lösungsmittel aus dem Gemisch heraus- gelöst. Das Lösungsmittel sollte eine ähnliche Polarität wie der zu extrahierende Bestandteil haben und einen ausreichenden Dich- teunterschied zum Stoffgemisch bzw. Extraktionsgut. In der Regel sind mehrere Extraktionsschritte nötig, um eine erschöpfende Ex- traktion zu gewährleisten. Manuell ausgeführte Extraktionen sind daher langwierig und zudem sehr fehleranfällig. Die Reproduzier- barkeit ist nicht immer gegeben.
Automatisierte Extraktionsverfahren finden zunehmend Einzug in Analysenlabore. Hier liegt der Schwerpunkt vor allem auf der Ex- traktion zu analysierender Substanzen, oft in nur kleinen Men- gen. Besondere Anforderungen an erschöpfende Extraktionen werden daher nicht gestellt.
Schwieriger gestaltet sich die Situation für die Extraktion von Bestandteilen aus Synthesen oder bei grossvolumigen Analysenpro- ben, wie zum Beispiel in der Abwasseranalytik, die zum einen möglichst quantitativ erfolgen müssen, reproduzierbar sein müs- sen und ein genaues Arbeiten erfordern und zum anderen grössere Volumina als bisher bekannte Extraktionsautomaten verwenden. Des Weiteren fehlt es im Stand der Technik an Extraktionsautomaten, die typische Probleme, welche bei einer Extraktion auftreten können, automatisiert beheben können.
Die im Stand der Technik bekannten industriellen kontinuierli- chen Extraktionsapparaturen (z.B. Mixer-Settler-Systeme), bei denen die Phasen jeweils über ein Wehr abgeführt und nicht bei- spielsweise abgesaugt werden, haben zudem die Nachteile, dass sie eine grosse Stellfläche benötigen und dass bei schwer trenn- baren Phasen die Phasentrennung lange dauert.
Es ist daher zumindest eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben. Es ist insbe- sondere eine Aufgabe der Erfindung eine automatisierte Flüssig- Flüssig-Extraktion für Synthesen und somit auch grössere Volumi- na zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein automatisiertes Extraktionsverfahren bereit- zustellen, welches typische Probleme einer Flüssig-Flüssig- Extraktion automatisiert beheben kann.
Die Aufgaben werden durch die in den unabhängigen Ansprüchen de- finierten Gegenstände gelöst. Besondere Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur auto- matisierten Flüssig-Flüssig-Extraktion. Das Verfahren umfasst die Schritte: i) Bereitstellen eines Extraktionsgeräts, ii) Bereitstellen eines Gefässes mit einer hydrophilen Phase und einer hydrophoben Phase, wobei mindestens ein zu extrahie- render Bestandteil in einer der beiden Phasen enthalten ist, iii) Ermitteln eines Leitfähigkeitsunterschieds ΔL ist zwischen der hydrophilen Phase und der hydrophoben Phase mittels eines Leitfähigkeitssensors.
Eine Absaugung der oberen Phase erfolgt mit mindestens zwei un- terschiedlichen Geschwindigkeiten vi bis v n , wobei die letzte Ge- schwindigkeit v n langsamer ist als eine vorangegangene Geschwin- digkeit v n -i, vorzugsweise langsamer als vi bis v n -i.
Die Hauptflussrichtung der Flüssigkeiten im Verfahren ist im We- sentlichen vertikal (anders als bei Durchflussapparaturen, bei denen die Hauptflussrichtung im Wesentlichen horizontal ist). Insbesondere hat das Gefäss zur Aufnahme des Extraktionsgemi- sches nur einen Zugang.
Das Absaugen in mindestens zwei Geschwindigkeiten mit einer letzten Geschwindigkeit langsamer als die vorangegangene Ge- schwindigkeit ermöglicht ein besonders behutsames Absaugen im Bereich der Phasengrenze und verhindert, dass Flüssigkeit aus der unteren Phase mit aufgesaugt wird.
Die automatische Flüssig-Flüssig-Extraktion ist besonders gut für grössere Volumina geeignet, wie sie beispielsweise bei orga- nischen Synthesen oder bei der Probenvorbereitung, zum Beispiel in der Abwasseranalytik, vorkommen. So können Probenvolumen von 10 ml bis 200 ml mit je 10 ml bis ca. 70 ml Extraktionslösungs- mittel extrahiert werden.
Die hydrophile Phase kann eine anorganische Phase, vorzugsweise eine wässrige Phase, sein und die hydrophobe Phase kann eine or- ganische Phase sein. Besonders bevorzugt weist die organische Phase eine geringere Dichte als die anorganische Phase auf und bildet nach Extraktion die obere Phase. Die anorganische Phase bildet bevorzugt die untere Phase. Beispielsweise kann die hydrophile Phase oder die hydrophobe Phase aus einem Probenvolumen einer organischen Synthese stam- men. Vorzugsweise werden zwischen Schritt i) und ii) die typi- schen Schritte einer Extraktion durchgeführt. So kann zunächst das Probenvolumen als eine erste Phase vorgelegt werden, ein Ex- traktionsmittel in Form einer Phase entgegengesetzter Polarität hinzugefügt werden, ein Mischen durch Schütteln oder Rühren, wo- bei Rühren bevorzugt ist, der Phasen erfolgen und anschliessend eine Ruhezeit zur Phasentrennung ermöglicht werden.
Es ist zudem möglich eine theoretische Höhe der Phasengrenze zu ermitteln. Beispielsweise kann dies mittels des Probenvolumens aus der Synthese oder einem vorgelegten Startvolumen oder einem vorgängig durchgeführten Leitfähigkeitsscan, welche mittels Software ein- und ausgeschaltet werden kann, erfolgen. An- schliessend kann das Extraktionsmittel, optional eine Verdünnung und optional ein Extraktionshilfsmittel hinzugefügt werden und der Inhalt des Gefässes mittels Rührens gemischt werden und eine Trennzeit abgewartet werden. Die Rührzeit, oder auch alternativ eine Schüttelzeit, können über eine Software bzw. Computerpro- gramm einstellbar sein. Software und Computerprogramm sind im Sinne der vorliegenden Erfindung gleichbedeutend.
Vorteilhafterweise wird der Leitfähigkeitssensor derart durch die Phasen geführt wird, dass ermittelte Leitfähigkeiten L 1 bis L n mit Höhen des Sensors H 1 bis H n assoziiert ermittelt werden.
So entspricht die Leitfähigkeit L 2 der Höhe des Sensors H 1 , die Leitfähigkeit L 2 der Höhe L 2 , die Leitfähigkeit L 3 der Höhe H 3 etc. Der Sensor wird bevorzugt an einem Lift geführt, wobei eine Höhe 0 mm des Liftes bedeutet, dass der Sensor nicht in Lösung getaucht ist und sich ausserhalb des Extraktionsgemisches befin- det. Die unterste Liftposition ist die Position, die ein maxima- les Eintauchen des Sensors ermöglicht. Vorzugsweise ist die un- terste Liftposition bzw. Gesamtlifthöhe 118 mm.
Vorzugsweise weist das Extraktionsgerät einen Absaugschlauch auf, der in einem definierten Abstand zum Sensor, und vorzugs- weise 11 mm unterhalb des Sensors, geführt wird.
Dieser Abstand zwischen Sensor und Absaugschlauch ermöglicht das Rühren ohne Einschränkung durch den Sensor oder Absaugschlauch im Extraktionsgefäss.
Die Leitfähigkeit in der oberen Phase kann beispielsweise auf einer Liftposition ermittelt werden, die sich wie folgt ergeben kann:
[Lifthöhe total (z. B. 118mm) + Abstand Sensor zum Schlauch (z.B. 11mm) - Volumen Reaktionsgemisch * Volumenfaktor 0.8 - Verdünnung * Volumenfaktor 0.8 - Volumen Sole * Volumenfaktor 0.8 - 5mm] = H OP (Höhe obere Phase), wobei der Verdünnungsfaktor und der Solefaktor optional sind.
Die Geschwindigkeiten v p bis v n können diskrete Geschwindigkeiten darstellen. Eine Geschwindigkeit grösser v n , also vorzugsweise die vorangegangen Geschwindigkeit und besonders bevorzugt alle vorangegangenen Geschwindigkeiten kann beispielsweise 100 bis 250 mL/min betragen. V n kann dann beispielsweise 1 bis 20 mL/min betragen.
Schritt iii) des Verfahrens kann umfassen: a) Ermitteln der Leitfähigkeit in der oberen Phase L o , b) Ermitteln der Leitfähigkeit in der unteren Phase L u , c) Bestimmung eines fiktiven Phasengrenzwertes Lf gemäss [(L u - L o )/Phasengrenzenfaktor] + L o , wenn die hydrophile Phase die untere Phase ist oder Bestimmung des fiktiven Phasengrenz- wertes Lfgemäss [(L o -L u )/Phasengrenzwertfaktor] + L u , wenn die hydrophile Phase die obere Phase ist.
Der Phasengrenzenfaktor ist ein empirischer Wert, der die Emp- findlichkeit des Systems wiedergibt. Je höher der Phasengrenzen- faktor gewählt wird, desto niedriger ist die Gefahr, dass die untere Phase mit abgesaugt wird. Kleinere Phasengrenzenfaktoren führen dazu, dass näher an der Phasengrenze abgesaugt wird, da der Sensor tiefer in die Lösung eintaucht. Vorzugsweise liegt der Wert bei 2 oder 4.
Der fiktive Phasengrenzwert kann als Phasengrenze definiert wer- den. Die Absaugung der oberen Phase erfolgt bevorzugt dann, wenn der Istwert des Leitfähigkeitsunterschied ΔL ist zwischen der hyd- rophilen Phase und der hydrophoben Phase grösser als ein Soll- wert des Leitfähigkeitsunterschieds ΔL SO H an der Phasengrenze ist. Wenn der Istwert grösser ist, kann eine besonders gute Pha- sentrennung angenommen werden.
Der Sollwert des Leitfähigkeitsunterschieds ΔL SO H liegt vorzugs- weise im Bereich zwischen 0.01 mS/cm und 0.1 mS/cm, bevorzugt um 0.05 mS/cm, und kann mittels Software einstellbar sein.
Beispielsweise kann der Leitfähigkeitssensor in der oberen Phase auf einen ersten Abstand zur Phasengrenze abgesenkt werden und die Leitfähigkeit in der oberen Phase ermittelt werden. Im An- schluss kann der Leitfähigkeitssensor ganz nach unten in die un- tere Phase gesenkt werden und die Leitfähigkeit der unteren Pha- se ermitteln und/oder der Sensor wird auf einen zweiten Abstand zur Phasengrenze in die untere Phase gesenkt und ermittelt dort die Leitfähigkeit.
Je nach Füllstand im Gefäss und Position der Phasengrenze kann der erste Abstand und/oder der zweite Abstand 2 mm bis 10 mm, vorzugswiese 4 mm bis 7 mm und besonders bevorzugt 5 mm, zur Phasengrenze betragen.
Wenn in Schritt iii) der Sollwert des Leitfähigkeitsunterschieds ΔL SO H zwischen den Phasen unterschritten wird, kann ein Extrakti- onshilfsmittel, vorzugsweise Sole, hinzugegeben werden.
Ein zu geringer Leitfähigkeitsunterschied kann auf eine schlech- te Phasentrennung hinweisen. Das Hinzufügen eines Extraktions- hilfsmittels und erneutes Mischen sowie das Einräumen einer an- schliessenden Ruhezeit zur Phasentrennung, kann die Phasentren- nung verbessern. Üblicherweise wird eine bessere Phasentrennung durch Aussalzen, beispielsweise mit Sole, erreicht. Als Sole werden Salzlösungen mit mindestens 14 g gelöster Salze pro 1 kg Wasser verstanden. Beispiele für typische Salze zum Aussalzen sind: Natriumchlorid (NaCl), Ammoniumsulfat (NH 4 ) 2 SO 4 oder Kali- umsulfat (K 2 SO 4 ).
Nach dem Aussalzen kann der Leitfähigkeitsunterschied ΔL ist ge- mäss Schritt iii) erneut ermittelt werden und bei ausreichend grossem Wert die Absaugung wie oben beschrieben erfolgen. Das Aussalzen kann für eine Optimierung des Ergebnisses ein- oder mehrmals wiederholt werden.
Ist der Istwert des Leitfähigkeitsunterschied ΔL ist nach wie vor unter dem Sollwert des Leitfähigkeitsunterschieds ΔL SO H, so kann dies auf eine Emulsion oder grosse Zwischenphase deuten. In die- sem Fall kann der Sensor auf eine berechnete mittlere Höhe einer fiktiven unteren Phase gefahren werden. Diese errechnet sich bei Extraktionen mit leichterem Extraktionslösungsmittel beim ersten Extraktionsschritt beispielsweise (a) anhand des eingesetzten Probenvolumens und einem extraktionsgefässspezifischen Volumen- faktor bzw. bei den Folgeextraktionsschritten (b) anhand der letzten Absaughöhe:
(a) =( [Unterste Liftposition]+ [Abstand Leiftfähigkeits- sensor zu Absaugschlauch] - [Probenvolumen]*[Volumenfaktor] )/2
(b): H m ittei =([Unterste Liftposition]+ [Abstand Leiftfähigkeits- sensor zu Absaugschlauch] - [Liftposition letzte Absau- gung]/2
Bei der Extraktion mit schwererem Extraktionslösungsmittel kann sich die mittlere Höhe beispielsweise anhand dessen Extraktions- lösungsmittelvolumen (c) berechnen:
(c): H m ittei = ([Unterste Liftposition]+ [Abstand Leiftfähigkeits- sensor zu Absaugschlauch] - [Extraktionslösungmittelvolu- men]* [Volumenfaktor] )/2
Mittels eines Dosiermoduls kann die mögliche Emulsion oder gros- se Zwischenphase langsam abgesaugt und wieder ausgestossen wer- den. Als Dosiermodule eignet sich z.B. OMNIS Dosing Modul der Firma Metrohm AG, Schweiz, falls die organische Phase leichter ist als die anorganische Phase; oder 800 Dosino der Firma Met- rohm AG, Schweiz, falls die organische Phase schwerer ist als die anorganische Phase. Die Geschwindigkeit ist mittels Software einstellbar . Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, ist es möglich, dass das Aufsaugen und Ausstössen eine Friktion in den Schläuchen und der Bürette versursacht und dazu dienen kann, dass sich gebildete Schäume oder Emulsionen zerstören lassen und eine klare Phasen- grenzen gebildet werden kann. Mit dem Dosing Modul kann erreicht werden, dass zunächst die leichtere Phase und dann die schwerere Phase ausgestossen wird, wodurch ein erneutes Durchmischen beim Ausstössen im Extraktionsgefäss verhindert werden kann. Im Falle des Dosino kann der Sensor beim Ausstössen auf eine theoretische Phasengrenze angehoben werden und zuerst die schwerere und an- schliessend die leichter Phase ausgestossen werden. Danach kann Schritt iii) wiederholt werden.
Vorzugsweise wird die mindestens eine Geschwindigkeit vi in Ab- hängigkeit von Aüist eingestellt. Je höher ΔL ist ist, desto höher kann die Geschwindigkeit zum Absaugen sein.
Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit v n in Abhängigkeit von ΔL ist eingestellt. Je geringer ΔL ist ist, desto geringer kann die Ge- schwindigkeit zum Absaugen sein.
Vorzugsweise erfolgt die Absaugung der oberen Phase in mindes- tens zwei unterschiedlichen Abständen ai bis a n von der Phasen- grenze, besonders bevorzugt in zwei Abständen ai und a 2 , wobei der erste Abstand ai grösser ist als der zweite Abstand a 2 und wobei die erste Geschwindigkeit vi höher ist als die zweite Ge- schwindigkeit V 2 .
Vorzugsweise liegt die erste Absauggeschwindigkeit v 1 zwischen 50 ml/min und 150 ml/min, noch bevorzugter zwischen 70 ml/min und 130 ml/min, besonders bevorzugt zwischen 90 ml/min und 110 ml/min, ganz besonders bevorzugt bei 100 ml/min. Vorzugsweise liegt die zweite Absauggeschwindigkeit V 2 zwischen 10 ml/min und 30 ml/min, noch bevorzugter zwischen 14 ml/min und 26 ml/min, besonders bevorzugt zwischen 18 ml/min und 22 ml/min, ganz besonders bevorzugt bei 20 ml/min.
Es kann, insbesondere nach Schritt iii), eine Detektion einer Zwischenphase erfolgen. Die Detektion der Zwischenphase kann die folgenden Schritte umfassen: a) Bestimmen der Höhe Hf, die der Leitfähigkeit Lf entspricht, b) Ermitteln der Leitfähigkeit L f _ x mit dem Leitfähigkeitssensor an der Position H f - X , c) Ermitteln der Leitfähigkeit L f+y mit dem Leitfähigkeitssensor an der Position H f+y . d) Ermitteln der Flüssigkeitshöhe H Ffüssig , e) Ermitteln der Leitfähigkeit L Ffüssig an der Position H Ffüssig , f) Ermitteln der Leitfähigkeit Luterst am untersten Niveau.
Das Vorhandensein der Zwischenphase kann durch und/oder indiziert werden.
Die Flüssigkeitshöhe entspricht der Höhe, die der Phasengrenze Flüssig/Luft entspricht. H Ffüssig ermittelt sich aus dem Extrakti- onsgemisch umfassend das Extraktionsgut, Extraktionsmittel, ggf. Extraktionshilfsmittel und ggf. Verdünnungsmittel.
Das unterste Niveau entspricht der untersten Liftposition und der maximalen Eintauchposition des Sensors in das Extraktionsge- misch. Vorzugsweise beträgt das unterste Niveau analog der un- tersten Liftposition 118 mm.
Die Höhe Hf kann beispielsweise die Höhe der Phasengrenze sein. In diesem Fall kann die Höhe H f-X eine Höhe unterhalb der Phasen- grenze kennzeichnen, beispielswiese eine Höhe 5 mm unterhalb der Phasengrenze. In diesem Fall wäre H f-X = Hf-smm. Die Höhe H f+y kann eine Höhe oberhalb der Phasengrenze kennzeichnen, beispielsweise eine Höhe 2 mm oberhalb der Phasengrenze. In diesem Fall wäre H f+y = H f+2mm - Selbstverständlich sind die Höhen je nach verwendeten Volumina einstellbar und können der jeweiligen Extraktion ange- passt werden. Üblicherweise wird hierzu die Leitfähigkeit 2mm oberhalb der Phasengrenze und 3mm unterhalt des obersten Niveaus gewählt. Das oberste Niveau kann wie folgt ermittelt werden:
Flüssigkeitshöhe = [Unterste Liftposition]+ [Abstand Leitfähig- keitssensor zu Absaugschlauch] - [Probenvolumen]*[Volumenfaktor] - [Extraktionslösungsmittelvolumen]*[Volumenfaktor] - [Verdün- nungslösungsmittelvolumen] *[Volumenfaktor] - [Volumen Hilfslö- sungsmittel]* [Volumenfaktor].
Ist der Unterschied grösser als ein vordefiniert Wert, bei- spielsweise grösser als ein vordefinierter Wert zwischen 0.005 mS und 0.05 mS. wird von einer Zwischenphase ausgegangen. Bei- spielsweise kann der Unterschied grösser 0.05 mS betragen. Liegt in der oberen Phase keine Zwischenphase vor (L f+y - L Ffüssig < ΔL SO H) wird die untere Phase analog überprüft. Dabei wird die Leitfähigkeit 2mm unterhalb der Phasengrenze und an der unters- ten Liftposition gemessen und analog ausgewertet. Werden die Messabstände zur Phasengrenze erhöht, so können kleine Zwischen- phasen akzeptiert bzw. zugelassen werden.
Bei Vorhandensein der Zwischenphase kann ein Ansaugen und Aus- stössen der Zwischenphase erfolgen. Durch das Ansaugen und Aus- stössen der Zwischenphase wird diese durch die dadurch entste- hende Friktion zerstört. Zwischenphasen können beispielsweise bei einer Extraktion von Saponinen, Tensiden oder auch Proteinen auftreten . Vor einer Bestimmung der Phasengrenze kann jeweils ermittelt werden, ob der Sensor sauber ist bzw. kann die Reinheit des Sen- sors ermittelt werden und gegebenenfalls ein Reinigungsschritt des Sensors durchgeführt werden. Der automatisierte Reinigungs- schritt verhindert Fehler bei der Extraktion aufgrund falsch an- genommener Leitfähigkeitswerte. Dabei wird bei ausgefahrenem Lift die Leitfähigkeit in der Luft gemessen (L Luft ). Ist dieser Wert grösser als 0.005 mS, so deutet dies auf eine Verschmutzung hin. In diesem Fall kann das System den Sensor in eine Reini- gungsposition fahren, diesen mit einem entsprechenden Lösungs- mittel reinigen, durch Luftströmung trocknen und die Absaug- schläuche mit einem geeigneten Priming Lösungsmittel z.B. Sole oder Wasser, spülen, um zu verhindern, dass Reinigungslösungs- mittel ins System eingeschleppt werden. Danach kann die Phasen- grenze bestimmt werden.
Vorzugsweise ist ein pH-Wert der hydrophilen Phase einstellbar. Beispielsweise kann durch Einstellen des pH-Wertes beeinflusst werden, welcher zu extrahierende Bestandteil extrahiert wird. Dies ermöglicht zudem, dass nach einer ersten Extraktion, der pH-Wert der wässrigen Lösung derart verändert werden kann, dass beispielsweise ein zweiter Bestandteil aus derselben wässrigen Lösung in einem zweiten Extraktionsschritt gemäss dem erfin- dungsgemässen Verfahren extrahiert werden kann. Es ist auch mög- lich, dass unerwünschte Substanzen, die mitextrahiert wurden, durch das Ändern des pH-Wertes wieder aus dem Extrakt herausge- waschen werden können.
Auf diese Weise lassen sich mehrere Extraktionen mit derselben Lösung durchführen. Dies ermöglicht wiederum besonders effizien- te Extraktionen ohne Unterbruch. Wenn die anorganische Phase, vorzugswiese die untere Phase, nicht weiter mit organischem Lösungsmittel extrahiert werden soll, sondern verworfen werden soll, wie dies z.B. bei einem Waschvorgang der Fall ist, so kann ein Restanteil von organi- schem Lösungsmittel, der durch den Meniskuseffekt der Oberflä- chenspannung zustande kommt, zuvor 2-mal mit einem kleinen Add- on-Volumen von z.B. 5 mL versetzt werden bzw. verdünnt werden, abgesaugt und gesammelt werden. Anschliessend kann die untere Phase verworfen werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Extraktionsgerät zur Durchführung eines Verfahrens wie vorhergehend beschrieben.
Ein solches Gerät zeichnet sich durch seine geringe Fehleranfäl- ligkeit aus, ermöglicht eine effiziente und zeitsparende Extrak- tion im Vergleich zu manuellen Verfahren.
Vorzugweise weist das Extraktionsgerät einen Lift zum Führen des Leitfähigkeitssensors und eines Absaugschlauchs auf.
Das Extraktionsgerät kann einen pH-Meter umfassen. Derart lässt sich der pH-Wert innerhalb des Extraktionsguts ermitteln.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm. Das Computerprogramm umfasst Befehle, die bewirken, dass das Ex- traktionsgerät wie vorhergehend beschrieben die Verfahrens- schritte wie vorhergehend beschrieben ausführt.
Die Erfindung wird nachfolgend exemplarisch an den Figuren 1 und 2 und den Beispielen 1 bis 3 näher erläutert. Die Ausführungen sind dabei nicht einschränkend zu verstehen. Es zeigen: Figur 1 Ein Flussdiagramm der einzelnen Schritte des er- findungsgemässen Verfahrens.
Figur 2 Das Absaugen der oberen Phase mit unterschiedli- chen Geschwindigkeiten in einer schematischen Dar- stellung.
Figur 1 erläutert das Verfahren exemplarisch an einzelnen Ver- fahrensschritten. Im ersten Schritt 1 wird ein Extraktionsgerät bereitgestellt. Diesem Extraktionsgerät wird eine hydrophile, anorganische Phase 2 zugeführt, gefolgt von einem organischen Lösungsmittel 3 als hydrophobe, organische Phase. Die beiden Phasen werden unter Rühren 4 vermischt und nach einer Ruhezeit zur Phasentrennung wird in Schritt 5 ein Leitfähigkeitsunter- schieds ΔL ist zwischen der hydrophilen Phase und der hydrophoben Phase mittels eines Leitfähigkeitssensors ermittelt. Dazu wird der Leitfähigkeitssensor bis 5 mm über eine ermittelte Phasen- grenze abgesenkt und die Leitfähigkeit in der oberen Phase ge- messen. Anschliessend wird der Leitfähigkeitssensor vollständig in die untere Phase abgesenkt und eine Leitfähigkeit der unteren Phase gemessen. Ist der Leitfähigkeitsunterschied ΔL ist grösser als der Sollwert ΔL SO H von 0.05 mS/cm, so wird in Schritt 6 die obere Phase zunächst mit 100 mL/min abgesaugt und anschliessend mit 20 ml/min (Figur 2).
Liegt ΔL ist unter ΔL SO H von 0.05 mS/cm, ist die Phasentrennung nicht ausreichend und der Mischung wird gemäss Schritt 7 Sole hinzugefügt. Im Anschluss wird der Leitfähigkeitsunterschied ge- mäss Schritt 5 erneut ermittelt und, sofern ΔL ist > ΔL SO H, erfolgt das Absaugen gemäss Schritt 6 mit zwei unterschiedlichen Ge- schwindigkeiten .
Alternativ ist es möglich, dass in Schritt 5 eine Zwischenphase indiziert wird. Dazu wird ein Leitfähigkeitswert 2 mm oberhalb der Phasengrenze ermittelt L f+2mm (L f+y ) und ein Leitfähigkeitswert 3 mm unterhalb des obersten Niveaus ermittelt L Ffüssig . Ist die Leitfähigkeitsdifferenz < 0.05 mS/cm wird dieser Vorgang mit der unteren Phase durchgeführt. Dabei wird ein Leitfähigkeitswert 2 mm unterhalb der Phasengrenze ermittelt L f-2mm (L f _ y) und ein Leit- fähigkeitswert an unterster Stelle ermittelt L unterst • Ist die Leitfähigkeitsdifferenz in einem der beiden Fälle > 0.05 mS/cm (ΔL SO H) wird die Zwischenphase indiziert und diese in Schritt 8 abgesaugt und wieder ausgestossen, um eine Phasentrennung zu er- möglichen. Anschliessend wird die Leitfähigkeit gemäss Schritt 5 erneut bestimmt und bei ΔL ist > ΔL SO H die obere Phase gemäss Schritt 6 abgesaugt.
Figur 2 zeigt schematisch den Absaugschritt 6 aus Figur 1 mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. In Figur 2A wird die organische Phase 12 in einem Abstand a zur Phasengrenze 11 mit einer Geschwindigkeit von 100 mL/min über einen Absaugschlauch 17 abgesaugt. Anschliessend wird ein überstehender Rest 16 der organischen Phase 12 mit einer Geschwindigkeit von 20 mL/min ab- gesaugt, wie in Figur 2B schematisch dargestellt. Übrig bleibt die anorganische Phase 13 mit dem Meniskus 15 der oberen Phase 15. Diese kann durch zweimaliges Hinzufügen eines Add-on- Volumens von ca. 5 mL, was in etwa der Höhe des Phasenverlaufs 16 entsprechen würde, versetzt bzw. verdünnt werden und abge- saugt werden.
BEISPIEL 1
Ein Reaktionsgemisch aus Essigsäurebenzylester, Benzylalkohol, Essigsäure, Schwefelsäure und Nebenprodukten wurde wie folgt ex- trahiert: Das Reaktionsvolumen von 39 mL wurde in einem Gefäss des Extrak- tionsgeräts, ein Robotik System, mit 15 mL H 2 O verdünnt, mit 2 mL Sole als Extraktionsmittel versetzt und mit 25 mL Ethylacetat versetzt. Das Extraktionsgemisch wurde 10 see lang mit Rührstär- ke 15 gemischt. Eine Phasentrennung erfolgte während 60 see War- tezeit.
Zunächst wurde die Leitfähigkeit an der der Liftposition 0 mm (L Lu ft) gemessen und ergab einen Leitfähigkeitswert von 0.0000 mS, was somit einen sauberen Sensor anzeigte.
Anschliessend wurde die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe bzw. Liftposition von 79 mm gemessen. Die Liftposition ergab sich nach folgender Formel
(1) [Lifthöhe total (118 mm) + Abstand Sensor zum Schlauch (11 mm) - Volumen Reaktionsgemisch 39 ml * Volumenfaktor 0.8 - Verdünnung 15 ml * Volumenfaktor 0.8 - Sole 2 ml* Volumenfaktor 0.8 - 5 mm]: 0.009460586 mS.
Anschliessend wurde die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 118 mm gemessen: 2.036342 mS.
Der Leitfähigkeitsphasengrenzwert Lf wurde errechnet: 0.516181 mS
Anschliessend wurde der Sensor auf die Lifthöhe 79 mm angehoben und langsam gesenkt bis die Leitfähigkeit von 0.516181 über- schritten wurde. Die finale Lifthöhe wurde ermittelt und betrug 85 mm. Der Lift wurde auf 67 mm (Phasengrenze 85 mm - Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm - 2 mm) abgesenkt und die obere Phase mit 100 mL/min abgesaugt und in einem separaten Gefäss gesammelt.
Anschliessend wurde der Lift auf 72 mm (Phasengrenze 85 mm - Ab- stand Sensor zum Schlauch 11 mm - 7 mm) abgefahren und die Phase mit 20 mL/min abgesaugt und in einen separaten Gefäss gesammelt.
BEISPIEL 2
Die erste Extraktion erfolgte gemäss Beispiel 1.
Dem Rückstand wurden dann erneut 25 mL Ethylacatetat zugegeben. Das Extraktionsgemisch 10 see mit einer Rührstärke von 15 ge- mischt. Die Phasentrennung erfolgt während einer Wartezeit von 60 Sekunden.
Die Leitfähigkeit wurde an der Liftposition 0 mm gemessen und ergab einen Wert von 0.07 mS. Der Sensor war verschmutzt. Der Sensor wurde auf die Waschposition gefahren und mit 10 mL Aceton gespült und anschliessend bei laufendem Rührer 60 see getrock- net. Die Schläuche wurden mit Sole gespült.
Anschliessend wurde die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 80 mm (85 mm aus erster Extraktion - 5 mm) gemäss Formal (1) ermittelt: 0.0292257 mS. Anschliessend wurde die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 118 mm ermittelt: 1.776728 mS. Die Leitfähigkeit am Phasengrenzwert wurde mit 0.466101 mS errechnet.
Der Lift wurde auf 69 mm (Phasengrenze 87 mm - Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm- 7 mm) abgefahren und die obere Phase mit 100 mL/min abgesaugt und in einem separaten Gefäss gesammelt. Danach wurde der Lift auf 74 mm (Phasengrenze 87 mm - Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm - 2 mm) gesenkt und der Rest der obe- ren Phase mit 20 mL/min abgesaugt und in einem separaten Gefäss gesammelt .
Anschliessend wurden 2 x 5 mL Ethylacetat als Add-on Volumen zu- gegeben, abgesaugt und in einem separaten Gefäss gesammelt.
Anschliessend wurde die wässrige Phase abgesaugt und verworfen.
BEISPIEL 3
In Beispiel 3 wurden die Schritte gemäss Beispiel 1 und 2 durch- geführt und anschliessend gewaschen.
Die Ethylacetatphasen aus Beispiel 1 und 2 wurden in einem Ex- traktionsbecher vorgelegt und mit 15 mL Na 2 CO 3 versetzt. An- schliessend wurde das Extraktionsgemisch 10 see mit Rührstärke 15 gemischt und die Phasentrennung während 60 see abgewartet.
Zunächst wurde die Leitfähigkeit an der Liftposition 0 mm (L Luft )gemessen (0.0007 mS), was keinen verschmutzen Sensor ergab.
Anschliessend wurde die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 112 mm gemessen (0.001934008 mS), die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 118 mm gemessen (0.7977153 mS) und der Phasengrenzwert ermittelt (0.200879 mS).
Der Sensor wurde auf die Lifthöhe 112 mm angehoben und langsam gesenkt bis die Leitfähigkeit von 0.200879 überschritten wurde. Dies ergab eine finale Lifthöhe von 114 mm. Der Lift wurde auf 96 mm (Phasengrenze 114 mm -Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm -
7 mm) gesenkt und die Phase mit 100 mL/min abgesaugt und gesam- melt. Anschliessend wurde der Lift auf 101 mm (Phasengrenze 109 mm - Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm - 2mm) gefahren und die Phase mit 20 ml/min abgesaugt und gesammelt.
Anschliessend werden 2 x 5 mL Ethylacetat als Add-on Volumen hinzugefügt, abgesaugt und gesammelt. Der Lift wird auf 118 mm abgesenkt und der pH-Wert ermittelt. Der pH-Wert betrug 7.8. Die wässrige Phase wurde abgesaugt und verworfen.
Die gesammelten Extrakte wurden im Extraktionsbecher vorgelegt und mit 15 mL Wasser versetzt. Anschliessend wurde das Extrakti- onsgemisch 10 see mit Rührstärke 15 gemischt und die Phasentren- nung während 60 see abgewartet. Zunächst wurde die Leitfähigkeit an der Liftposition 0 mm gemessen (0.0007 mS), was keinen ver- schmutzen Sensor ergab. Anschliessend wurde die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 112 mm gemessen:
[Lifthöhe total 118 mm + Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm - Vo- lumen H 2 O 15 ml*Volumenfaktor 0.8 -5 mm]: 0.001134568 mS
Die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 118 mm wurde gemessen (0.045342 mS). Der Leitfähigkeitsunterschied war zu gering, so dass dem Extraktionsgemisch 2 mL Sole zugegeben wurden. Anschliessend wurde das Extraktionsgemisch erneut 10 see mit Rührstärke 15 gemischt und die Phasentrennung während 60 see ab- gewartet. Zunächst wurde die Leitfähigkeit an der Liftposition 0 mm erneut gemessen (0.0009 mS), was keinen verschmutzen Sensor ergab. Anschliessend wurde die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 110 mm gemessen:
[Lifthöhe total 118 mm + Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm - Vo- lumen H 2 O 15 ml*Volumenfaktor 0.8 - Sole 2 mL*Volumenfaktor 0.8- 5 mm]: 0.001735 mS Die Leitfähigkeit auf der Lifthöhe 118 mm wurde gemessen
(1.667378 mS).
Der Leitfähigkeitsphasengrenzwert wurde mit 0.418146 mS ermit- telt.
Der Sensor wurde auf die Lifthöhe 110 mm angehoben und langsam gesenkt bis die Leitfähigkeit von 0.418146 überschritten wurde. Dies ergab eine finale Lifthöhe von 113 mm. Der Lift wurde auf 95 mm (Phasengrenze 113 mm -Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm - 7 mm) gesenkt und die Phase mit 100 mL/min abgesaugt und gesam- melt. Anschliessend wurde der Lift auf 100 mm (Phasengrenze 109 mm - Abstand Sensor zum Schlauch 11 mm - 2 mm) gefahren und die Phase mit 20 ml/min abgesaugt und gesammelt.
Anschliessend werden 2 x 5 mL Ethylacetat als Add-on Volumen hinzugefügt, abgesaugt und gesammelt. Die wässrige Phase wurde verworfen .