Ацетонитрил — распространенный органический растворитель. При анализе методом обращенно-фазовой жидкостной хроматографии ацетонитрил-вода действует аналогично метанолу-вода и часто используется в качестве подвижной фазы. Очевидно, что ацетонитрил является полярным растворителем, как и метанол. Обычно считается, что ацетонитрил смешивается с водой при любых условиях.
Многие из так называемых выводов будут становиться понятнее с каждым днем по мере развития научных исследований. В данной статье обобщены результаты критического обучения в этой открытой среде путем перечисления экспериментальных условий, которые могут привести к фазовому разделению гомогенных растворов ацетонитрил-вода, а также четырех соответствующих методов экстракции. Экстракция высаливанием ацетонитрила, экстракция осаждением сахара ацетонитрилом, низкотемпературная экстракция ацетонитрилом и экстракция с фазовыми изменениями, вызванными растворителем. Разбросанные в литературе методы экстракции на основе ацетонитрила систематизированы, обобщены и предоставлены вам для расширения знаний о свойствах ацетонитрила с целью применения этих свойств в вашей практической работе.
1 Несколько ситуаций, когда ацетонитрил и вода не смешиваются
1.1 Соль и система ацетонитрил-вода
В однородный и прозрачный раствор, состоящий из ацетонитрила и воды, добавляют соответствующее количество неорганической или органической соли, и можно наблюдать фазовое разделение между ацетонитрилом и водой. Поскольку плотность ацетонитрила ниже плотности воды, верхняя фаза богата ацетонитрилом (содержит небольшое количество воды), а нижняя фаза бедна ацетонитрилом (в основном водой). Такое фазовое разделение ацетонитрила, вызванное солью, называется явлением высаливания ацетонитрила. Добавление соли вызывает сильный эффект гидратации, и соль связывает больше молекул воды, что значительно уменьшает количество свободных молекул воды, которые могут взаимодействовать с ацетонитрилом, что приводит к разделению фаз. Таким образом, вещества, первоначально растворенные в водной фазе, могут быть извлечены в богатую ацетонитрилом фазу в процессе разделения фаз. Этот метод экстракции называется методом выделения солей из ацетонитрила. Соли, используемые в качестве инициаторов разделения фаз, в основном включают: хлорид натрия, хлорид кальция, сульфат цинка, сульфат аммония, сульфат магния, перхлорат тетрабутиламмония и т.д. Тип соли влияет на степень извлечения. Следует отметить, что органические растворители, способные вызвать разделение фаз в изначально смешивающемся с водой растворе под действием соли, не ограничиваются только ацетонитрилом, но также обладают такими свойствами, как этанол, изопропанол и ацетон. Однако, поскольку ацетонитрил в качестве матрицы для образца хорошо сочетается с подвижной фазой на основе ацетонитрила, анализируемой методом обращенно-фазовой жидкостной хроматографии, метод экстракции высаливанием ацетонитрила особенно популярен.
1.2 Сахар и система ацетонитрил-вода
В 2008 году Ванг из Университета Иллинойса (США) сообщил о явлении разделения фаз ацетонитрил-вода, вызванном сахаром. При добавлении в раствор ацетонитрил-вода моносахаридов (глюкозы, ксилозы, арабинозы или фруктозы) или дисахаридов (сахарозы или мальтозы), превышающих определенный порог, наблюдается значительное разделение фаз. Полисахариды не обладают такими свойствами вызывать разделение фаз. Другие широко используемые органические растворители, смешивающиеся с водой (такие как метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, ацетон), не обладают свойством вызываться сахарами и проводить фазовое разделение с водой. Верхняя фаза после разделения фаз представляет собой фазу, богатую ацетонитрилом, а нижняя — фазу, бедную ацетонитрилом. Метод экстракции, основанный на этом явлении, называется методом экстракции осахаривания ацетонитрилом.
1.3 Низкая температура и система ацетонитрил-вода
В 1999 году Йошида и его коллеги сообщили о явлении, при котором ацетонитрил и водная фаза разделяются под воздействием низкой температуры. Если раствор ацетонитрила и воды (объемное соотношение: 1:1) поместить в среду с температурой -20 °C на 20 минут, то будет наблюдаться фазовое разделение ацетонитрила и воды. Метод экстракции, основанный на этом явлении, называется методом низкотемпературной экстракции ацетонитрилом. Обычно температуру, при которой происходит разделение фаз, контролируют от -40°C до -40°C, поскольку температура плавления ацетонитрила составляет -45°C. В экспериментальном диапазоне температур фаза, богатая ацетонитрилом, является жидкой, а фаза, богатая водой, в основном твердая. Эксперименты подтвердили, что большинство обычных органических растворителей, смешивающихся с водой при комнатной температуре, не обладают способностью к фазовому разделению с водой при низких температурах. По сравнению с двумя другими методами экстракции на основе ацетонитрила, метод низкотемпературной экстракции на основе ацетонитрила не требует введения сторонних реагентов, инициирующих фазовое разделение, поэтому система относительно проста и не приводит к загрязнению последующих работ по разделению и анализу. Кроме того, низкотемпературная экстракция позволяет избежать химических изменений чувствительных к температуре молекул под воздействием высоких температур, что делает результаты анализа более надежными.
1.4 Гидрофобный растворитель и ацетонитрил-вода
Добавление гидрофобного и смешивающегося органического растворителя (например, хлороформа, дихлорметана, толуола) в гомогенную систему ацетонитрил-вода может вызвать разделение фаз в системе ацетонитрил-вода. Метод экстракции, основанный на этом, называется экстракцией с изменением фазы под действием растворителя.
Заключение
«Смешиваются ли ацетонитрил и вода при любых условиях?» Этот вопрос кажется очень простым, и вывод уже давно приведен в существующих учебниках. Однако с быстрым развитием информационных технологий мы можем легче получить доступ к литературе и обновлять содержание знаний в соответствии со временем.