Перегонка с водяным паром

Для очистки органических веществ, легко разлагающихся при нагревании до температуры их кипения, применяют метод перегонки с водяным паром. Для этого перегоняемую жидкость кипятят с водой или пропускают через нее водяной пар. Тогда перегонка идет при температуре ниже 100°С. В приемнике конденсат, содержащий оба компонента, расслаивается на воду и органическую жидкость (практически чистую). Далее органический слой отделяют и высушивают. Массовую долю каждой жидкости в конденсате рассчитывают по формулам:

,	(149)
,	(150)

где _в, _о – содержание воды и органической жидкости в паре, мас. Доли, %; , – содержание воды и органической жидкости в паре, г; n_в, n_о – число молей воды и органической жидкости в паре; М_в, М_о – молярные массы воды и органической жидкости;

,

(151)

или

.

(152)

Из уравнения (152) можно заключить, что состав паровой фазы над взаимно нерастворимыми жидкостями не зависит от массы жидкостей, а массовая доля перегоняемой жидкости в паре будет тем больше, чем меньше молярная масса и давление пара второй жидкости. Поэтому второй жидкостью обычно служит вода с относительно высокой температурой кипения 100°С и небольшой молярной массой 18 г/моль.

Отношение (151) к (152) дает выражение:

,

(153)

в котором левая часть представляет собой расходный коэффициент пара. Он численно равен массе водяного пара, требуемой для перегонки одной единицы массы перегоняемого вещества. Расходный коэффициент пара тем больше, чем меньше давление насыщенного пара перегоняемой жидкости и чем меньше ее молярная масса.

1.3.3. Фазовые равновесия в трехкомпонентных системах. Экстракция

Если в систему, состоящую из двух взаимно нерастворимых жидкостей, добавить третий компонент, то он распределится в них в определенном соотношении. Например, если в сосуд, содержащий водный и хлороформный слои, добавить иод, то он будет растворяться в воде и хлороформе до тех пор, пока не установится динамическое равновесие между фазами.

Отношение равновесных концентраций 3-го компонента в двух взаимно нерастворимых жидкостях при постоянной температуре называется коэффициентом распределения. Принято выражать коэффициент распределения отношением равновесной концентрации распределяемого вещества в органической фазе ( ) к его концентрации в водной фазе ( ):

.

(154)

В фармации для извлечения из растительного сырья эфирных масел, алкалоидов и других физиологически активных веществ широко применяют экстракцию.

Экстракция может быть однократной, когда экстрагент добавляется в один прием, и дробной – добавление экстрагента проводится порциями в несколько приемов. После добавления экстрагента, встряхивания и отстаивания проводят разделение фаз и определяют массу извлеченного вещества каким-либо аналитическим или физико-химическим методом.

Допустим, что в водном растворе, объем которого V₁ л, содержится m₀ кг вещества, извлекаемого однократно органическим экстрагентом, объем которого V₂ м³. После перехода в экстрагент массы m₀ вещества устанавливается равновесие и масса вещества, оставшаяся неизвлеченной в результате однократной экстракции равна:

.

(155)

Аналогичное уравнение для дробной экстракции имеет вид:

,

(156)

где m_n – масса неизвлеченного вещества после п экстракций; V₂/n – объем порции экстрагента; п – число экстракций.

Уравнения (155) и (156) можно представить в более удобной для расчетов форме. Обозначив отношение объемов органической и водной фаз через V_р (V_р = V₂/V₁) и проведя простейшие преобразования, получим для однократной экстракции:

,

(157)

для дробной экстракции

.

(158)

С помощью уравнений (155) – (158) рассчитывают теоретически возможную массу извлекаемого вещества как т₀ – m₁ и т₀ – m_n. Степень извлечения (%) при однократной экстракции:

,

(159)

при дробной экстракции

,

(160)

где т_э и т_э – экспериментально найденная масса извлеченного вещества при однократной и многократной экстракции соответственно.

После преобразования уравнения (158) получают уравнение:

,

(161)

которое позволяет определить число экстракций п, необходимое для заданной полноты извлечения экстрагируемого вещества, а также оценить степень извлечения (т_э/т₀) при выбранном числе экстракций.

В фармации известен и широко применяется термин «несовместимость». Под несовместимостью подразумевают процесс, изменяющий первоначальные химические, физические и фармакодинамические свойства лекарственных препаратов и приводящий к ухудшению их качества. Пользуясь диаграммами состояния, можно предусмотреть и устранить «несовместимость физическую» (отсыревание порошков, расслоение эмульсий) и «несовместимость химическую» (взаимодействие между компонентами с образованием новых соединений). Установлено, что физическая несовместимость связана с образованием эвтектики. Эвтектические смеси образуют анестезин с ризорцином, антипирин с фенацетином, ацетилсалициловая кислота с амидопирином и др. Отсыревание наблюдается уже в момент приготовления лекарственных форм. Это объясняется тем, что температура плавления эвтектической смеси значительно ниже температур плавления чистых компонентов.

Образование эвтектической смеси может приводить и к улучшению качества лекарств. Например, при изготовлении присыпки из тимола и ментола эвтектическая смесь состоит из более мелких частичек, чем смесь из тех же веществ, но отличающаяся по составу от эвтектической. Это приводит к равномерному распределению компонентов в лекарственной форме.

С уменьшением размера частиц в эвтектических смесях увеличивается биологическая доступность малорастворимых веществ. В ряде случаев диаграммы состояния лекарственных смесей помогают приготовить лекарственную форму. Например, без диаграммы состояния затруднителен выбор основы для приготовления суппозиториев (медицинских свечей). Необходима такая жировая основа, при которой свечи плавятся при температуре 35 – 36ºС (температура тела) и не размягчаются при температуре ниже 32ºС. Диаграмма состояния показывает, что указанным требованиям удовлетворяют смеси: 40% саломаса и 60% метилстеарата; 80% парафина и 20% метилстеарата.