قیف جداکننده چیست؟
قیف جداکننده به انگلیسی (separatory funnel) یکی از ابزار آزمایشگاهی است که مایعات را بر اساس چگالی از هم جدا می کند. مثلا اگر مخلوط روغن و آب را در مخزن این دستگاه بریزیم، بر حسب چگالی مواد در داخل این ظرف تفکیک می شود. اگر شیر زیر ظرف را باز کنیم مایعی که دارای چگالی بالا است در زیر قرار گرفته و از دستگاه خارج می گردد تا اینکه به مرز جدایی مایعات (روغن و آب) برسد. در چنین حالتی شیر را می بندیم و دستگاه با موفقیت دو مایع مخلوط را از هم جدا می کند.
ساختار قیف جداکننده
- یک قیف جداکننده ، شکل یک مخروط با انتهای نیمکره ای دارد.
- دارای یک درپوش در بالا و دریچه (شیر) در پایین. قیف‌های جداکننده مورد استفاده در آزمایشگاه‌ها معمولاً از شیشه بوروسیلیکات
- ساخته می‌شوند و دریچه‌های آن از شیشه یا PTFE ساخته می‌شوند.
- اندازه های معمولی بین 30 میلی لیتر تا 3 لیتر است.
- در شیمی صنعتی می توانند بسیار بزرگتر باشند و برای حجم های بسیار بیشتر از سانتریفیوژها استفاده می شود.
- ضلع های شیب دار برای تسهیل شناسایی لایه ها طراحی شده اند.
- خروجی کنترل شده با دریچه توقف برای تخلیه مایع از قیف طراحی شده است.
- در بالای قیف یک اتصال مخروطی استاندارد وجود دارد که با یک درپوش شیشه ای یا تفلون مطابقت دارد.
روش کار قیف جداکننده
برای استفاده از یک قیف جداکننده، دو فاز یا مایع و مخلوطی که باید در محلول جدا شود، از قسمت بالایی وارد قیف می‌شوند. سپس درب قیف بسته می شود و با چند بار معکوس کردن قیف به آرامی تکان داده می شود. اگر دو محلول به شدت با هم مخلوط شوند، امولسیون تشکیل می شود. سپس قیف معکوس می شود و دریچه توقف با دقت باز می شود تا فشار بخار اضافی آزاد شود.
قیف جداکننده برای جداسازی کامل فازها برای مدت کمی کنار گذاشته می شود. سپس بالا و پایین میله باز می شود و فاز پایینی توسط گرانش آزاد می شود. قسمت بالایی قیف باید در حین رها کردن فاز پایین باز شود تا فشار بین داخل قیف و هوای محیط برابر شود. هنگامی که لایه زیرین برداشته شد، دریچه بسته می شود و لایه بالایی از قسمت بالایی در ظرف دیگری ریخته می شود.
تئوری عملکرد قیف جداکننده
حلال ها معمولاً یک محلول یکپارچه را با هم تشکیل نمی دهند زیرا غیر قابل اختلاط هستند. هنگامی که قیف پس از هم زدن ثابت نگه داشته می شود، مایعات لایه های فیزیکی مجزایی را تشکیل می دهند – مایعات با چگالی پایین، بالاتر از مایعات با چگالی بالاتر باقی می مانند. بنابراین مخلوطی از املاح به دو محلول مجزا از لحاظ فیزیکی که هر کدام با املاح متفاوت غنی شده اند، جدا می شود.
دریچه قیف می تواند پس از جدا شدن دو فاز باز شود تا لایه زیرین از قیف جداکننده خارج شود. لایه رویی ممکن است در قیف جداکننده برای استخراج بیشتر با دسته های اضافی حلال نگه داشته شود یا در یک ظرف جداگانه برای استفاده های دیگر تخلیه شود. اگر بخواهید لایه زیرین را برای استخراج بیشتر در قیف جدا نگه دارید، هر دو لایه به طور جداگانه خارج می شوند و سپس لایه زیرین قبلی به قیف جداکننده بازگردانده می شود.
سپس هر محلول مستقل را می توان دوباره با دسته های اضافی حلال استخراج کرد که برای سایر فرآیندهای فیزیکی یا شیمیایی استفاده می شود. اگر هدف جداسازی یک ماده محلول از مخلوط بود، محلول حاوی آن محصول مورد نظر می تواند گاهی اوقات به سادگی تبخیر شود تا محلول خالص شده باقی بماند.
امولسیون ها
یکی از معایب استفاده از قیف جداکننده این است که امولسیون ها به راحتی تشکیل می شوند و پس از تشکیل شدن ممکن است زمان زیادی طول بکشد تا جدا شوند. آنها اغلب در حالی که مایعات در قیف جداکننده مخلوط می شوند تشکیل می شوند. این می تواند زمانی رخ دهد که قطرات کوچک در یک محلول آبی معلق باشند. اگر یک امولسیون تشکیل شود، یکی از روش‌های مورد استفاده برای جداسازی مایعات، چرخاندن آرام محلول در قیف جداکننده است. اگر امولسیون با این فرآیند جدا نشد، مقدار کمی محلول نمک اشباع اضافه می شود.
تحقیقات بر روی تکنیک‌های جایگزین و کارآمدتر انجام می‌شود که عمدتاً از همزن مکانیکی آزمایشگاهی برای کاهش یا حتی حذف احتمال امولسیون شدن استفاده می‌کنند، در نتیجه میزان زمان انتظار را کاهش می‌دهند.
نگرانی های ایمنی
بزرگترین خطر در هنگام استفاده از قیف جداکننده، افزایش فشار است. اگر یک واکنش در حال تکامل گاز یا تغییر فیزیکی رخ دهد، فشار در طول اختلاط جمع می‌شود. این مشکل را می توان به راحتی با باز کردن درب در بالای قیف به طور معمول در حین مخلوط کردن حل کرد. روش استانداردتر این است که قیف جداکننده را وارونه کنید و دریچه را باز کنید تا فشار آزاد شود، مرحله ای که به طور مکرر به عنوان “تهویه” شناخته می شود. این کار باید در حالی انجام شود که نوک قیف از بدن شخص دور باشد.
