Zijn acetonitril en water onder alle omstandigheden mengbaar?

Acetonitril is een veelgebruikte oorganisch oplosmiddel. Bij de analyse van reversed phase vloeistofchromatografie werkt acetonitril-water op dezelfde manier als methanol-water en wordt het vaak gebruikt als mobiele fase. Het is duidelijk dat acetonitril een polair oplosmiddel is, vergelijkbaar met methanol. Algemeen wordt aangenomen dat acetonitril onder alle omstandigheden mengbaar is met water. Veel van de zogenaamde conclusies zullen met de dag beter worden begrepen naarmate het wetenschappelijk onderzoek vordert. Dit artikel vat de resultaten van kritisch leren in deze open omgeving samen door een opsomming te geven van de experimentele condities die kunnen leiden tot fasescheiding van homogene acetonitril-water oplossingen, evenals vier verwante extractiemethoden. Extractie met acetonitrilzout, acetonitril-suikerneerslagextractie, acetonitril-extractie bij lage temperatuur en door oplosmiddel geïnduceerde faseveranderingsextractie. Acetonitril gebaseerde extractiemethoden die verspreid zijn in de literatuur worden georganiseerd, samengevat en met u gedeeld om de kennis over de eigenschappen van acetonitril te verbeteren, met het oog op het toepassen van deze eigenschappen in uw praktische werk. 1 Verschillende situaties waarin acetonitril en water niet mengbaar zijn 1.1 Zout en acetonitril-water systeem Voeg in de uniforme en transparante oplossing bestaande uit acetonitril en water een geschikte hoeveelheid anorganisch of organisch zout toe, en de fasescheiding tussen acetonitril en water zal zichtbaar worden. Aangezien de dichtheid van acetonitril lager is dan die van water, is de bovenste fase rijk aan acetonitril (met een kleine hoeveelheid water) en is de onderste fase arm aan acetonitril (voornamelijk water). Deze door zout veroorzaakte fasescheiding van acetonitril wordt het zout-uit-fenomeen van acetonitril genoemd. De toevoeging van zout veroorzaakt een sterk hydratatie-effect en het zout bindt meer watermoleculen, waardoor het aantal vrije watermoleculen dat kan interageren met acetonitril aanzienlijk afneemt, wat resulteert in fasescheiding. Op deze manier kunnen de stoffen die oorspronkelijk in de waterfase waren opgelost, tijdens het fasescheidingsproces in de acetonitrilrijke fase worden geëxtraheerd. Deze extractiemethode wordt de acetonitril-zoutextractiemethode genoemd. Zouten die gebruikt worden als initiatoren voor fasescheiding zijn voornamelijk: natriumchloride, calciumchloride, zinksulfaat, ammoniumsulfaat, magnesiumsulfaat, tetrabutylammoniumperchloraat, enz. Het type zout heeft invloed op het extractiesnelheid. Er moet op worden gewezen dat de organische oplosmiddelen die fasescheiding kunnen veroorzaken in de oorspronkelijk watermengbare oplossing onder inductie van zout niet alleen beperkt zijn tot acetonitril, maar ook eigenschappen hebben als ethanol, isopropanol en aceton. Omdat acetonitril als monstermatrix echter goed kan worden afgestemd op de mobiele fase op basis van acetonitril die wordt geanalyseerd met reversed-phase vloeistofchromatografie, is de acetonitril salting-out extractiemethode bijzonder populair. 1.2 Suiker en acetonitril-watersysteem In 2008 rapporteerde Wang van de Universiteit van Illinois in de Verenigde Staten een acetonitril-waterscheidingsfenomeen veroorzaakt door suiker. Wanneer monosachariden (glucose, xylose, arabinose of fructose) of disachariden (sucrose of maltose) boven een bepaalde drempel worden toegevoegd aan de acetonitril-water oplossing, wordt een significante fasescheiding gezien. Polysachariden hebben niet zulke eigenschappen om fasescheiding te veroorzaken. Andere veelgebruikte organische oplosmiddelen die mengbaar zijn met water (zoals methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol en aceton) hebben niet de eigenschap dat ze door suikers worden geactiveerd en fasescheiding met water veroorzaken. De bovenste fase na de fasescheiding is de acetonitrilrijke fase en de onderste fase is de acetonitrilarme fase. De extractiemethode op basis van dit fenomeen wordt de acetonitril versuikeringsextractiemethode genoemd. 1.3 Lage temperatuur en acetonitril-watersysteem In 1999 rapporteerden Yoshida en zijn collega's een fenomeen waarbij de acetonitril- en waterfase zich scheidden door lage temperatuur. Wanneer de oplossing van acetonitril en water (volumeverhouding: 1:1) gedurende 20 minuten in een omgeving van -20 °C wordt geplaatst, wordt de fasescheiding van acetonitril en water waargenomen. De extractiemethode op basis van dit fenomeen wordt de acetonitril-extractiemethode bij lage temperatuur genoemd. Over het algemeen wordt de temperatuur waarbij de fasescheiding optreedt geregeld van -40 °C tot -40 °C, omdat het smeltpunt van acetonitril -45 °C is. In het experimentele temperatuurbereik is de acetonitrilrijke fase een vloeibare fase, terwijl de waterrijke fase meestal een vaste fase is. Experimenten hebben bevestigd dat de meeste algemene organische oplosmiddelen die mengbaar zijn met water bij kamertemperatuur, niet het vermogen hebben om bij lage temperaturen te faseren. Vergeleken met de andere twee op acetonitril gebaseerde extractiemethoden, vereist de acetonitril-extractiemethode bij lage temperatuur niet de introductie van initiërende reagentia voor de derde fase, zodat het systeem relatief eenvoudig is en geen vervuiling veroorzaakt voor de daaropvolgende scheidings- en analysewerkzaamheden. Bovendien voorkomt extractie bij lage temperatuur ook de chemische veranderingen van temperatuurgevoelige moleculen die worden veroorzaakt door hogere temperaturen, waardoor de analyseresultaten betrouwbaarder worden. 1.4 Hydrofoob oplosmiddel en acetonitril-water Toevoeging van een hydrofoob en mengbaar organisch oplosmiddel (zoals chloroform, dichloormethaan, tolueen) aan het homogene acetonitril-watersysteem kan fasescheiding in het acetonitril-watersysteem veroorzaken. De extractiemethode op basis hiervan wordt de solvent-geïnduceerde faseveranderingsextractie genoemd.

1. Conclusie

"Zijn acetonitril en water onder alle omstandigheden mengbaar?" Deze vraag lijkt heel eenvoudig en de conclusie wordt al lang gegeven in bestaande handboeken. Met de snelle ontwikkeling van de informatietechnologie hebben we echter gemakkelijker toegang tot literatuur en kunnen we de inhoud van onze kennis met de tijd bijwerken.