izolacja olejków eterycznych

Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
IZOLOWANIE OLEJKÓW ETERYCZNYCH Z MATERIAŁU ROŚLINNEGO
Destylacja
Destylacja polega na przemianie substancji w stan pary i następnym jej skropleniu w innym już miejscu po przeprowadzeniu przez
aparaturę chłodzącą. Podstawowym warunkiem zastosowania tej metody jest możliwość przejścia oczyszczanej substancji w stan
pary bez jednoczesnego rozkładu. I tak, destylację pod zwykłym ciśnieniem stosuje się wyłącznie do substancji o niewielkich
cząsteczkach, których temperatura wrzenia leży poniżej 2000C. Dla substancji wysokowrzących stosuje się destylację pod
zmniejszonym ciśnieniem. Substancje stałe destyluje się z reguły pod zmniejszonym ciśnieniem lub z parą wodną. Temperatura
wrzenia jest, jak wiadomo, temperaturą, w której prężność pary substancji osiąga wartość ciśnienia atmosferycznego. Zmiana
temperatury wrzenia w toku destylacji dowodzi, że substancja nie jest czysta i mamy do czynienia z mniej lub bardziej złożoną
mieszaniną.
Destylacja z parą wodną jest wygodną metodą oczyszczania substancji stałych i ciekłych nie mieszających się z wodą , lotnych zaś
z parą wodną, tzn. wykazujących w temperaturze bliskiej 100°C dość znaczną prężność pary (co najmniej 6,5-13 hPa). Ponieważ
woda i destylowany składnik A nie mieszają się ze sobą, ogólna prężność par, zgodnie z prawem Daltona, jest sumą prężności
cząstkowych.
𝐏 = 𝐏𝐖 + 𝐏𝐀
Ponieważ ciecz zaczyna wrzeć, gdy prężność jej par osiągnie wartość ciśnienia atmosferycznego panującego w danej chwili, przeto
prężność par rozważanej mieszaniny osiąga wartość ciśnienia atmosferycznego w temperaturze niższej od temperatury wrzenia
każdego z jej składników.
Z tego wynika, że dopóki istnieją obie fazy ciekłe, destylat będzie miał stały skład, a temperatura wrzenia będzie niższa niż każdego
ze składników osobno. Stosuje się więc tę metodę do destylacji cieczy lub ciał stałych (niskotopliwych) o wysokich temperaturach
wrzenia lub do wydzielania lotnego z parą wodną składnika ze złożonych mieszanin. Przykładem takiego zastosowania może być
wyodrębnianie olejków eterycznych z materiałów roślinnych.
Destylacja z parą wodną pozwala ponadto w łatwy sposób:
- oddzielić produkt od nielotnych produktów smolistych.
- wydzielić związek organiczny z wodnych roztworów soli nieorganicznych.
- oddzielić wiele substancji organicznych lotnych z para wodną od związków organicznych nielotnych z para wodną.
Jeśli destyluje się z parą wodną znaczne ilości substancji, to parę wodną wytwarza
się i doprowadza do układu z kociołka z podgrzewaną wodą (patrz rysunek obok),
natomiast przy niewielkiej ilości destylowanej substancji wystarczy dodać do kolby
z destylowaną substancją wystarczającą ilość wody i energicznie ogrzewając,
prowadzić destylację poprzez łapacz kropel, co przedstawiono poniżej po prawej
stronie Minusem destylacji z parą wodną jest konieczność oddzielenia właściwego
destylatu od wody, co w przypadku ciał stałych jest proste (odsączenie i
wysuszenie) natomiast w przypadku cieczy wymaga dość pracochłonnej ekstrakcji.
Zestaw aparatury do destylacji z parą wodną przedstawiono na rysunku obok.
1 - wytwornica pary wodnej, 2 - chłodnica, 3 - kolba destylacyjna, 4 - przedłużacz,
5 - odbieralnik, 6 - rurka bezpieczeństwa.
Inny wariant destylacji próbki surowca z wodą przeprowadza się w aparacie
Derynga o zamkniętym obiegu wody. Wydzielony olejek zbiera się na powierzchni
wody w odbieralniku. Aparat składa się z kolby szklanej i części zasadniczej. Część zasadnicza to kolumna
destylacyjna, chłodnica i odbieralnik, który przez trójdrożny kurek i rurkę przepływową łączy się z kolumną
destylacyjną tworząc zamknięty obieg wody. Kolumna zawęża rurkę i ta rurka kondensacyjna przechodzi
poniżej chłodnicy w część kalibrowaną, stanowiącą odbieralnik. Górna, szersza część odbieralnika jest
opatrzona podziałką co 0,1 ml, dolna, zwężona natomiast jest skalibrowana co 0,01 ml. Rurka odbieralnika
zakończona jest trójdrożnym kurkiem, który z jednej strony łączy się z rurką przepływową, prowadzącą do
kolumny destylacyjnej, a z drugiej strony ma krótką rurkę odpływową. Po zakończeniu oznaczenia resztki
olejku usuwa się przepłukując aparat gorącą wodą, następnie etanolem lub acetonem.
Schemat aparatu Derynga przedstawiono na rysunku obok.
Ekstrakcja
Ekstrakcja (z łaciny: extraho = wyciągam) jest to metoda wyodrębniania z mieszaniny ciał stałych lub cieczy
jakiegoś składnika przy pomocy rozpuszczalnika tak dobranego, aby rozpuszczał przede wszystkim żądany
związek. Chemicy stosują tę metodę do otrzymania związków naturalnych z materiału roślinnego (liści, kory
itp.). Wszyscy korzystamy z tej metody np. przy parzeniu kawy. W syntezie organicznej produkt reakcji
otrzymywany jest często wraz z innymi związkami w postaci roztworu lub zawiesiny w wodzie. Podczas
wytrząsania takiej mieszaniny z nie mieszającym się z wodą rozpuszczalnikiem, produkt reakcji ulega
ekstrakcji i może być następnie odzyskany przez odparowanie rozpuszczalnika. Ekstrakcja związku z jednej
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
IZOLOWANIE OLEJKÓW ETERYCZNYCH Z MATERIAŁU ROŚLINNEGO
fazy ciekłej do drugiej jest procesem ustalania się równowagi zależnym od rozpuszczalności związku w obu rozpuszczalnikach.
Stosunek stężenia w jednym rozpuszczalniku do stężenia w drugim nosi nazwę współczynnika podziału i jest wielkością stałą w
danej temperaturze, charakterystyczną dla danej substancji i określonej pary rozpuszczalników (prawo Nernsta).
𝐶𝐴
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑠 = 𝐾
𝐶𝐵
gdzie: CA i CB stanowią stężenia substancji w rozpuszczalnikach A i B; K – współczynnik podziału
Można przyjąć, że w przybliżeniu współczynnik podziału jest równy stosunkowi rozpuszczalności danej substancji w obu
rozpuszczalnikach. Związki organiczne są zwykle lepiej rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych niż w wodzie i dlatego
mogą one być ekstrahowane z roztworów wodnych.
Jeżeli substancja rozpuszczona ulega w którejkolwiek z faz reakcjom chemicznym, takim jak asocjacja, dysocjacja, hydroliza czy
solwatacja (czyli zmienia się jej stężenie) wyznaczenie współczynnika podziału jest trudne. Z tych samych przyczyn, w większości
układów prawo podziału nie jest spełniane. Dlatego w praktyce wyznaczamy globalny, stechiometryczny rozdział interesującego
nas składnika pomiędzy fazy (na który ma wpływ współoddziaływanie rozdzielanej substancji z innymi składnikami), zwany
współczynnikiem ekstrakcji D.
∑𝐶2
𝐷=
∑𝐶1
gdzie: C1 i C2 - całkowite stężenie substancji w fazie 2 i fazie 1.
Współczynnik ekstrakcji jest wielkością zależną od stężenia (nieliniowa izoterma podziału) ponieważ równowaga asocjacji i
dysocjacji poważnie wpływa na podział. Można zapobiec nieliniowej izotermie podziału stosując odpowiednio dobraną parę
rozpuszczalników, które utrzymywałyby stały stosunek zasocjowanych lub zdysocjowanych cząsteczek do cząsteczek pojedynczych
lub niezdysocjowanych. Gdy ekstrahowana substancja nie podlega żadnym reakcjom w obydwu fazach, współczynnik ekstrakcji D
jest równy współczynnikowi podziału K.
Ekstrakcja periodyczna (nieciągła) – polega na rozdziale substancji pomiędzy dwa nie mieszające się rozpuszczalniki, przez
wytrząsanie obu warstw ciekłych, aż do osiągnięcia stanu równowagi pomiędzy stężeniami rozdzielanej substancji w obu
rozpuszczalnikach. Do ekstrakcji i rozdzielania warstw nie mieszających się ze sobą cieczy używa się rozdzielaczy. Do ekstrakcji
roztworów wodnych używa się rozpuszczalników o mniejszej gęstości (np. eter dietylowy) lub większej gęstości niż woda (np.
chloroform lub chlorek metylenu) Dla uzyskania jak najpełniejszej ekstrakcji przy określonej ilości rozpuszczalnika powinno
stosować się możliwie małe ilości rozpuszczalnika tworzącego fazę 2, a operację ekstrakcji powtarzać wielokrotnie. Przy
wielokrotnym wytrząsaniu mniejszymi porcjami rozpuszczalnika uzyskuje się o wiele lepszy rozdział rozpuszczonej substancji niż
przy jednorazowej ekstrakcji taką samą ilością rozpuszczalnika.
Ekstrakcja ciągła - technikę ekstrakcji ciągłej stosuje się w przypadku układów o małych współczynnikach ekstrakcji. Zastosowanie
w tym przypadku ekstrakcji nieciągłej wymagałoby użycia dużych ilości rozpuszczalnika. Istotną wadą tego sposobu ekstrakcji jest
bardzo duże zużycie ekstrahenta i odpowiednio małe średnie stężenie ekstraktu, stanowiącego mieszaninę cieczy ze stopniowo
zmniejszającym się stężeniem substancji ekstrahowanej. Utrudnia to regenerację ekstrahenta i wydzielenie usuwanej z surówki
ekstrakcyjnej substancji.
Ekstrakcję w układzie ciało stałe-ciecz przeprowadza się kiedy trzeba wyekstrahować z ciała stałego jego składnik rozpuszczalny w
jakimś rozpuszczalniku. Ten typ ekstrakcji nazywa się ługowaniem. Ekstrakcja ciało stałe-ciecz jest podstawowym procesem do
wyodrębniania związków organicznych z surowców roślinnych. Polega ona na wybiórczym rozpuszczaniu substancji znajdującej się
w stałej próbce. W takiej sytuacji przenoszenie substancji do roztworu zależy głównie od rozpuszczalności substancji w danym
rozpuszczalniku.
W większości przypadków ekstrakcja z ciał stałych jest operacją wymagającą znacznych ilości czasu, dlatego najbardziej korzystny
jest ciągły sposób jej realizacji. Najczęściej stosowanym aparatem do ekstrakcji w układzie ciało stałe-ciecz jest aparat Soxhleta.
Otrzymywanie ekstraktów roślinnych
W ostatnich latach obserwuje się rosnącą liczbę nowych produktów kosmetycznych, w których podstawowymi składnikami
aktywnymi są substancje pochodzenia roślinnego. Ich zastosowanie w kosmetyce pielęgnacyjnej zmierza w dwu kierunkach.
Pierwszy z nich to wykorzystanie ich właściwości jako substancji aktywnych wpływających na stan, wygląd i zdrowie skóry. Drugi
to oddziaływanie na ogólny stan psychiczny i pośrednio fizyczny człowieka. Poza samymi roślinami (ziołami, owocami, liśćmi,
korzeniami) stosowanymi w stanie naturalnym, lub w formie rozdrobnionej, już od czasów prehistorycznych wytwarzano produkty
kosmetyczne w formie wydzielanych z roślin ich składników. Charakter preparatów roślinnych jak również metody wydzielania
pozwalają na próbę dokonania podziału na kilka grup, różniących się składem i przeznaczeniem.
Do najstarszych należą niewątpliwie oleje roślinne stosowane zarówno do celów spożywczych jak i pielęgnacyjnych. Generalnie
oleje otrzymuje się z roślin przez wytłaczanie, ale również spotyka się oleje otrzymywane metodą ekstrakcji. Liczba stosowanych
w kosmetyce olejów roślinnych rośnie bardzo szybko. Pestki wszystkich powszechnie znanych owoców, wszystkie nasiona i
dziesiątki innych materiałów roślinnych są wytłaczane lub ekstrahowane w celu uzyskania tłuszczów o coraz ciekawszych
właściwościach kosmetycznych.
Druga grupa preparatów to olejki eteryczne i różnorodne ekstrakty. Warto tutaj wyjaśnić różnice między wyżej wymienionymi
terminami:
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
IZOLOWANIE OLEJKÓW ETERYCZNYCH Z MATERIAŁU ROŚLINNEGO
-
-
-
olejki eteryczne to mieszaniny lotnych substancji (zapachowych i biologicznie czynnych) otrzymywanych przez destylację
surowca roślinnego z para wodną lub przez wyciskanie (np. skórki owoców cytrusowych). Takie produkty nie mogą zawierać
żadnych innych składników niż te, które pochodzą z surowca. Podobne składniki można otrzymać metodą podwójnej ekstrakcji
(rozpuszczalnikiem organicznym niepolarnym i po jego usunięciu z otrzymanego konkretu rozpuszczalnikiem polarnym
najczęściej etanolem), która daje produkt zwany absolutem. Ten zazwyczaj zawiera resztki rozpuszczalników używanych w
procesie, a często w celu poprawienia konsystencji dodany na końcu procesu rozpuszczalnik organiczny.
ekstraktem najpowszechniej nazywa się produkt otrzymany poprzez wymywanie pożądanych składników z surowca
roślinnego przy pomocy rozpuszczalnika, na ogół organicznego, a następnie usunięciu rozpuszczalnika. W niektórych
przypadkach dla uzyskania odpowiedniej konsystencji pozostawia się część rozpuszczalnika. Konsystencja zależy od
charakteru ekstrahowanych składników (i ilości pozostawionego rozpuszczalnika) może być płynna, półpłynna lub stała
(ekstrakty suche).
wyciągi natomiast to ekstrakty, w których pozostawiono cały lub większość rozpuszczalnika użytego do ekstrakcji. Najczęściej
dotyczy to ekstraktów wodnych, alkoholowych lub alkoholowo-wodnych, ale także glicerynowych, glikolowych, olejowych.
Budowa i występowanie olejków eterycznych
W naszym klimacie olejki eteryczne najczęściej pozyskuje sie z roślin należących do następujących rodzin:
baldaszkowatych (Umbelliferae),
- krzyżowych (Cruciferae),
- liliowatych (Liliaceae),
- różowatych (Rosceae),
- wargowych (Labiatae),
- złożonych (Compositae).
Olejki wytwarzane są w wyspecjalizowanych tkankach wydzielniczych. W komórce powstają tylko w cytoplazmie przy udziale
struktur Golgiego i retikulum endoplazmatycznego. Są one uważane za końcowe produkty przemiany materii. Gęstość właściwa
większości olejków jest mniejsza niż wody. W temperaturze pokojowej olejki maja zwykle konsystencje płynna, rzadziej mazista, a
wyjątkowo zestalają sie (olejek anyżowy). Najczęściej są bezbarwne, ale mogą być lekko _żółte, brunatnawe, błękitne i zielone.
Bardzo słabo rozpuszczają sie w wodzie, natomiast stosunkowo łatwo rozpuszczają sie w tłuszczach, rozpuszczalnikach
organicznych oraz innych olejkach eterycznych. Olejki są optycznie czynne - prawo- i lewoskrętne. Temperatury wrzenia mieszczą
sie zwykle w przedziale 150-3000C. W temperaturze poniżej 00C niektóre olejki eteryczne wydzielają związki stałe, najczęściej w
postaci krystalicznej, które zwane są stearoptenami. Na przykład z olejku miętowego uzyskuje sie w ten sposób mentol, z olejku
anyżowego - anetol, z kamforowego - kamforę.
Jeden olejek przeważnie składa sie z kilkudziesięciu związków o różnym stężeniu, pochodzeniu i charakterze biogenetycznym.
Najważniejsze składniki olejków eterycznych należą do związków terpenowych i ich pochodnych. W ich składzie można ponadto
spotkać inne niż terpeny substancje zapachowe, np.
- estry (octan linalilu),
- alkohole (benzylowy, fenylowy),
- aldehydy (cynamonowy, benzoesowy),
- ketony (iron),
- fenole (tymol),
- etery (anetol, eugenol),
- węglowodory,
- kumaryny,
- kwasy organiczne.
Skład olejku zależy też od części rośliny, z których jest otrzymywany. W przypadku drzewa cynamonowego, głównym składnikiem
olejku eterycznego zawartego w liściach jest eugenol, podczas gdy w olejku z kory dominuje aldehyd cynamonowy.
Występowanie
Skórka cytryny
Igły jodły pospolitej
Skórka pomarańczy
słodkiej
Charakterystyka niektórych olejków eterycznych
Zapach
Główny składnik
Aktywność aromatoterapeutyczna
cytrynowy
D-limonen, cytral
bakteriobójcza
balsamiczny
pinen, limonen
infekcje górnych dróg oddechowych
pomarańczowy nerol, limonen
antydepresyjna, lekko uspokajająca
Ziele mięty pieprzowej
miętowy
mentol, menton
antyseptyczna, łagodząca, stymulująca trawienie,
znieczulająca
Nasiona kminku
kminkowy
karwon, limonen
łagodząca
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
IZOLOWANIE OLEJKÓW ETERYCZNYCH Z MATERIAŁU ROŚLINNEGO
Płatki kwiatów róży
damasceńskiej
różany
geraniol, cytronelol,
alkohol
fenyloetylowy
stymulująca, afrodyzjalna, antyinfekcyjna
Igły sosny
żywiczny
pinen, kareny,kadiden
antyseptyczna, immunostymulująca
Nasiona lawendy
lawendowy
octan linalilu, geraniol
stymulująca, uspokajająca, antyseptyczna,
przeciwgrzybicza, przeciwbólowa
Liście eukaliptusa
orzeźwiający
eukaliptol, cyneol, pinen,
kamfen
przeciwbakteryjna, przeciwwirusowa, łagodząca,
pobudzająca, przeciwbólowa
Ziele szałwi
gorzko ziołowy
β-tujon, pinen, salwen,
kamfen, borneol
stymulująca, łagodząca depresje, ułatwiająca
oddychanie
Ziele tymianku
tymolowy
tymol
immunostymulująca, pobudzająca
Związki terpenowe
Terpenami nazywamy naturalne węglowodory pochodzenia głównie roślinnego o ogólnym wzorze (C5H8)n, będące oligomerami
izoprenu (2-metylobuta-1,3-dienu). W zależności od stopnia polimeryzacji n (n – liczba jednostek izoprenowych), wyróżnia się:
- hemiterpeny, n=1,
- monoterpeny (terpeny), C10H16, n=2,
- seskwiterpeny, C15H24, n=3,
- diterpeny, C20H32, n=4,
- sesterterpeny, C25H40, n=5,
- triterpeny, C30H48, n=6,
- tetraterpeny, C40H64, n=8,
- politerpeny, n>8
Hemiterpeny
- kwas metyloetylooctowy z olejku arcydzięglowego
- kwas izowalerianowy z olejku walerianowego
- alkohol izoamylowy z olejku miętowego
- prenol z olejku kopru włoskiego
cytronelol
Monoterpeny
W olejkach monoterpeny stanowią najliczniejsza grupę związków. Są one bardzo lotne i maja intensywny zapach. Związki te
charakteryzują sie dużą różnorodnością struktur związanych z możliwością cyklizacji, obecności podwójnych wiązań, izomerii
strukturalnej i optycznej. Ze względu na budowę monoterpeny oraz ich pochodne (najczęściej tlenowe), czyli monoterpenoidy,
można podzielić na niecykliczne, jednopierścieniowe, i dwupierścieniowe. Ze względu na stopień utlenienia w wymienionych
monoterpenach i monoterpenoidach można wyróżnić węglowodory, alkohole, aldehydy, ketony, kwasy, estry i tlenki.
Monoterpeny acykliczne
- cytronelol – olejek różany i pelargoniowy
- geraniol – olejek różany, pelargoniowy i cytrynowy
Monoterpeny jednopierścieniowe
- limonen - olejek pomarańczowy, cytrynowy, kminkowy, świerkowy, jodłowy
- α-terpinen – składnik olejku kolendrowego i pomarańczowego
- mentol – składnik olejku mięty pieprzowej
Monoterpeny dwupierścieniowe
Stanowią jedną z najbardziej zróżnicowanych grup terpenoidów i dzielą się pod względem
budowy szkieletu węglowego na siedem głównych grup. Najważniejsze to:
- grupa tujanu - α-tujon – olejek tujowy i ziele piołunu
- grupa karanu – 3-karen – olejek sosnowy
- grupa pinenu – kamfora – olejek kamforowy
α-tujon
Seskwiterpeny
Stanowią dużą grupę związków. Są gęstymi lepkimi cieczami lub substancjami stałymi, wrzącymi powyżej 2500C, nie rozpuszczają
sie w wodzie, natomiast łatwo ulęgają rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach organicznych. Większość z nich jest trudno lotna lub
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
IZOLOWANIE OLEJKÓW ETERYCZNYCH Z MATERIAŁU ROŚLINNEGO
nielotna. Możemy wśród nich wyróżnić związki acykliczne, monocykliczne, dwucykliczne i trójcykliczne. Przykłady seskwiterpenów
to:
- farnezol – składnik olejku konwaliowego, lipowego, muszkatołowego, akacjowego
- bisabolen - z olejku bergamotowego oraz roślin cytrusowych
- kadiden – olejek sosnowy.
ZWIAZKI AROMATYCZNE wchodzące w skład olejków eterycznych to węglowodory aromatyczne i ich pochodne, fenole i ich
pochodne oraz heterocykliczne pochodne związków aromatycznych. Bardzo często są one syntetyzowane z jednostek
izoprenoidowych (tak jak terpenoidy) a nie w przemianach pierścienia aromatycznego.
- węglowodory aromatyczne - na uwagę zasługują tutaj alkohol i aldehyd kuminowy, istotne składniki olejku otrzymywanego z
kminu rzymskiego, aldehyd anyżowy oraz główne składniki olejku cynamonowego (alkohol, aldehyd i kwas cynamonowy).
- fenole i ich pochodne - przykładem fenoli jednowodorotlenowych są anetol oraz estragol składniki olejku estragonowego a
także tymol składnik olejku tymiankowego. Do fenoli dwuwodorotlenowych należy eugenol – składnik ziela angielskiego i liści
laurowych.
Chromatografia cienkowarstwowa TCL
Różne techniki chromatograficzne wykorzystują dwa zjawiska: podziału substancji między dwie różne fazy ciekłe – obowiązuje tu
prawo podziału Nernsta i adsorpcji substancji na nośniku, czyli fazie stałej. Znana od kilkudziesięciu lat chromatografia
cienkowarstwowa – TLC (z angielskiego: thin layer chromatography) – łączy w sobie obydwa te zjawiska, gdyż polega ona na
poruszaniu się substancji organicznych z różną prędkością wraz z ruchomą fazą ciekłą przez cienką warstwę stałego adsorbenta
naniesionego na płytkę szklaną, blaszkę aluminiową lub podłoże plastikowe. Towarzyszą temu procesy adsorpcji i desorpcji oraz
podział między ciekłą fazę organiczną i wodę, która w niewielkich ilościach znajduje się na nośniku. Różnicowanie nośników (np.
tlenek glinu, żel krzemionkowy, celuloza) oraz rozpuszczalników (lub ich kombinacji), czyli tzw. układów rozwijających, pozwala na
rozdział mieszanin związków oraz ich identyfikację. Sposób postępowania w analitycznej chromatografii cienkowarstwowej jest
prosty. Polega on na naniesieniu kapilarą roztworów badanych substancji na płytki pokryte adsorbentem w odległości około 1 cm
od brzegu płytki, którą następnie zanurza się tym końcem w niewielkiej ilości rozpuszczalnika umieszczonego w zamykanej
komorze rozwijającej, której ścianki wyłożone są bibułą. Wznoszący się rozpuszczalnik rozwija chromatogram. W momencie kiedy
czoło rozpuszczalnika osiągnie zaznaczoną wcześniej na płytce linię mety, wyjmuje się płytkę z komory, suszy ją i analizuje
chromatogram. Jeśli rozdział dotyczy substancji barwnych, ich plamki na chromatogramie są łatwo dostrzegalne. W przypadku
substancji bezbarwnych, plamki chromatogramu wywołuje się np. przez spryskiwanie płytki substancjami dającymi ze związkami
badanymi reakcje barwne (np. kwasem siarkowym(VI)), przez umieszczenie płytki w komorze wypełnionej parami jodu, które
zabarwiają plamki lub obserwację płytek w świetle ultrafioletowym wywołującym fluorescencję. Poniższy rysunek przedstawia
kolejne etapy wykonywania chromatogramu.
Substancje
naniesione
na płytkę
Rozwijanie
chromatogramu
Chromatogram
rozwinięty
Wielkością charakteryzującą przesuwanie się badanej substancji w systemie adsorbent – układ rozwijający, czyli położenie plamki
na chromatogramie, jest współczynnik Rf definiowany następująco:
𝒅𝒓𝒐𝒈𝒂 𝒑𝒓𝒛𝒆𝒃𝒚𝒕𝒂 𝒑𝒓𝒛𝒆𝒛 𝒔𝒖𝒃𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒋ę
𝑹𝒇 =
𝒅𝒓𝒐𝒈𝒂 𝒑𝒓𝒛𝒆𝒃𝒚𝒕𝒂 𝒑𝒓𝒛𝒆𝒛 𝒓𝒐𝒛𝒑𝒖𝒔𝒛𝒄𝒛𝒂𝒍𝒏𝒊𝒌
Poniższy rysunek przedstawia sposób obliczania współczynnika R f dla dwóch substancji. Po prawej stronie przedstawiony jest
nieprawidłowo wykonany chromatogram, gdy stężenie substancji naniesionej na płytkę było zbyt wysokie. W tej sytuacji
niemożliwe jest wyliczenie współczynników Rf.
W przypadkach skrajnych Rf może być równy 0 – oznacza to, że substancja jest całkowicie adsorbowana i pozostaje na starcie, lub
Rf może być równy 1, co oznacza, że substancja nie jest adsorbowana, porusza się z czołem rozpuszczalnika. W praktyce
analitycznej należy unikać takich skrajności. Na współczynnik Rf mają wpływ: rodzaj, aktywność i struktura adsorbentów, układy
rozwijające, nasycenie komory oraz temperatura. Korzyści, które płyną z zastosowania chromatografii cienkowarstwowej, a więc
np. ostrość rozdziału, duża czułość i szybkość tej techniki, powodują, że znajduje ona szerokie zastosowanie w praktyce
laboratoryjnej.
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
IZOLOWANIE OLEJKÓW ETERYCZNYCH Z MATERIAŁU ROŚLINNEGO
czoło rozpuszczalnika
substancja 1
substancja 2
𝑹𝒇𝟏 =
𝑹𝒇𝟐 =
𝒅𝟏
𝒇
𝒅𝟐
𝒇
Nieprawidłowo
wykonany
chromatogram
start
Wykonanie ćwiczenia.
1. Otrzymywanie olejków eterycznych metodą destylacji z parą wodną
1.1. Zestawić aparaturę (aparat Derynga).
1.2. Do kolby o pojemności 500 cm3 wsypać rozdrobniony i uprzednio zważony materiał roślinny Dokładnie odważyć próbkę
surowca (skórka pomarańczy lub cytryny, melisa, lawenda, mięta, płatki kwiatów) 50-100g i natychmiast umieścić w kolbie o
pojemności 500 cm3. Całość zalać wodą destylowaną w ilości 50-100 ml.
1.3. Kolbę połączyć z aparatem Derynga, napełnić odbieralnik wodą, włączyć chłodzenie i ogrzewać 1-2 godziny.
1.4. Po zakończeniu destylacji chłodzenie wyłączyć, olejek sprowadzić na mikroskali i odczytać otrzymany wynik.
1.5. Odczytana ilość olejku przeliczyć na 100 gramów surowca roślinnego.
1.6. Rozmontować aparaturę i umyć szkło.
1.7. Uzyskany olejek eteryczny zlać delikatnie do probówki.
2. Określanie czystości uzyskanego olejku
2.1. Dokonać pomiaru współczynnika refrakcji (n20D) w refraktometrze PAL-BR/RI.
Kalibrację refraktometru wykonujemy wodą destylowaną. Niewielką ilość wody (ok. 0,3ml) nanosimy na okienko pomiarowe
i naciskamy przycisk START – urządzenie powinno wskazać 0,0%, jeżeli nie naciskamy przycisk ZERO. Po kalibracji wodę
usuwamy bibułą. Następnie nanosimy badaną próbę: krótkie naciśnięcie przycisku START - pomiar w skali %Brix, 2 sekundowe
przytrzymanie przycisku START – pomiar w współczynnika refrakcji n20D. Wyłączenie urządzenia – przytrzymanie przycisku
START 4s. Po wykonaniu pomiaru urządzenie dobrze przemyć wodą destylowaną i osuszyć bibułą.
2.2. Wykonanie chromatografii cienkowarstwowej uzyskanego olejku
Dla uzyskanego olejku wykonać chromatografię cienkowarstwową. Na otrzymanej od prowadzącego płytce zaznaczyć
ołówkiem linię startu i mety. Na linię startu nanieść 10µl uzyskanego olejku oraz wzorca (otrzymanego od prowadzącego),
wysuszyć i rozwijać w mieszaninie chloroform: benzen (3: 1). Położenie plamek zaobserwować pod lampą UV i zaznaczyć na
płytce ołówkiem. Zmierzyć linijka drogę przebytą przez rozpuszczalnik, olejek i otrzymany wzorzec.
3. Opracowanie wyników
- Przedstawić opis doświadczenia w zeszycie wraz z rysunkiem aparatu Derynga i z charakterystyką otrzymanego materiału
roślinnego.
- Podać ilość wydzielonego podczas destylacji olejku eterycznego w przeliczeniu na 100 g materiału roślinnego i jego
współczynnik refrakcji.
- Przerysować do zeszytu płytkę chromatograficzną. Obliczyć i porównać współczynniki R f dla otrzymanego olejku i wzorca.
4.
Materiały do ćwiczeń, które zapewnia student !!!!
Materiał roślinny do otrzymywania olejku: skórka pomarańczy lub cytryny, melisa, lawenda, mięta, płatki kwiatów
5.
-
Literatura
Koźmińska-Kubarska A., Zarys kosmetyki lekarskiej, PZWL, 1978.
Fengier W., Szeląg P., Chemia kosmetyczna, 1998.
Arct J., O kosmetykach, WTN, 1987.
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba