Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arten von Extraktion. Die flüssig-flüssig Extraktion und die Feststoffextraktion.
Das Extraktionsverfahren ist im Prinzip bei beiden Extraktions-Arten das gleiche und läuft wie folgt ab.
Man hat ein Gemisch aus 2 nichtmischbaren Flüssigkeiten bzw. ein Feststoffgemisch bei dem ein Stoff an/in einer Komponente anhaftet.
Man nennt dieses Flüssigkeitsgemisch bzw. Feststoffgemisch das Extraktionsgut.
Dem Gemisch wird ein Lösemittel, das Extraktionsmittel, zugegeben welches einen Stoff des Ausgangsgemisches (Extraktionsgut) bevorzugt löst.
Durch kräftiges durchmischen des Extraktionsgutes zusammen mit dem Extraktions-mittel löst das Extraktionsmittel einen Stoff heraus.
Man sagt das Extraktionsmittel ist nun mit Extrakt (herausgelöster Stoff) beladen.
Nun muss das mit Extrakt beladene Extraktionsmittel noch gewonnen werden. Es muss also vom Rest des Gemisches durch ein Trennverfahren
isoliert werden. Ist dies geschehen erhält man die Extraktionslösung (beladenes Extraktionsmittel) und einen
Extraktionsrückstand (das Ausgangsgemisch aus dem der Stoff herausgelöst wurde).
Um eine gleichbleibdende Extraktionsleistung zu gewährleisten muss sollte die Konzentration im Extraktionsmittel möglichst gering gehalten werden.
Denn je kleiner die Konzentration im Extraktionsmittel ist umso mehr ist das bestreben vorhanden oben genanntes Gleichgewicht zu erreichen. Ein Möglichst grosser
Unterschied der Konzentration im Extraktionsmittel und im Extraktionsgut beschleunigt somit den Vorgang der Extraktion.
Des weiteren kann die Geschwindigkeit der Extraktion erhöht werden in dem man die Austauschfläche zwischen Extraktionsmittel und Extraktionsgut vergrössert.
Dies erreicht man bei der Feststoffextraktion durch vorheriges zerkleinern des Extraktionsugtes und bei der flüssig-flüssig- Extraktion durch starkes rühren.
Eine Erhöhung der Temperatur führt ebenfalls zur erhöhung der Extraktionsleistung da ein Lösemittel bei höheren Temperaturen
mehr Sotff aufnehmen kann.
Für jedes Extraktionsgut muss ein passendes Lösemittel gefunden werden. Ein allgemeines und universelles Lösemittel gibt es nicht.
Um ein passendes Lösemittel zu finden müssen entweder Löseversuche durchgeführt werden oder die Eigenschaften des poetentiellen
Lösemittels aus Büchern ermittelt werden. Kennt man die Eigenschaften des potentiellen Lösemittels bzw. des zu lösenden Stoffes
so kann man meistens schon zuvelässige vorraussagen treffen ob sich das Lösemittel für die aktuelle Extraktionsaufgabe eignet.
Unter anderem muss ein Lösmittel für eine Extraktion folgende Eigenschaften haben:
- Es darf nur den gewünschten Stoff aus dem Extraktionsgut herauslösen und andere Bestandteile unberührt lassen.
- Das Lösemittel sollte möglichst grosse Mengen an dem herauszulösenden Stoff aufnehmen können.
- Es sollte mit keinen Stoffen aus dem Extrakionsgut chemisch reagieren.
- Es sollte aus wirtschafliche sein und mit dem Umweltschutz vereinbar sein.
- Der Siedepunkt sollte möglichst gering sein um ein späteres wiedergewinnen des Lösemittels wirtschaftlich bleibt
Bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion muss das Extraktionsmittel zusätzlich noch folgende Eigenschaften aufweisen:
- Es darf sich nicht mit dem flüssigen Extraktionsgut mischen. Es müssen also zwischen Extraktionsgut und Extraktionsmittel 2 Phasen vorliegen.
- Die Dichte des Lösemittels sollte einen möglichst grossen Unterschied zu der Dichte des Extraktionsguts aufweisen, um ein
späteres trennen der beiden Phasen durch absetzen zu ermöglichen.
Mischt man Extraktionsmittel und Extraktionsgut, so wird nicht das gesamte Extrakt aus dem Extraktionsgut herausgelöst. Es bleibt im Extraktionsgut (Ausgangsgemisch) immer ein Rest an Extrakt zurück.
Lässt man Extraktionsgut und Extraktionsmittel zusammen einwirken, so stellt sich nach gewisser Zeit ein Konzentrationsgleichgewicht an Extrakt im Extraktionsgut und Extrakt im Extraktionsmittel ein.
Aus diesem Gleichgewicht lässt sich das Verteilungsgesetz ableiten:
c1/c2 = k
(c1 = Konzentration an Extrakt im Extraktionsmittel)
(c2 = Konzentration an Extrakt im Extraktionsgut)
( k = Verteilungskoeffizient, er ist für jedes Extraktionsmittel/Extraktionsgut - Gemisch verschieden und spezifisch. Er macht
eine Aussage zu den Anteilen an Extrakt die im Extraktionsmittel bzw. Extraktionsgut nach einem Extraktionsschritt enthalten sind.)
Ein Verteilungkoeffizient von z.B. 9 bedeutet das nach einem Extraktionsschritt von 100 kg Extrakt im Ausgangsgemisch nun 90 kg im Extraktionsmittel
gelöst sind (also 9 Teile) und das 10 kg im Extraktionsgut zurückbleiben (also 1 Teil).
Um nun weiteres Extrakt aus dem Extraktionsgut herauslösen zu können muss zuerst das beladene Extraktionsmittel vom Extraktionsgut getrennt werden
um dann wieder in einem zweiten Extraktions-Schritt mit neuem Extraktionsmittel weiteres Extrakt aus dem zum Teil ausgelaugten Extraktionsgut herauszulösen.
Hier wird sich wieder ein ein neues Konzentrationsgleichgewicht einstellen. Dieser Vorgang muss nun so oft wiederholt werden, bis die gewünschte Menge an Extrakt
aus dem Extraktionsmittel herausgelöst wurde.
Da in der Praxis so gut wie nie mit nur einem Extrakionsschritt die gewünschte Menge an Extrakt aus dem
Extraktionsgut herausgelöst wird müssen mehrere nacheinander geschaltete Extarktionsschritte durchgeführt werden.
die effektivste Methode mehrere Extraktionen nacheinander mit dem gleichen Extraktionsgut
durchzuführen ist die Gegenstrommethode.
Bei dieser Methode wird bereits ausgelaugtes Extraktionsgut mit frischem Lösemittel durchmischt. Dieses frische Lösemittel
löst die letzten die noch geringen Anteile an Extrakt des bereits ausgelaugten Extraktionsgutes heraus. Von dort wird das nun leicht beladene Lösemittel
weitergeleitet und wieder mit Extraktionsgut in Berührung gebracht welches etwas höhere Anteile an Extrakt enthält. Somit wird das Lösemittel
weiter beladen, die Aufnahmefähigkeit ist jedoch noch nicht erschöpft. Im letzten Extraktionschritt trifft das nun schon zum grossen Teil
beladene Lösemittel auf frisches Extraktionsgut und sättigt sich hier mit Extrakt.
Durch dieses Verfahren können mit dem selben Lösemittel
mehrere Extraktionsschritte durchgeführt werden, zusätzlich wird gewährleistet das das Lösemittel immer die maximale mögliche
Menge an Extrakt herauslöst.
Bei der flüssig-föüssig-Extraktion liegt das Extraktionsgut als Flüssigkeitsgemisch vor aus dem ein Anteil heraugelöst werden soll.
Zu diesem Zweck wird das Extraktionsgut zuerst mit Extraktionsmittel kräftig gemischt (z.B. schnelles Rühren). Durch dieses
Vermischen liegen das Extraktionsgut und das Extraktionsmittel in feinverteilten Tröpfchen vor. Dies gewährleistet eine grosse Austauschoberfläche
zwischen Lösemittel und Extrakt. Das Extraktionsmittel löst einen Bestandteil des Extraktionsgutes heraus und nimmt es auf. Nach einer gewissen
Zeit ist die Aufnahmefähigkeit des Extraktionsmittels ausgeschöpft. Nun kann das Gemisch (Extraktionslösung und Extraktionsgut) durch absetzen in zwei
Phasen getrennt werden.
Nicht immer löst das Extraktionsmittel nur einen Stoff des Extraktionsgutes. Oft ist es der Fall das auch andere Bestandteile des Extraktionsgutes
sich im Lösemittel lösen. Es stellt sich im Lösemittel also ein Verhöltnis zwischen gut lösbarer Komponente und webiger lösbarer Komponente ein.
Dieses Verhöltnis drückt sich im Verteilungsgesetz der Flüssig-Flüssig Extraktion aus (nach Nernst):
c1 / c2 = k
(c1 = stärker lösbare Komponente)
(c2 = schlecht lösbare Komponente)
(k = dieser Wert gibt an wieviel mal gut löslicher Bestandteil gegenüber von schlechter löslichem Bestanteil sich im Lösemittel löst. Ein Wert von 6 bedeutet also das sich nach einem
Extraktionsschritt 6 mal soviel gut löslicher Bestandteil befindet, als schlecht löslicher Bestandteil enthalten ist.)
Dies ist nur über die Temperatur beeinflussbar.