薄層抽出

薄層抽出は、相分離を維持しながら優れた物質移動を提供する時間周期反応液体抽出プロセスです。 ^{[1]これは、各}化学反応の時間を制御する周期的なバッチ生産プロセスによって実行されます。

少量の液体有機抽出物を、表面に外部から自由にアクセスできる薄い微多孔性材料でできたマトリックス上に薄い層として広げます。抽出物は毛細管力またはその他の力によって保持されます。この層は、ドナーおよびストリップ水性液体の薄い層と交互に繰り返し短時間接触します。抽出ステップでは、ドナー溶液中に存在する選択された種がドナー水溶液から有機相に運ばれ、そこで反応が起こります。ストリップステップでは、反応が逆転し、抽出された種がストリップ水性溶液にストリップされます。このようにして、ラフィネートおよびストリップ製品の 2 つの代替製品バッチが生成されます。分離される各種はホストと異なる方法で結合するため、ラフィネートおよびストリップ製品の組成は異なります。

^{一般的な液体の物質拡散率は 10 −9} m ² /s程度で、 ^[2] 20 ミクロンの厚さの液体層を拡散するのに必要な時間は 0.4 秒です。したがって、両相 (有機相と水性相) が薄いため、ゲスト種は 1 つの相から他の相へ比較的「即時に」物質移動します。つまり、このプロセスでは物質移動抵抗が低くなります。物質移動抵抗が低いため、物質移動に起因する効果と反応速度に起因する効果を切り離すことができます。また、比較的頻繁なサイクルが可能になり、各サイクルで処理される水性原料のバッチが小さいために生じる容量の制限を緩和するのに役立ちます。

薄層抽出のもう 1 つの特徴は、バッチ周期モードの操作から生じます。このモードでは、プロセス中に処理される小さな要素を時間と空間で正確に制御できます。これは、他の液液抽出法では不可能なレベルの制御です。この制御は、異なる種の反応速度の違い (熱力学的反応制御と速度論的反応制御を参照) を利用し、反応経路の早い段階で、相対的な濃度差が最大になる分離種を「収穫」することを可能にします。これが、速度論的、反応性、薄層抽出の基礎となります。^[3]

抽出剤は、ホストも含めて、処理された水溶液に実質的に不溶性でなければ洗い流されてしまうことがありません。しかし、従来の液液抽出では重要な役割を果たす不混和相間の密度の差は、薄層抽出では無関係です。

液液抽出によって 2 つの密接に関連した化合物を分離する必要がある場合、従来の考え方では、それぞれを異なる平衡組成に関連付けることで 2 つを識別する選択的抽出剤を見つける必要があるとされています。

薄層抽出は、中程度の量で生産される高価値製品の分離（例えば、キラル分子の分離^{[4] [5]}）に推奨されます。

薄層抽出は、以下のもので構成されるロボットとして操作される特殊な装置で使用されます。

• カートリッジは、抽出剤相と互換性があり、外部からアクセス可能な、透過性で開放されたマクロ多孔性マトリックスで構成されています。交換可能なマイクロ多孔性マトリックスは、最初に抽出剤で湿らされ、マクロ細孔を塞ぐことなく、その表面に薄い液体層が露出します。
• ドナー溶液とストリップ溶液の小バッチを交互に供給し、制御された時間、定義されたマトリックスセクションに含まれる薄い抽出剤層を薄い層として覆い、その後、生成物溶液を収集する手段。 1 つの方法は、ドナー溶液とストリップ溶液に交互にさらされるように、定期的に位置を交換するマトリックスのセクションに溶液をスプレーすることです。
• 次に、水層をマトリックスから振り落とし、2 つの異なる製品として収集します。2 番目の方法は、制御された速度で空気圧ポンプで送り、ドナー溶液とストリップ溶液を交互に少量ずつマイクロポーラス キャピラリーの束に通します。この 2 番目の方法では、段階数をプログラムできますが、有機と水性の比率 (O/W) を変更することはできません。
• プログラム可能な制御システム。

薄層抽出セルは、ドナー溶液とストリップ溶液に交互にさらされるマトリックスのセクションで構成されています。各セルは、交互に 2 つの水性フィード バッチを受け入れ、対応する交互に 2 つの製品バッチを生成します。

多段操作では、一連のセルが同期して操作され、1 つのセルからの製品が次の上流または下流のセルにフィードとして送られます。

多段薄層抽出装置は直線的に拡張可能であり、卓上実験装置で得られた結果を本格的な生産プラントに直接拡張できます。