La extracción en capa fina es un proceso de extracción de líquido reactivo periódico en el tiempo que proporciona una excelente transferencia de masa al tiempo que mantiene la separación de fases. [1] Se realiza a través de un proceso de producción por lotes periódico que controla el tiempo de cada reacción química .
Una pequeña cantidad de un extracto orgánico líquido se extiende, como una capa fina, sobre una matriz hecha de un material microporoso fino cuyas superficies son libremente accesibles desde y hacia el exterior. El extracto se mantiene mediante fuerzas capilares u otras fuerzas. Esta capa se pone en contacto breve, de forma alternada y repetida, con capas finas del líquido donante y del líquido acuoso de desprendimiento. En el paso de extracción, las especies seleccionadas que están presentes en la solución donante se transportan desde la solución acuosa donante a la fase orgánica, donde se produce una reacción. En el paso de desprendimiento, la reacción se invierte y las especies extraídas se desprendieron en la solución acuosa de desprendimiento. De este modo, se generan dos lotes de producto alternativos: un producto refinado y un producto de desprendimiento. Como cada una de las especies a separar se asocia de forma diferente con el huésped, la composición del producto refinado y del producto de desprendimiento se diferencia.
Con una difusividad de masa líquida típica del orden de 10 −9 m 2 /s, [2] el tiempo característico para la difusión a través de una capa de líquido de 20 micrones de espesor es de 0,4 s. Por lo tanto, la delgadez de ambas fases (orgánica y acuosa) provoca una transferencia de masa relativamente "inmediata" de especies huéspedes de una fase a la otra, lo que significa que este proceso tiene una baja resistencia a la transferencia de masa. La baja resistencia a la transferencia de masa permite desacoplar los efectos atribuidos a la transferencia de masa de los efectos atribuidos a las velocidades de reacción; también permite un ciclo relativamente frecuente que ayuda a mitigar la capacidad limitada que se debe a los pequeños lotes de alimentación acuosa procesados dentro de cada ciclo.
Una característica secundaria de la extracción en capa fina surge del modo de operación periódico por lotes. Permite un control preciso en tiempo y espacio sobre elementos pequeños procesados en el curso del proceso, un grado de control que no es posible en ningún otro método de extracción líquido-líquido. Este control es fundamental para permitir la explotación de las diferencias en las velocidades de reacción de las diferentes especies (véase Control de reacción termodinámico versus cinético ) y la "recolección" de especies separadas al principio de las trayectorias de reacción donde las diferencias relativas en concentración son mayores. Esto forma la base para la extracción cinética, reactiva y en capa fina. [3]
El extractante, incluido el huésped, debe ser sustancialmente insoluble en las soluciones acuosas procesadas para evitar que se elimine por lavado. Sin embargo, la diferencia de densidad entre las fases inmiscibles , que desempeña un papel importante en la extracción líquido-líquido convencional, es irrelevante en la extracción en capa fina.
Cuando es necesaria la separación de dos compuestos estrechamente relacionados mediante extracción líquido-líquido, la sabiduría convencional indica que se debe encontrar un extractante selectivo que discierna entre los dos asociando cada uno a diferentes composiciones de equilibrio.
La extracción en capa fina se recomienda para la separación de productos de alto valor que se producen en volúmenes moderados (por ejemplo, la separación de moléculas quirales [4] [5] ).
La extracción de capa fina se utiliza en equipos especializados operados como robots que consisten en:
Una celda de extracción de capa fina consta de una sección de la matriz que se expone alternativamente a la solución donante y luego a la solución de extracción. Cada celda acepta dos lotes de alimentación acuosa alternados y genera dos lotes alternados correspondientes de los productos.
En el funcionamiento en múltiples etapas, un tren de celdas funciona de manera sincrónica y los productos de una celda se dirigen como alimentación a una celda siguiente, anterior o posterior.
El equipo de extracción de capa fina de múltiples etapas es escalable linealmente, lo que permite que los resultados obtenidos en dispositivos de laboratorio de sobremesa se puedan ampliar directamente a plantas de producción a gran escala.