Trong thí nghiệm chiết caffeine từ dịch trà, một nhóm học sinh pha trà bằng nước nóng, lọc bỏ bã trà thu được 100 mL dịch trà. Chuyển toàn bộ dịch trà vào phễu chiết, thêm 60 mL ethyl acetate, lắc đều khoảng 2 phút rồi để yên. Mở khóa phễu chiết để tách hai lớp chất lỏng. Giả sử khi chất lỏng tách thành hai lớp, nồng độ của caffeine trong ethyl acetate luôn gấp 4 lần nồng độ của caffeine trong nước.
a. Thí nghiệm trên đã sử dụng những phương pháp chiết nào?
b. Sau khi để yên phễu chiết, caffeine phân bố nhiều hơn trong lớp trên hay lớp dưới? Biết khối lượng riêng của ethyl acetate là 0,901 g.mL-1.
c. Tính phần trăm caffeine được chuyển sang dung môi ethyl acetate.
d. Nếu thực hiện 3 lần chiết với 100 mL dịch trà, mỗi lần sử dụng 20 mL ethyl acetate, tính phần trăm caffeine được chuyển sang dung môi hữu cơ sau cả 3 lần chiết. So sánh với kết quả của câu c và cho biết cách chiết nào hiệu quả hơn.
(a) Pha trà bằng nước nóng: chiết lỏng – rắn, trong đó dung môi nước nóng (lỏng) chiết dịch trà từ lá trà (rắn).
Tách caffeine từ dịch trà: chiết lỏng – lỏng, trong đó dung môi ethyl acetate (lỏng) caffeine từ dịch trà (lỏng).
(b) Caffeine phân bố nhiều hơn trong lớp trên vì dung dịch caffeine/CH3COOC2H5 nhẹ hơn dung dịch caffeine/H2O.
(c) Nồng độ caffeine/H2O = x g/mL —> Nồng độ caffeine/CH3COOC2H5 = 4x g/mL
—> Phần trăm caffeine được chuyển sang dung môi ethyl acetate là:
60.4x/(60.4x + 100x) = 70,59%
(d) Lượng caffeine còn lại trong nước sau mỗi lần chiết là 100/(100 + 20.4) = 5/9 lần so với ban đầu.
Sau 3 lần chiết thì lượng caffeine còn lại trong nước là (5/9)³ = 0,17147 lần so với ban đầu.
—> Phần trăm caffeine được chuyển sang dung môi ethyl acetate là (1 – 0,17147)/1 = 82,85% > 70,59%.
Vậy chiết 3 lần, mỗi lần dùng 20 mL hiệu quả hơn chiết 1 lần dùng 60 mL.