Ken je glaswerk: de Soxhlet

De chemicus Franz von Soxhlet (1848–1926)

Niets zo heerlijk als een obscuur stuk glaswerk. Vandaag: de Soxhlet (spreek uit: soks-let), vernoemd naar de Duitse chemicus Franz von Soxhlet (1848–1926).

Soxhletten (als dat een werkwoord is) is koffiezetten voor gevorderden. Waar gewoon koffiezetten enkelmaal extraheren is, kan een Soxhlet gebruikt worden om continu te extraheren. Voor de volledigheid: bij extractie wordt een vaste stof in een oplosmiddel gebracht en een van de componenten van de vaste stof lost op in het oplosmiddel. Door filtratie wordt het oplosmiddel (samen met de opgeloste stof) gescheiden van de vaste stof. De opgeloste stof kan dan van het oplosmiddel gescheiden worden door de vloeistof te verdampen.

Het mechanisme van een Soxhlet © Wikimedia Commons

Dit is precies wat een Soxhlet doet, maar dan in een meer continu proces. Een bekende proef die gebruik maakt van zo’n continu proces is de extractie van weekmakers — zoals [di(2-ethylhexyl) fthalaat (DEHP)] — uit scoubidou-touwtjes. De weekmaker DEHP lost wel op in chloroform, maar de rest van de scoubidou-touwtjes niet [1]. Nu lost DEHP niet heel fantastisch op in chloroform, dus je zou heel veel chloroform moeten gebruiken. Maar als er met heel veel oplosmiddel geëxtraheerd wordt, is de concentratie DEHP in chloroform erg laag. Als dan de oplossing ingedampt wordt, moet er heel veel chloroform verdampt worden en kan er nog wel eens wat DEHP meeverdampen. Dat zou zonde zijn.

Aanschouw: de legendarische Soxhlet. Wat er gedaan wordt, is het volgende. Zoals er op de geanimeerde afbeelding te zien is, wordt het oplosmiddel (chloroform, oranje in de afbeelding) in een rondbodemkolf gedaan. Die wordt verwarmt, verdampt en stijgt via de rechter arm de Soxhlet omhoog. Bovenop de Soxhlet zit een bolkoeler waar koud water doorheen stroomt. Daardoor koelt het verdampte oplosmiddel af, condenseert in de bolkoeler bovenin en druppelt in het gedeelte van de Soxhlet waar de vaste stof is (in een bakje of een huls van filterpapier-achtig materiaal). De weekmaker lost langzaam in de (nog een beetje warme) chloroform op. Omdat er zich steeds meer en meer chloroform verzameld, daar waar de scoubidou-touwtjes zitten, zal het bakje na een tijdje overstromen. Dat is de grote kracht van de Soxhlet, omdat er nu chloroform (met daarin opgelost de weekmaker) terugvloeit naar de rondbodemkolf. Terug in de rondbodemkolf kan er opnieuw chloroform verdampen, maar de weekmaker blijft achter in de rondbodemkolf.

Na uren of dagen “her-extraheren” is uiteindelijk bijna geen weekmaker meer te vinden in de scoubidou-touwtjes, er is niet veel chloroform gebruikt en er is al helemaal geen chloroform of weekmaker verloren gegaan, omdat er in een ‘gesloten’ systeem gewerkt wordt. Prachtig.

[1] Natuurlijk zitten er stiekem nog meer dingen in die vieze touwtjes die ook in chloroform oplossen, zoals sommige kleurstoffen, maar dat schuif ik voor het gemak maar onder het tapijt.

 

Extractie van aardbeien-DNA

Al maanden heb ik het idee om hierover te schrijven, maar nu is dan écht het aardbeien seizoen fatsoenlijk bezig. Vandaag een eenvoudige manier om met DNA te spelen.

DNA vind ik maar merkwaardig spul: vier soorten basisblokjes, in een schijnbaar willekeurige volgorde. Sommige mensen geloven dat alle genetische informatie in DNA gecodeerd zit. Tegenwoordig zijn er een aantal sterke vermoedens dat er meer moleculen invloed hebben op de genetische code, zoals histonen. In één cel wel twee meter lang (als je al het DNA in die cel achter elkaar zou leggen). Zo’n DNA-streng is dan wel maar een miljoenste van een millimeter breed. Zou het nou niet leuk zijn, om wat zuiver DNA te kunnen zien? Met het blote oog?

Vandaag de extractie van DNA uit een aardbei. Waarom een aardbei? Mensen hebben twee kopieën van hun DNA in elke cel. Aardbeien daarentegen hebben er acht. Mensen zijn ‘diploïd’, aardbeien ‘octaploïd.’ Maar goed, genoeg theorie, tijd om vieze handen te krijgen.

Een ingekleurde SEM-afbeelding van een aardbei. © Creative Commons: Annie Cavanagh, Wellcome Image.

Benodigdheden

  • Maatbeker
  • Maatlepels
  • Ethanol (bijvoorbeeld ontsmettingsalcohol, schoonmaakalcohol of spiritus)
  • 1/2 theelepel zout
  • 1/3 kop water
  • 1 theelepel detergent (afwasmiddel of échte zeep)
  • Glas of kleine schaal
  • Theedoek of koffiefilter
  • Trechter
  • Hoog drinkglas
  • 3 aardbeien, zonder kroontje
  • Hersluitbare plastic broodzakjes
  • Reageerbuis of klein glazen potje (bijv. kruidenpotje)
  • Lange satéprikkers

Uitvoering

  1. Koel de alcohol in de diepvries. Die ga je later nodig hebben.
  2. Meng het zout, water en de detergent (afwasmiddel) in een glas of kleine kom. Dit is de ‘extractievloeistof.’
  3. Span de theedoek of het koffiefilter in de trechter en zet de tuit van de trechter in het glas.
  4. Doe de aardbeien in de plastic zakjes en druk de lucht eruit. Zorg ervoor dat er geen lucht meer bij kan komen door ze af te sluiten.
  5. Druk met je vingers de aardbeien stuk tot een papje (twee minuten). Zorg ervoor dat je het zakje niet kapot maakt.
  6. Voeg drie theelepels van de extractievloeistof die je in stap twee maakte, bij de aardbeien in het zakje. Druk alle extra lucht er weer uit en hersluit het zakje. De detergent zorgt ervoor dat de cellen van de aardbeien open gaan en het DNA eruit kan komen. Het zout zorgt ervoor dat het DNA aan elkaar gaat plakken. DNA is een klein beetje negatief geladen, maar daar merk je verder niks van.
  7. Druk weer voor ongeveer een minuut in het aardbeienpapje, zodat alles goed is gemengd.
  8. Schenk het aardbeienmengsel vanuit het zakje, in de trechter (dus in het koffiefilter of in de theedoek). Laat het vocht in het glas druipen zodat er geen vocht meer achter blijft in de trechter.
  9. De theedoek en het het aardbeienprutje heb je niet meer nodig, dus die kun je weg doen. Doe de inhoud van het glas met aardbeienvocht in de reageerbuis (of kleine glazen potje), zodat het ongeveer voor een kwart vol is.
  10. Houd de reageerbuis (of kruidenpotje) schuin en schenk heel langzaam de ijskoude alcohol langs de kant. Als je dit voorzichtig genoeg doet, blijft het bovenop het aardbeienvocht liggen, omdat alcohol een kleinere dichtheid heeft dan water. Het is belangrijk dat de alcohol niet met het aardbeienvocht mengt, omdat het DNA zich tussen de twee vloeistoflagen zal verzamelen. DNA lost niet op in alcohol. Als de alcohol wordt toegevoegd, precipiteert het DNA uit en blijft de rest van het mengsel in oplossing in het water.
  11. Doop een lang satéstokje in de reageerbuis, met de punt tussen de alcohollaag en het aardbijenwater in. Haal het satéstokje weer omhoog. Het witte (heldere) spul dat je nu omhoog trekt is het aardbeien-DNA. Tadaa!

Als je geen zin hebt in al dat geklooi met dingen, of heb je je aardbeien allemaal al opgegeten voordat je aan je experiment kon beginnen, dan kun je ook op de website van de Universiteit van Utah een DNA extractie doen: DNA Extraction Virtual Lab.

Met dank aan dr. Erika Eiser voor de tip, originele recept hier.