Ултразвукова екстракция по Сокслет

Ултразвукът подобрява конвенционалната екстракция по Сокслет. Екстракцията по Сокслет с помощта на ултразвук, известна също като Sono-Soxhlet, води до по-високи добиви и по-кратко време за екстракция. Ултразвуковите апарати със сонда на Hielscher могат лесно да бъдат интегрирани във всяка класическа екстракционна система по Сокслет.

Екстракция по Сокслет с ултразвукова обработка

Екстракцията по Сокслет е често използван метод за екстракция твърдо–течно в лаборатории за синтез или анализ и е необходима, когато желаното съединение има само ограничена разтворимост в даден разтворител, а примесът е неразтворим в този разтворител. Накратко, принципът на работа на екстракцията по Сокслет може да се опише като кипене на разтворител с обратен хладник.
Ултразвукът се интегрира успешно в екстракцията по Сокслет за увеличаване на добива и съкращаване на продължителността. След приключване на екстракцията по Сокслет разтворителят се отстранява (например с помощта на ротационен изпарител).

Проблеми при конвенционалната екстракция по Сокслет:

Традиционната екстракция по Сокслет има съществени недостатъци поради дългата си продължителност и голямото количество използван разтворител. Освен това конвенционалният екстрактор на Сокслет не осигурява разбъркване. Разбъркването е необходимо за ускоряване на процеса на екстракция. Тъй като конвенционалните екстрактори на Сокслет използват големи количества разтворител, последващото изпаряване и концентриране изискват много енергия. Качеството на екстракта често се повлиява неблагоприятно от продължителния престой на извлечените съединения в нагряваната колба на екстракционната система по Сокслет. Термолабилните целеви съединения се разлагат, тъй като през продължителната екстракция материалът е изложен на нагряване при температурата на кипене на разтворителя.

Решение: ултразвукова екстракция по Сокслет

Мощният ултразвук увеличава масопреноса между пробата и разтворителя. Така е необходимо по-малко количество разтворител. Продължителността на екстракцията се съкращава драстично, така че екстрактите не са изложени на продължително топлинно въздействие. По този начин нежеланото термично разлагане на екстракта се избягва или поне значително се намалява.
Ултразвукът може лесно да бъде интегриран в екстракционна система по Сокслет – чрез въвеждане на ултразвуковия излъчвател (сонда, сонотрод) в камерата на Сокслет или чрез непряка ултразвукова обработка на камерата на Сокслет през стената на съда. Ултразвуковата екстракция по Сокслет – известна също като Sono-Soxhlet – осигурява по-високи добиви за по-кратко време при по-меки условия на екстракция.

Системи Sono-Soxhlet и Sono-Clevenger в промишлен мащаб с ултразвуковия апарат UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

„Ултразвуковата обработка като метод за екстракция е ефективна техника в сравнение с методите с обратен хладник за извличане на следови количества органични вещества от почви и седименти. Доказано е, че техниките за ултразвукова екстракция осигуряват съпоставими или дори по-големи количества (Song et al., 2002) въглеводороди от други техники за екстракция […]. В зависимост от вида на замърсителите и матрицата ултразвуковата обработка може да има предимството на по-кратко време за екстракция. За по-ефективни и възпроизводими екстракции често е необходима оптимизация на параметрите на ултразвуковата екстракция, включително вида или състава на разтворителя, времето за екстракция, количеството на пробата и съдържанието на вода (Berset et al., 1999). Техниките за ултразвукова обработка обикновено осигуряват метод с относително ниска цена, при който се използват малки обеми органичен разтворител без необходимост от сложна стъклена лабораторна апаратура и инструментално оборудване.“
[Oluseyi et al. 2011]

Предимства на екстракцията Sono-Soxhlet

Екстракцията Sono-Soxhlet е вариант на традиционната техника за екстракция по Сокслет, който включва ултразвук с висок интензитет за подобряване на процеса на екстракция. Техниката Sono-Soxhlet предлага няколко предимства, подкрепени от научни изследвания и проучвания, сред които:

• Повишена ефективност на екстракцията: Екстракцията Sono-Soxhlet повишава ефективността на екстракцията чрез разрушаване на клетъчните стени на растителните материали или други матрици на проби. Акустичната кавитация, създадена от интензивните ултразвукови вълни, подобрява масопреноса и улеснява проникването на разтворителя в пробата, като по този начин увеличава добива на извлечените съединения.
• Съкратено време за екстракция: Екстракцията Sono-Soxhlet значително съкращава времето за екстракция в сравнение с конвенционалната екстракция по Сокслет. Тъй като ултразвукът ускорява масопреноса и дифузията, извличането на аналити и растителни съединения изисква само кратка обработка. По-кратката продължителност на екстракцията означава и по-висок капацитет за обработка на проби.
• По-нисък разход на разтворител: Комбинацията от екстракция по Сокслет и ултразвукова екстракция води до намален разход на разтворител. Това не само допринася за спестяване на разходи, но и свежда до минимум въздействието върху околната среда.
• Разнообразни приложения: Екстракцията Sono-Soxhlet е универсална и може да се прилага за широк спектър от матрици на проби, включително растителни материали, хранителни продукти, полимери и проби от околната среда. Нейната приспособимост я прави ценен инструмент в различни научни области, като фитохимията, химията и анализа на околната среда.
• Зелена химия: Екстракцията Sono-Soxhlet е в съответствие с принципите на зелената химия, като намалява отпадъците и потреблението на енергия. Нейната ефективност и намалената употреба на разтворители допринасят за по-екологични процеси на екстракция.

Тези благоприятни характеристики на екстракцията Sono-Soxhlet допринасят за подобрена ефективност на процеса, по-ефективно използване на времето и енергията, както и за по-голяма екологичност. Основните предимства на екстракцията Sono-Soxhlet се основават на повишената ефективност на екстракцията, съкратеното време за обработка, по-ниския разход на разтворител, универсалността и приноса към зелената химия.
Възползвайте се от подобрената чрез ултразвук екстракция по Сокслет и се свържете с нас сега за повече информация!

Литература / Източници

• Djenni, Zoubida; Pingret, Daniella; Mason, Timothy J.; Chemat, Farid (2012): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Analytical Methods. 2012.
• Luque-García, J.L.; Luque de Castro, M.D. (2004): Ultrasound-assisted Soxhlet extraction: an expeditive approach for solid sample treatment. Application to the extraction of total fat from oleaginous seeds. Journal of Chromatography A 1034, 2004. 237–242.
• Léa Vernès, Maryline Vian, Farid Chemat (2020): Chapter 12 – Ultrasound and Microwave as Green Tools for Solid-Liquid Extraction. Editor(s): Colin F. Poole, In Handbooks in Separation Science, Liquid-Phase Extraction, Elsevier, 2020. 355-374.
• Sueli Rodrigues, Fabiano A.N. Fernandes (2017): Chapter 14 – Extraction Processes Assisted by Ultrasound, In: Editor(s): Daniela Bermudez-Aguirre: Ultrasound: Advances for Food Processing and Preservation. Academic Press, 2017. 351-368.
• Oluseyi, T.; Olayinka, K.; Alo, B.; Smith, R. M. (2011): Comparison of extraction and clean-up techniques for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in contaminated soil samples. African Journal of Environmental Science and Technology Vol. 5/7, 2011. 482-493.
• Pngret, Danielle; Chemat, Farid; Cravotto, Giancarlo (2012): Ultrasound Combined with Conventional and Innovative Techniques for Extraction of Natural Products. Oral Communication – 13th Meeting of the European Society of Sonochemistry July 01–05, 2012, Lviv – Ukraine. 2012.
• Wang, L.; Weller, C. L. (2006): Recent advances in extraction of nutraceuticals from plants. Trends in Food Science & Technology 17, 2006. 300–312.

Полезни факти

Ултразвуковите хомогенизатори се използват успешно за екстракция в лаборатории и в промишленото производство, например във фармацевтичната и хранителната промишленост, както и за биологични изследвания и анализи. Широката продуктова гама от ултразвукови устройства на Hielscher позволява изграждането на оптимална технологична система – отговаряща на изискванията на процеса за високо качество и производителност.