Ultrazvuková Soxhletova extrakce

Ultrazvuk zlepšuje konvenční Soxhletovu extrakci. Ultrazvukem asistovaná Soxhletova extrakce, známá také jako Sono-Soxhlet, vede k vyšším výtěžkům a kratším dobám extrakce. Sondové sonikátory Hielscher lze snadno integrovat do jakékoli klasické sestavy Soxhletova extraktoru.

Soxhletova extrakce s využitím sonikace

Soxhletova extrakce je často používaná metoda extrakce systému pevná látka–kapalina v syntetické nebo analytické laboratoři a je nezbytná tehdy, když požadovaná sloučenina vykazuje v rozpouštědle pouze omezenou rozpustnost a nečistota je v tomto rozpouštědle nerozpustná. Stručně řečeno, princip Soxhletovy extrakce lze popsat jako refluxování rozpouštědla.
Ultrazvuk se úspěšně integruje do Soxhletovy extrakce za účelem zvýšení výtěžku a zkrácení doby trvání. Po dokončení Soxhletovy extrakce se rozpouštědlo odstraní (např. pomocí rotační vakuové odparky).

Problémy konvenční Soxhletovy extrakce:

Tradiční Soxhletova extrakce má zásadní nevýhody v důsledku dlouhé doby extrakce a velkého množství použitého rozpouštědla. Konvenčnímu Soxhletovu extraktoru navíc chybí míchání. Míchání je nutné k urychlení extrakčního procesu. Protože konvenční Soxhletovy extraktory používají velké množství rozpouštědla, vyžaduje následné odpařování a zakoncentrování velké množství energie. Kvalita extraktu je často negativně ovlivněna dlouhou dobou setrvání extrahovaných sloučenin ve vyhřívané baňce sestavy pro Soxhletovu extrakci. Termolabilní cílové sloučeniny se rozkládají, protože materiál je během dlouhé doby extrakce vystaven teplu odpovídajícímu bodu varu rozpouštědla.

Řešení: ultrazvuková Soxhletova extrakce

Výkonný ultrazvuk zvyšuje přenos hmoty mezi vzorkem a rozpouštědlem. Díky tomu je zapotřebí méně rozpouštědla. Doba extrakce se výrazně zkracuje, takže extrakty nejsou dlouhodobě vystaveny teplu. Tím se nežádoucímu tepelnému rozkladu extraktu zabrání, nebo se alespoň významně omezí.
Ultrazvuk lze snadno integrovat do sestavy pro Soxhletovu extrakci – buď zavedením ultrazvukové sonotrody (sondy) do Soxhletovy komory, nebo nepřímou sonikací Soxhletovy komory přes stěnu nádoby. Ultrazvuková Soxhletova extrakce – známá také jako Sono-Soxhlet – vede k vyšším výtěžkům za kratší dobu extrakce a za šetrnějších extrakčních podmínek.

Sestavy Sono-Soxhlet a Sono-Clevenger v průmyslovém měřítku se sonikátorem UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

„Sonikace jako extrakční metoda je ve srovnání s refluxními metodami účinnou technikou pro extrakci stopových organických látek z půd a sedimentů. Ultrazvukové extrakční techniky prokazatelně poskytují srovnatelná nebo dokonce větší množství (Song et al., 2002) uhlovodíků než jiné extrakční techniky […]. V závislosti na typu kontaminantů a matrice může mít sonikace výhodu kratších dob extrakce. Pro účinnější a reprodukovatelnější extrakce je mnohdy nutná optimalizace parametrů ultrazvukové extrakce, včetně typu rozpouštědla nebo složení rozpouštědla, doby extrakce, množství vzorku a obsahu vody (Berset et al., 1999). Sonikační techniky obvykle představují relativně levnou metodu, která využívá malé objemy organického rozpouštědla bez potřeby složitého laboratorního skla a přístrojového vybavení.“
[Oluseyi et al. 2011]

Výhody extrakce Sono-Soxhlet

Extrakce Sono-Soxhlet je variantou tradiční techniky Soxhletovy extrakce, která k zefektivnění extrakčního procesu využívá vysoce intenzivní ultrazvuk. Technika Sono-Soxhlet nabízí několik výhod podložených vědeckým výzkumem a studiemi, mezi které patří:

• Vyšší účinnost extrakce: Extrakce Sono-Soxhlet zvyšuje účinnost extrakce narušováním buněčných stěn rostlinných materiálů nebo jiných matric vzorků. Akustická kavitace vytvářená intenzivními ultrazvukovými vlnami zlepšuje přenos hmoty a zlepšuje pronikání rozpouštědla do vzorku, čímž zvyšuje výtěžek extrahovaných sloučenin.
• Kratší doba extrakce: Extrakce Sono-Soxhlet ve srovnání s konvenční Soxhletovou extrakcí výrazně zkracuje dobu extrakce. Protože ultrazvuk podporuje rychlejší přenos hmoty a difuzi, vyžaduje extrakce analytů a rostlinných sloučenin jen krátké ošetření. Kratší doba extrakce znamená také vyšší zpracovatelskou kapacitu.
• Nižší spotřeba rozpouštědla: Kombinace Soxhletovy a ultrazvukové extrakce vede ke snížení spotřeby rozpouštědla. To přispívá nejen k úsporám nákladů, ale také minimalizuje dopad na životní prostředí.
• Všestrannost použití: Extrakce Sono-Soxhlet je všestranná a lze ji použít pro širokou škálu matric vzorků, včetně rostlinných materiálů, potravinářských výrobků, polymerů a environmentálních vzorků. Díky své přizpůsobivosti je cenným nástrojem v různých vědeckých oborech, jako je fytochemie, chemie a environmentální analýza.
• Zelená chemie: Extrakce Sono-Soxhlet je v souladu s principy zelené chemie, neboť snižuje množství odpadu a spotřebu energie. Její účinnost a nižší spotřeba rozpouštědla přispívají k extrakčním procesům šetrnějším k životnímu prostředí.

Tyto přínosy extrakce Sono-Soxhlet přispívají ke zlepšení účinnosti procesu, časové a energetické efektivity a také šetrnosti k životnímu prostředí. Hlavní výhody extrakce Sono-Soxhlet spočívají ve vyšší účinnosti extrakce, kratší době zpracování, nižší spotřebě rozpouštědla, všestrannosti a přínosu pro zelenou chemii.
Využijte výhod ultrazvukem zlepšené Soxhletovy extrakce a kontaktujte nás ještě dnes pro více informací!

Literatura / Reference

• 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.

Fakta, která stojí za to znát

Ultrazvukové homogenizátory se úspěšně používají k extrakčním účelům v laboratořích i v průmyslové výrobě, např. ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu a pro biologický výzkum a analýzu. Široká nabídka ultrazvukových zařízení Hielscher umožňuje sestavit optimální procesní sestavu – splňující procesní požadavky na vysokou kvalitu a výkon.