Εκχύλιση Soxhlet με υπερήχους

Οι υπέρηχοι βελτιώνουν τη συμβατική εκχύλιση Soxhlet. Η εκχύλιση Soxhlet με υποβοήθηση υπερήχων, γνωστή και ως Sono-Soxhlet, οδηγεί σε υψηλότερες αποδόσεις και μικρότερους χρόνους εκχύλισης. Οι συσκευές υπερήχων τύπου καθετήρα της Hielscher μπορούν να ενσωματωθούν εύκολα σε οποιαδήποτε κλασική διάταξη εκχυλιστή Soxhlet.

Εκχύλιση Soxhlet με κατεργασία με υπερήχους

Η εκχύλιση Soxhlet είναι μια συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος εκχύλισης στερεού–υγρού, η οποία εφαρμόζεται σε εργαστήρια συνθετικής ή αναλυτικής χημείας και απαιτείται όταν μια επιθυμητή ένωση εμφανίζει μόνο περιορισμένη διαλυτότητα σε έναν διαλύτη και η πρόσμειξη είναι αδιάλυτη στον συγκεκριμένο διαλύτη. Συνοπτικά, η αρχή λειτουργίας της εκχύλισης Soxhlet μπορεί να περιγραφεί ως αναρροή με διαλύτη.
Οι υπέρηχοι ενσωματώνονται με επιτυχία στην εκχύλιση Soxhlet για την αύξηση της απόδοσης και τη μείωση της διάρκειας. Όταν ολοκληρωθεί η εκχύλιση Soxhlet, ο διαλύτης απομακρύνεται (π.χ. με χρήση περιστροφικού εξατμιστήρα).

Προβλήματα της συμβατικής εκχύλισης Soxhlet:

Η παραδοσιακή εκχύλιση Soxhlet παρουσιάζει σημαντικά μειονεκτήματα λόγω της μεγάλης διάρκειας εκχύλισης και της μεγάλης ποσότητας διαλύτη που χρησιμοποιείται. Επιπλέον, ένας συμβατικός εκχυλιστής Soxhlet δεν διαθέτει ανάδευση. Η ανάδευση είναι απαραίτητη για την επιτάχυνση της διαδικασίας εκχύλισης. Καθώς οι συμβατικοί εκχυλιστές Soxhlet χρησιμοποιούν μεγάλες ποσότητες διαλύτη, η επακόλουθη εξάτμιση και συμπύκνωση απαιτούν πολλή ενέργεια. Η ποιότητα του εκχυλίσματος συχνά επηρεάζεται αρνητικά από τον μεγάλο χρόνο παραμονής των εκχυλισμένων ενώσεων στη θερμαινόμενη σφαιρική φιάλη της διάταξης εκχύλισης Soxhlet. Οι θερμοευαίσθητες ενώσεις-στόχοι αποσυντίθενται, καθώς το υλικό εκτίθεται, κατά τη μεγάλη διάρκεια της εκχύλισης, στη θερμότητα στη θερμοκρασία του σημείου βρασμού του διαλύτη.

Λύση: Εκχύλιση Soxhlet με υπερήχους

Οι ισχυροί υπέρηχοι αυξάνουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ δείγματος και διαλύτη. Έτσι, απαιτείται λιγότερος διαλύτης. Η διάρκεια της εκχύλισης μειώνεται δραστικά, ώστε τα εκχυλίσματα να μην εκτίθενται παρατεταμένα στη θερμότητα. Με αυτόν τον τρόπο, η ανεπιθύμητη θερμική αποσύνθεση του εκχυλίσματος αποφεύγεται ή τουλάχιστον μειώνεται σημαντικά.
Οι υπέρηχοι μπορούν να ενσωματωθούν εύκολα σε μια διάταξη εκχύλισης Soxhlet – είτε με την εισαγωγή της υπερηχητικής κεφαλής (καθετήρα, ηχοτροδίου) στον θάλαμο Soxhlet είτε με έμμεση κατεργασία του θαλάμου Soxhlet με υπερήχους μέσω του τοιχώματος του δοχείου. Η εκχύλιση Soxhlet με υπερήχους – γνωστή και ως Sono-Soxhlet – επιτυγχάνει υψηλότερες αποδόσεις σε μικρότερο χρόνο εκχύλισης και υπό ηπιότερες συνθήκες εκχύλισης.

Διατάξεις Sono-Soxhlet και Sono-Clevenger βιομηχανικής κλίμακας με συσκευή υπερήχων UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“Η κατεργασία με υπερήχους ως μέθοδος εκχύλισης αποτελεί αποδοτική τεχνική σε σύγκριση με τις μεθόδους αναρροής για την εκχύλιση οργανικών ουσιών σε ιχνοποσότητες από εδάφη και ιζήματα. Οι τεχνικές εκχύλισης με υπερήχους αποδείχθηκε ότι αποδίδουν συγκρίσιμες ή ακόμη και μεγαλύτερες ποσότητες (Song et al., 2002) υδρογονανθράκων από άλλες τεχνικές εκχύλισης […]. Ανάλογα με τον τύπο των ρύπων και τη μήτρα, η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να προσφέρει το πλεονέκτημα μικρότερων χρόνων εκχύλισης. Συχνά απαιτείται βελτιστοποίηση των παραμέτρων εκχύλισης με υπερήχους, συμπεριλαμβανομένων του τύπου ή της σύστασης του διαλύτη, του χρόνου εκχύλισης, του φορτίου δείγματος και της περιεκτικότητας σε νερό, για αποδοτικότερες και αναπαραγώγιμες εκχυλίσεις (Berset et al., 1999). Οι τεχνικές κατεργασίας με υπερήχους συνήθως παρέχουν μια μέθοδο σχετικά χαμηλού κόστους, χρησιμοποιώντας μικρούς όγκους οργανικού διαλύτη χωρίς να απαιτούνται περίπλοκα γυάλινα εργαστηριακά σκεύη και όργανα.”
[Oluseyi et al. 2011]

Πλεονεκτήματα της εκχύλισης Sono-Soxhlet

Η εκχύλιση Sono-Soxhlet είναι μια παραλλαγή της παραδοσιακής τεχνικής εκχύλισης Soxhlet, η οποία ενσωματώνει υπερήχους υψηλής έντασης για την ενίσχυση της διαδικασίας εκχύλισης. Η τεχνική Sono-Soxhlet προσφέρει διάφορα πλεονεκτήματα, τεκμηριωμένα από επιστημονική έρευνα και μελέτες, στα οποία περιλαμβάνονται:

• Αυξημένη αποδοτικότητα εκχύλισης: Η εκχύλιση Sono-Soxhlet αυξάνει την αποδοτικότητα της εκχύλισης διασπώντας τα κυτταρικά τοιχώματα φυτικών υλικών ή άλλων μητρών δείγματος. Η ακουστική σπηλαίωση που δημιουργείται από έντονα υπερηχητικά κύματα βελτιώνει τη μεταφορά μάζας και ενισχύει τη διείσδυση του διαλύτη στο δείγμα, αυξάνοντας έτσι την απόδοση των εκχυλισμένων ενώσεων.
• Μειωμένος χρόνος εκχύλισης: Η εκχύλιση Sono-Soxhlet μειώνει σημαντικά τον χρόνο εκχύλισης σε σύγκριση με τη συμβατική εκχύλιση Soxhlet. Καθώς οι υπέρηχοι προάγουν την ταχύτερη μεταφορά μάζας και διάχυση, η εκχύλιση των προσδιοριζόμενων ουσιών και των φυτικών ενώσεων απαιτεί μόνο σύντομη κατεργασία. Η μικρότερη διάρκεια εκχύλισης συνεπάγεται επίσης μεγαλύτερη δυναμικότητα επεξεργασίας δειγμάτων.
• Χαμηλότερη κατανάλωση διαλύτη: Ο συνδυασμός της εκχύλισης Soxhlet με την εκχύλιση με υπερήχους οδηγεί σε μειωμένη κατανάλωση διαλύτη. Αυτό συμβάλλει στην εξοικονόμηση κόστους και παράλληλα ελαχιστοποιεί τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
• Ευελιξία εφαρμογών: Η εκχύλιση Sono-Soxhlet είναι ευέλικτη και μπορεί να εφαρμοστεί σε ευρύ φάσμα μητρών δείγματος, συμπεριλαμβανομένων φυτικών υλικών, τροφίμων, πολυμερών και περιβαλλοντικών δειγμάτων. Η προσαρμοστικότητά της την καθιστά πολύτιμο εργαλείο σε διάφορους επιστημονικούς κλάδους, όπως η φυτοχημεία, η χημεία και η περιβαλλοντική ανάλυση.
• Πράσινη χημεία: Η εκχύλιση Sono-Soxhlet εναρμονίζεται με τις αρχές της πράσινης χημείας, μειώνοντας τα απόβλητα και την κατανάλωση ενέργειας. Η αποδοτικότητά της και η μειωμένη χρήση διαλύτη συμβάλλουν σε πιο φιλικές προς το περιβάλλον διαδικασίες εκχύλισης.

Αυτές οι ευεργετικές πτυχές της εκχύλισης Sono-Soxhlet συμβάλλουν στη βελτίωση της αποδοτικότητας της διαδικασίας, στην εξοικονόμηση χρόνου και ενέργειας, καθώς και στη φιλικότητα προς το περιβάλλον. Τα κύρια πλεονεκτήματα της εκχύλισης Sono-Soxhlet βασίζονται στην αυξημένη αποδοτικότητα εκχύλισης, στον μειωμένο χρόνο επεξεργασίας, στη χαμηλότερη κατανάλωση διαλύτη, στην ευελιξία και στη συμβολή στην πράσινη χημεία.
Αξιοποιήστε την εκχύλιση Soxhlet που βελτιώνεται με υπερήχους και επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για περισσότερες πληροφορίες!

Βιβλιογραφία / Αναφορές

• 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.

Χρήσιμες πληροφορίες

Οι ομογενοποιητές υπερήχων χρησιμοποιούνται με επιτυχία για εκχύλιση σε εργαστήρια και στη βιομηχανική παραγωγή, π.χ. στη φαρμακευτική βιομηχανία και στη βιομηχανία τροφίμων, καθώς και στη βιολογική έρευνα και ανάλυση. Η ευρεία γκάμα συσκευών υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη συγκρότηση μιας βέλτιστης διάταξης διεργασίας – η οποία πληροί τις απαιτήσεις της διεργασίας για υψηλή ποιότητα και παραγωγή.