Extraction ultrasonique Soxhlet

Les ultrasons améliorent l'extraction Soxhlet conventionnelle. L'extraction Soxhlet assistée par ultrasons, également connue sous le nom de Sono-Soxhlet, permet d'obtenir des rendements plus élevés et des temps d'extraction plus courts. Les sonicateurs à sonde Hielscher peuvent être facilement intégrés dans n'importe quelle installation d'extraction Soxhlet classique.

Extraction Soxhlet par ultrasons

L'extraction Soxhlet est une méthode d'extraction solide-liquide fréquemment utilisée dans les laboratoires de synthèse ou d'analyse. Elle est nécessaire lorsqu'un composé souhaité ne présente qu'une solubilité limitée dans un solvant et que l'impureté est insoluble dans ce même solvant. En bref, le principe de fonctionnement de l'extraction Soxhlet peut être décrit comme un reflux à base de solvant.
Les ultrasons sont intégrés avec succès dans l'extraction Soxhlet afin d'augmenter le rendement et de réduire la durée. Une fois l'extraction Soxhlet terminée, le solvant est éliminé (par exemple à l'aide d'un évaporateur rotatif).

Problèmes liés à l'extraction conventionnelle au soxhlet :

L'extraction Soxhlet traditionnelle présente des inconvénients majeurs en raison de sa longue durée d'extraction et de la grande quantité de solvant utilisée. En outre, un extracteur Soxhlet conventionnel manque d'agitation. L'agitation est nécessaire pour accélérer le processus d'extraction. Comme les extracteurs Soxhlet conventionnels utilisent de grandes quantités de solvant, l'évaporation et la concentration qui s'ensuivent requièrent beaucoup d'énergie. La qualité de l'extrait est souvent affectée par le long temps de rétention des composés extraits dans le bulbe chauffé du dispositif d'extraction Soxhlet. Les composés cibles thermolabiles sont décomposés lorsque le matériau est exposé, pendant la longue durée de l'extraction, à la chaleur du point d'ébullition du solvant.

Solution : Extraction ultrasonique par soxhlet

Les ultrasons puissants augmentent le transfert de masse entre l'échantillon et le solvant. Il faut donc moins de solvant. La durée de l'extraction est considérablement réduite, de sorte que les extraits ne sont pas soumis à une longue exposition à la chaleur. La décomposition thermique indésirable de l'extrait est ainsi évitée ou du moins considérablement réduite.
Les ultrasons peuvent être facilement intégrés dans une installation d'extraction Soxhlet – soit en introduisant la corne ultrasonique (sonde, sonotrode) dans la chambre de Soxhlet, soit en sonifiant la chambre de Soxhlet indirectement à travers la paroi du vaisseau. Extraction ultrasonique au soxhlet – également connu sous le nom de Sono-Soxhlet – permet d'obtenir des rendements plus élevés dans un temps d'extraction plus court et dans des conditions d'extraction plus douces.

Installations industrielles Sono-Soxhlet et Sono-Clevenger avec Sonicator UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“La méthode d'extraction par ultrasons est une technique efficace, comparée aux méthodes à reflux, pour extraire des traces de substances organiques des sols et des sédiments. Les techniques d'extraction par ultrasons se sont avérées générer des quantités d'hydrocarbures comparables, voire supérieures (Song et al., 2002), à celles des autres techniques d'extraction […]. En fonction du type de contaminants et de la matrice, la sonication peut présenter l'avantage d'accélérer les temps d'extraction. L'optimisation des paramètres d'extraction par ultrasons, y compris le type de solvant ou la composition du solvant, le temps d'extraction, la charge de l'échantillon et la teneur en eau, est souvent nécessaire pour obtenir des extractions plus efficaces et reproductibles (Berset et al., 1999). Les techniques d'ultrasons constituent généralement une méthode relativement peu coûteuse, utilisant de petits volumes de solvant organique sans nécessiter de verrerie ni d'instrumentation complexes.”
[Oluseyi et al. 2011]

Avantages de l'extraction Sono-Soxhlet

L'extraction Sono-Soxhlet est une variante de la technique traditionnelle d'extraction Soxhlet qui incorpore des ultrasons de haute intensité pour améliorer le processus d'extraction. La technique Sono-Soxhlet offre plusieurs avantages, étayés par des recherches et des études scientifiques :

• Augmentation de l'efficacité de l'extraction : L'extraction Sono-Soxhlet augmente l'efficacité de l'extraction en brisant les parois cellulaires des matériaux végétaux ou d'autres matrices d'échantillons. La cavitation acoustique créée par des ondes ultrasoniques intenses améliore le transfert de masse et la pénétration du solvant dans l'échantillon, augmentant ainsi le rendement des composés extraits.
• Réduction du temps d'extraction : L'extraction Sono-Soxhlet réduit considérablement le temps d'extraction par rapport à l'extraction Soxhlet conventionnelle. Comme les ultrasons accélèrent le transfert de masse et la diffusion, l'extraction des analytes et des composés botaniques ne nécessite qu'un traitement de courte durée. Une durée d'extraction plus courte signifie également des capacités de production plus élevées.
• Réduction de la consommation de solvants : La combinaison de l'extraction Soxhlet et de l'extraction par ultrasons permet de réduire la consommation de solvants. Cela permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi de minimiser l'impact sur l'environnement.
• Polyvalence de l'application : L'extraction Sono-Soxhlet est polyvalente et peut être appliquée à un large éventail de matrices d'échantillons, y compris les matières végétales, les produits alimentaires, les polymères et les échantillons environnementaux. Son adaptabilité en fait un outil précieux dans divers domaines scientifiques, tels que la phytochimie, la chimie et l'analyse environnementale.
• Chimie verte : L'extraction Sono-Soxhlet s'aligne sur les principes de la chimie verte en réduisant les déchets et la consommation d'énergie. Son efficacité et la réduction de l'utilisation de solvants contribuent à des processus d'extraction plus respectueux de l'environnement.

Ces aspects bénéfiques de l'extraction Sono-Soxhlet contribuent à l'amélioration de l'efficacité du processus, du temps et de l'énergie, ainsi qu'au respect de l'environnement. Les principaux avantages de l'extraction Sono-Soxhlet reposent sur l'augmentation de l'efficacité de l'extraction, la réduction du temps de traitement, la diminution de la consommation de solvants, la polyvalence et la contribution à la chimie verte.
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Littérature / Références