Extraction Soxhlet par ultrasons

Les ultrasons améliorent l’extraction Soxhlet conventionnelle. L’extraction Soxhlet assistée par ultrasons, également appelée 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 à tout montage classique d’extraction Soxhlet.

Extraction Soxhlet par sonication

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 recherché ne présente qu’une solubilité limitée dans un solvant et que l’impureté est insoluble dans ce 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 à l’extraction Soxhlet afin d’augmenter le rendement et de réduire la durée du procédé. Une fois l’extraction Soxhlet terminée, le solvant est éliminé, par exemple à l’aide d’un évaporateur rotatif.

Problèmes liés à l’extraction Soxhlet conventionnelle :

L’extraction Soxhlet traditionnelle présente des inconvénients majeurs en raison de sa longue durée d’extraction et de la grande quantité de solvant utilisée. De plus, un extracteur Soxhlet conventionnel ne comporte pas d’agitation. L’agitation est nécessaire pour accélérer le processus d’extraction. Comme les extracteurs Soxhlet conventionnels utilisent de grandes quantités de solvant, les étapes ultérieures d’évaporation et de concentration nécessitent beaucoup d’énergie. La qualité de l’extrait est souvent altérée par le long temps de séjour des composés extraits dans le ballon chauffé du montage d’extraction Soxhlet. Les composés cibles thermolabiles se décomposent, car le matériau est exposé à la température d’ébullition du solvant pendant toute la longue durée de l’extraction.

Solution : extraction Soxhlet par ultrasons

Les ultrasons de puissance augmentent le transfert de matière entre l’échantillon et le solvant. Une quantité moindre de solvant est ainsi nécessaire. La durée d’extraction est considérablement réduite, de sorte que les extraits ne subissent pas une exposition prolongée à la chaleur. La décomposition thermique indésirable de l’extrait est ainsi évitée ou, au moins, nettement réduite.
Les ultrasons peuvent être facilement intégrés à un montage d’extraction Soxhlet – soit en introduisant la sonotrode ultrasonore (sonde, sonotrode) dans la chambre Soxhlet, soit en soumettant cette chambre à une sonication indirecte à travers la paroi du récipient. L’extraction Soxhlet par ultrasons – également appelée Sono-Soxhlet – permet d’obtenir des rendements plus élevés en un temps d’extraction plus court et dans des conditions d’extraction plus douces.

Montages Sono-Soxhlet et Sono-Clevenger à l’échelle industrielle avec sonicateur UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

« La sonication est une technique d’extraction efficace par rapport aux méthodes à reflux pour extraire les composés organiques présents à l’état de traces dans les sols et les sédiments. Il a été démontré que les techniques d’extraction par ultrasons permettent d’obtenir des quantités d’hydrocarbures comparables, voire supérieures (Song et al., 2002), à celles obtenues par d’autres techniques d’extraction […]. Selon le type de contaminants et de matrice, la sonication peut offrir l’avantage de temps d’extraction plus courts. L’optimisation des paramètres d’extraction par ultrasons, notamment le type de solvant ou sa composition, le temps d’extraction, la charge d’échantillon et la teneur en eau, est souvent nécessaire pour obtenir des extractions plus efficaces et reproductibles (Berset et al., 1999). Les techniques de sonication constituent généralement une méthode relativement peu coûteuse, qui utilise de faibles 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 d’extraction Soxhlet traditionnelle qui intègre 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, notamment :

• Efficacité d’extraction accrue : L’extraction Sono-Soxhlet augmente l’efficacité de l’extraction en désagrégeant les parois cellulaires des matières végétales ou d’autres matrices d’échantillons. La cavitation acoustique créée par les ondes ultrasonores intenses améliore le transfert de matière et favorise la pénétration du solvant dans l’échantillon, augmentant ainsi le rendement en composés extraits.
• Temps d’extraction réduit : L’extraction Sono-Soxhlet réduit considérablement le temps d’extraction par rapport à l’extraction Soxhlet conventionnelle. Comme les ultrasons accélèrent le transfert de matière et la diffusion, l’extraction des analytes et des composés végétaux ne nécessite qu’un traitement de courte durée. Une durée d’extraction plus courte permet également d’augmenter la cadence de traitement des échantillons.
• Consommation de solvant réduite : L’association de l’extraction Soxhlet et de l’extraction par ultrasons réduit la consommation de solvant. Cela contribue à réduire les coûts tout en minimisant l’impact environnemental.
• Polyvalence des applications : L’extraction Sono-Soxhlet est polyvalente et peut être appliquée à un large éventail de matrices d’échantillons, notamment 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 respecte les principes de la chimie verte en réduisant les déchets et la consommation d’énergie. Son efficacité et sa consommation réduite de solvant contribuent à des procédés d’extraction plus respectueux de l’environnement.

Ces aspects bénéfiques de l’extraction Sono-Soxhlet contribuent à améliorer l’efficacité du procédé, à économiser du temps et de l’énergie et à mieux respecter l’environnement. Les principaux avantages de l’extraction Sono-Soxhlet reposent sur une efficacité d’extraction accrue, un temps de traitement réduit, une consommation de solvant moindre, sa polyvalence et sa contribution à la chimie verte.
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Bibliographie / Références

• 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.

Informations utiles

Les homogénéisateurs à ultrasons sont utilisés avec succès pour l’extraction en laboratoire et dans la production industrielle, par exemple dans les industries pharmaceutique et alimentaire ainsi que pour la recherche et l’analyse biologiques. La vaste gamme d’appareils à ultrasons Hielscher permet de constituer une installation de traitement optimale – répondant aux exigences du procédé en matière de qualité et de capacité de production élevées.