Ultraskaņas Soksleta ekstrakcija

Ultraskaņa uzlabo tradicionālo Soksleta ekstrakciju. Ar ultraskaņu veicināta Soksleta ekstrakcija, kas pazīstama arī kā Sono-Soxhlet, nodrošina lielāku iznākumu un īsāku ekstrakcijas laiku. Hielscher zondes tipa ultraskaņas procesorus var viegli integrēt jebkurā klasiskā Soksleta ekstraktora sistēmā.

Soksleta ekstrakcija, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Soksleta ekstrakcija ir bieži izmantota cietās un šķidrās fāzes ekstrakcijas metode sintēzes vai analītiskajās laboratorijās, un tā ir nepieciešama, ja vēlamajam savienojumam ir tikai ierobežota šķīdība šķīdinātājā, bet piemaisījums šajā šķīdinātājā nešķīst. Īsumā Soksleta ekstrakcijas darbības principu var raksturot kā šķīdinātāja vārīšanu ar atteci.
Ultraskaņu veiksmīgi integrē Soksleta ekstrakcijā, lai palielinātu iznākumu un saīsinātu procesa ilgumu. Kad Soksleta ekstrakcija ir pabeigta, šķīdinātāju atdala (piemēram, izmantojot rotācijas iztvaicētāju).

Tradicionālās Soksleta ekstrakcijas problēmas:

Tradicionālajai Soksleta ekstrakcijai ir būtiski trūkumi ilgā ekstrakcijas laika un lielā izmantotā šķīdinātāja daudzuma dēļ. Turklāt parastā Soksleta ekstraktorā netiek nodrošināta maisīšana. Maisīšana ir nepieciešama, lai paātrinātu ekstrakcijas procesu. Tā kā parastajos Soksleta ekstraktoros izmanto lielu šķīdinātāja daudzumu, turpmākajai iztvaicēšanai un koncentrēšanai nepieciešams daudz enerģijas. Ekstrakta kvalitāti bieži negatīvi ietekmē ekstrahēto savienojumu ilgais uzturēšanās laiks Soksleta ekstrakcijas sistēmas karsētajā kolbā. Termolabilie mērķsavienojumi sadalās, jo ilgās ekstrakcijas laikā materiāls tiek pakļauts šķīdinātāja viršanas temperatūrai.

Risinājums: ultraskaņas Soksleta ekstrakcija

Jaudīga ultraskaņa palielina masas pārnesi starp paraugu un šķīdinātāju. Tādējādi nepieciešams mazāk šķīdinātāja. Ekstrakcijas ilgums tiek krasi saīsināts, tāpēc ekstrakti netiek ilgstoši pakļauti karstuma iedarbībai. Tādējādi tiek novērsta vai vismaz ievērojami samazināta nevēlama ekstrakta termiskā sadalīšanās.
Ultraskaņu var viegli integrēt Soksleta ekstrakcijas sistēmā – vai nu ievietojot ultraskaņas uzgali (zondi, sonotrodi) Soksleta kamerā, vai arī netieši apstrādājot Soksleta kameru ar ultraskaņu caur trauka sienu. Ultraskaņas Soksleta ekstrakcija – pazīstama arī kā Sono-Soxhlet – nodrošina lielāku iznākumu īsākā ekstrakcijas laikā un saudzīgākos ekstrakcijas apstākļos.

Rūpnieciska mēroga Sono-Soxhlet un Sono-Clevenger sistēmas ar ultraskaņas procesoru UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“Apstrāde ar ultraskaņu kā ekstrakcijas metode ir efektīvs paņēmiens salīdzinājumā ar atteces metodēm organisko vielu ekstrahēšanai no augsnes un nogulumiem, kuros tās ir nelielā daudzumā. Ir pierādīts, ka ultraskaņas ekstrakcijas paņēmieni ļauj iegūt salīdzināmu vai pat lielāku ogļūdeņražu daudzumu (Song et al., 2002) nekā citi ekstrakcijas paņēmieni […]. Atkarībā no piesārņotāju un matricas veida apstrādes ar ultraskaņu priekšrocība var būt īsāks ekstrakcijas laiks. Lai ekstrakcija būtu efektīvāka un reproducējama, bieži ir jāoptimizē ultraskaņas ekstrakcijas parametri, tostarp šķīdinātāja veids vai sastāvs, ekstrakcijas laiks, parauga ielādes daudzums un ūdens saturs (Berset et al., 1999). Apstrādes ar ultraskaņu paņēmieni parasti nodrošina salīdzinoši zemu izmaksu metodi, kurā izmanto nelielu organiskā šķīdinātāja tilpumu un kurai nav nepieciešami sarežģīti laboratorijas stikla trauki un instrumenti.”
[Oluseyi et al. 2011]

Sono-Soxhlet ekstrakcijas priekšrocības

Sono-Soxhlet ekstrakcija ir tradicionālās Soksleta ekstrakcijas metodes variants, kurā ekstrakcijas procesa uzlabošanai izmanto augstas intensitātes ultraskaņu. Sono-Soxhlet metodei ir vairākas zinātniskos pētījumos pamatotas priekšrocības, tostarp:

• Paaugstināta ekstrakcijas efektivitāte: Sono-Soxhlet ekstrakcija palielina ekstrakcijas efektivitāti, sagraujot šūnu sieniņas augu materiālos vai citās paraugu matricās. Intensīvu ultraskaņas viļņu radītā akustiskā kavitācija uzlabo masas pārnesi un veicina šķīdinātāja iespiešanos paraugā, tādējādi palielinot ekstrahēto savienojumu iznākumu.
• Saīsināts ekstrakcijas laiks: Sono-Soxhlet ekstrakcija ievērojami saīsina ekstrakcijas laiku salīdzinājumā ar tradicionālo Soksleta ekstrakciju. Tā kā ultraskaņa veicina ātrāku masas pārnesi un difūziju, analītu un augu savienojumu ekstrakcijai nepieciešama tikai īslaicīga apstrāde. Īsāks ekstrakcijas ilgums nozīmē arī lielāku paraugu apstrādes ražīgumu.
• Mazāks šķīdinātāja patēriņš: Soksleta ekstrakcijas un ultraskaņas ekstrakcijas apvienošana samazina šķīdinātāja patēriņu. Tas ne tikai palīdz ietaupīt izmaksas, bet arī līdz minimumam samazina ietekmi uz vidi.
• Pielietojuma daudzpusība: Sono-Soxhlet ekstrakcija ir daudzpusīga, un to var izmantot plašam paraugu matricu klāstam, tostarp augu materiāliem, pārtikas produktiem, polimēriem un vides paraugiem. Tās pielāgojamība padara to par vērtīgu rīku dažādās zinātnes jomās, piemēram, fitoķīmijā, ķīmijā un vides analīzē.
• Zaļā ķīmija: Sono-Soxhlet ekstrakcija atbilst zaļās ķīmijas principiem, jo samazina atkritumu daudzumu un enerģijas patēriņu. Tās efektivitāte un mazāks šķīdinātāja patēriņš veicina videi draudzīgākus ekstrakcijas procesus.

Šie Sono-Soxhlet ekstrakcijas labvēlīgie aspekti palīdz uzlabot procesa efektivitāti, laika un enerģijas izmantošanas efektivitāti, kā arī draudzīgumu videi. Sono-Soxhlet ekstrakcijas galvenās priekšrocības ir paaugstināta ekstrakcijas efektivitāte, saīsināts apstrādes laiks, mazāks šķīdinātāja patēriņš, daudzpusība un ieguldījums zaļajā ķīmijā.
Izmantojiet ar ultraskaņu uzlabotas Soksleta ekstrakcijas priekšrocības un sazinieties ar mums jau tagad, lai iegūtu vairāk informācijas!

Literatūra / Atsauces

• 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.

Noderīgi fakti

Ultraskaņas homogenizatorus veiksmīgi izmanto ekstrakcijai laboratorijās un rūpnieciskajā ražošanā, piemēram, farmācijas un pārtikas rūpniecībā, kā arī bioloģiskajos pētījumos un analīzēs. Plašais Hielscher ultraskaņas ierīču klāsts ļauj izveidot optimālu procesa sistēmu – atbilstoši procesa prasībām attiecībā uz augstu kvalitāti un ražīgumu.