Ultrasone Soxhlet-extractie

Ultrasone technologie verbetert de conventionele Soxhlet-extractie. Ultrasoon ondersteunde Soxhlet-extractie, ook bekend als Sono-Soxhlet, leidt tot hogere opbrengsten en kortere extractietijden. Sonicators van Hielscher met een sonde kunnen eenvoudig in elke klassieke Soxhlet-extractieopstelling worden geïntegreerd.

Soxhlet-extractie met sonicatie

Soxhlet-extractie is een veelgebruikte vast-vloeistofextractiemethode in synthetische of analytische laboratoria en is vereist wanneer een gewenste verbinding slechts beperkt oplosbaar is in een oplosmiddel en de onzuiverheid in dat oplosmiddel onoplosbaar is. Kort gezegd kan het werkingsprincipe van Soxhlet-extractie worden beschreven als reflux met een oplosmiddel.
Ultrasone technologie wordt met succes in Soxhlet-extractie geïntegreerd om de opbrengst te verhogen en de duur te verkorten. Wanneer de Soxhlet-extractie is voltooid, wordt het oplosmiddel verwijderd (bijvoorbeeld met een rotatieverdamper).

Problemen met conventionele Soxhlet-extractie:

De traditionele Soxhlet-extractie heeft grote nadelen door de lange extractieduur en de grote hoeveelheid oplosmiddel die wordt gebruikt. Bovendien ontbreekt bij een conventionele Soxhlet-extractor de mengbeweging. Deze is vereist om het extractieproces te versnellen. Omdat conventionele Soxhlet-extractoren grote hoeveelheden oplosmiddel gebruiken, vereisen de daaropvolgende verdamping en concentratie veel energie. De kwaliteit van het extract wordt vaak negatief beïnvloed door de lange verblijftijd van de geëxtraheerde verbindingen in de verwarmde kolf van de Soxhlet-extractieopstelling. Thermolabiele doelverbindingen worden afgebroken doordat het materiaal tijdens de lange extractieduur wordt blootgesteld aan de hitte bij het kookpunt van het oplosmiddel.

Oplossing: ultrasone Soxhlet-extractie

Krachtig ultrageluid verhoogt de massaoverdracht tussen monster en oplosmiddel. Daardoor is minder oplosmiddel nodig. De extractieduur wordt drastisch verkort, zodat de extracten niet langdurig aan warmte worden blootgesteld. Daardoor wordt ongewenste thermische afbraak van het extract vermeden of ten minste aanzienlijk verminderd.
Ultrasone technologie kan eenvoudig in een Soxhlet-extractieopstelling worden geïntegreerd – hetzij door de ultrasone hoorn (sonde, sonotrode) in de Soxhlet-kamer te plaatsen, hetzij door de Soxhlet-kamer indirect via de wand van het vat aan sonicatie te onderwerpen. Ultrasone Soxhlet-extractie – ook bekend als Sono-Soxhlet – resulteert in hogere opbrengsten binnen een kortere extractietijd onder mildere extractieomstandigheden.

Sono-Soxhlet- en Sono-Clevenger-opstellingen op industriële schaal met sonicator UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“Sonicatie als extractiemethode is een efficiënte techniek in vergelijking met refluxmethoden voor het extraheren van organische stoffen in sporenhoeveelheden uit bodems en sedimenten. Ultrasone extractietechnieken bleken vergelijkbare of zelfs grotere hoeveelheden (Song et al., 2002) koolwaterstoffen op te leveren dan andere extractietechnieken […]. Afhankelijk van het type verontreinigingen en de matrix kan sonicatie het voordeel van kortere extractietijden bieden. Optimalisatie van de ultrasone extractieparameters, waaronder het type oplosmiddel of de samenstelling van het oplosmiddel, de extractietijd, de monsterbelasting en het watergehalte, is vaak vereist voor efficiëntere en reproduceerbare extracties (Berset et al., 1999). Sonicatietechnieken bieden doorgaans een relatief goedkope methode waarbij kleine volumes organisch oplosmiddel worden gebruikt, zonder dat uitgebreid glaswerk en instrumentarium nodig zijn.”
[Oluseyi et al. 2011]

Voordelen van Sono-Soxhlet-extractie

Sono-Soxhlet-extractie is een variant van de traditionele Soxhlet-extractietechniek waarbij ultrageluid met hoge intensiteit wordt toegepast om het extractieproces te verbeteren. De Sono-Soxhlet-techniek biedt verschillende voordelen die door wetenschappelijk onderzoek en studies worden onderbouwd, waaronder:

• Verhoogde extractie-efficiëntie: Sono-Soxhlet-extractie verhoogt de extractie-efficiëntie door de celwanden van plantaardige materialen of andere monstermatrices af te breken. Akoestische cavitatie die door intense ultrasone golven wordt opgewekt, verbetert de massaoverdracht en bevordert het binnendringen van het oplosmiddel in het monster, waardoor de opbrengst aan geëxtraheerde verbindingen toeneemt.
• Kortere extractietijd: Sono-Soxhlet-extractie verkort de extractietijd aanzienlijk in vergelijking met conventionele Soxhlet-extractie. Omdat ultrageluid een snellere massaoverdracht en diffusie bevordert, is voor de extractie van analyten en plantaardige verbindingen slechts een korte behandeling nodig. Een kortere extractieduur betekent ook een hogere verwerkingscapaciteit.
• Lager oplosmiddelverbruik: De combinatie van Soxhlet-extractie en ultrasone extractie resulteert in een lager oplosmiddelverbruik. Dit draagt niet alleen bij aan kostenbesparingen, maar minimaliseert ook de milieubelasting.
• Veelzijdige toepassingsmogelijkheden: Sono-Soxhlet-extractie is veelzijdig en kan worden toegepast op een breed scala aan monstermatrices, waaronder plantaardige materialen, voedingsproducten, polymeren en milieumonsters. Dankzij deze aanpasbaarheid is het een waardevol hulpmiddel in verschillende wetenschappelijke vakgebieden, zoals fytochemie, chemie en milieuanalyse.
• Groene chemie: Sono-Soxhlet-extractie sluit aan bij de principes van groene chemie doordat afval en energieverbruik worden verminderd. De efficiëntie en het lagere oplosmiddelverbruik dragen bij aan milieuvriendelijkere extractieprocessen.

Deze gunstige aspecten van Sono-Soxhlet-extractie dragen bij aan een betere procesefficiëntie, een efficiënter gebruik van tijd en energie en een grotere milieuvriendelijkheid. De belangrijkste voordelen van Sono-Soxhlet-extractie zijn gebaseerd op een verhoogde extractie-efficiëntie, een kortere verwerkingstijd, een lager oplosmiddelverbruik, veelzijdigheid en een bijdrage aan groene chemie.
Profiteer van ultrasoon verbeterde Soxhlet-extractie en neem nu contact met ons op voor meer informatie!

Literatuur / Referenties

• 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.

Wetenswaardigheden

Ultrasone homogenisatoren worden met succes gebruikt voor extractiedoeleinden in laboratoria en voor industriële productie, bijvoorbeeld in de farmaceutische industrie en de voedingsmiddelenindustrie, en voor biologisch onderzoek en analyse. Het brede productassortiment van Hielscher op het gebied van ultrasone apparaten maakt het mogelijk een optimale procesopstelling samen te stellen – die voldoet aan de procesvereisten voor hoge kwaliteit en productiecapaciteit.