Ultradźwiękowa ekstrakcja Soxhleta

Ultradźwięki poprawiają konwencjonalną ekstrakcję Soxhleta. Ultradźwiękowo wspomagany Soxhlet, znany również jako Sono-Soxhlet, ekstrakcja prowadzi do wyższych plonów i krótszych czasów ekstrakcji. Sonikatory typu Hielscher można łatwo zintegrować z dowolnym klasycznym układem ekstraktora Soxhleta.

Ekstrakcja Soxhleta przy użyciu ultradźwięków

Ekstrakcja Soxhleta jest często stosowaną metodą ekstrakcji ciało stałe-ciecz stosowaną w laboratorium syntetycznym lub analitycznym i jest wymagana, gdy pożądany związek wykazuje jedynie ograniczoną rozpuszczalność w rozpuszczalniku, a zanieczyszczenie jest nierozpuszczalne w tym rozpuszczalniku. W skrócie, zasadę działania ekstrakcji Soxhleta można opisać jako refluks na bazie rozpuszczalnika.
Ultradźwięki są z powodzeniem zintegrowane z ekstrakcją Soxhleta w celu zwiększenia wydajności i skrócenia czasu trwania. Po zakończeniu ekstrakcji Soxhleta rozpuszczalnik jest usuwany (np. za pomocą wyparki obrotowej).

Problemy z konwencjonalną ekstrakcją Soxhleta:

Tradycyjna ekstrakcja Soxhleta ma poważne wady ze względu na długi czas trwania ekstrakcji i dużą ilość użytego rozpuszczalnika. Ponadto w konwencjonalnym ekstraktorze Soxhleta brakuje mieszania. Mieszanie jest wymagane w celu przyspieszenia procesu ekstrakcji. Ponieważ konwencjonalne ekstraktory Soxhleta wykorzystują duże ilości rozpuszczalnika, późniejsze odparowanie i zagęszczenie wymagają dużej ilości energii. Na jakość ekstraktu często negatywnie wpływa długi czas retencji ekstrahowanych związków w podgrzewanej bańce zestawu do ekstrakcji Soxhleta. Termolabilne związki docelowe ulegają rozkładowi, ponieważ materiał jest narażony podczas długiego czasu ekstrakcji na ciepło temperatury wrzenia rozpuszczalnika.

Rozwiązanie: Ultradźwiękowa ekstrakcja Soxhleta

Silne ultradźwięki zwiększają przenoszenie masy między próbką a rozpuszczalnikiem. Dzięki temu wymagana jest mniejsza ilość rozpuszczalnika. Czas trwania ekstrakcji jest drastycznie skrócony, dzięki czemu ekstrakty nie są narażone na długie działanie ciepła. W ten sposób unika się niepożądanego rozkładu termicznego ekstraktu lub przynajmniej znacznie go zmniejsza.
Ultradźwięki można łatwo zintegrować z zestawem do ekstrakcji Soxhleta – albo przez wprowadzenie rogu ultradźwiękowego (sondy, sonotrody) do komory Soxhleta, albo przez sonikację komory Soxhleta pośrednio przez ścianę naczynia. Ultradźwiękowa ekstrakcja Soxhleta – znany również jako Sono-Soxhlet – skutkuje wyższą wydajnością w krótszym czasie ekstrakcji w łagodniejszych warunkach ekstrakcji.

Konfiguracje Sono-Soxhlet i Sono-Clevenger na skalę przemysłową z Sonicator UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“Ultradźwięki jako metoda ekstrakcji są skuteczną techniką w porównaniu z metodami refluksowymi do ekstrakcji śladowych substancji organicznych z gleb i osadów. Techniki ekstrakcji ultradźwiękowej okazały się generować porównywalne lub nawet większe ilości (Song et al., 2002) węglowodorów niż inne techniki ekstrakcji […]. W zależności od rodzaju zanieczyszczeń i matrycy, sonikacja może mieć zaletę szybszego czasu ekstrakcji. Optymalizacja parametrów ekstrakcji ultradźwiękowej, w tym rodzaju rozpuszczalnika lub składu rozpuszczalnika, czasu ekstrakcji, obciążenia próbki i zawartości wody, jest wymagana wielokrotnie w celu uzyskania bardziej wydajnych i powtarzalnych ekstrakcji (Berset i in., 1999). Techniki ultradźwiękowe zwykle zapewniają stosunkowo niedrogą metodę, wykorzystującą małe objętości rozpuszczalnika organicznego bez potrzeby stosowania skomplikowanych naczyń szklanych i oprzyrządowania.”
[Oluseyi et al. 2011].

Zalety ekstrakcji metodą Sono-Soxhlet

Ekstrakcja Sono-Soxhleta to odmiana tradycyjnej techniki ekstrakcji Soxhleta, która wykorzystuje ultradźwięki o wysokiej intensywności w celu usprawnienia procesu ekstrakcji. Technika Sono-Soxhlet oferuje kilka korzyści, popartych badaniami naukowymi i badaniami, które obejmują:

• Zwiększona wydajność wydobycia: Ekstrakcja Sono-Soxhleta zwiększa wydajność ekstrakcji poprzez rozbijanie ścian komórkowych materiałów roślinnych lub innych matryc próbek. Kawitacja akustyczna wytwarzana przez intensywne fale ultradźwiękowe poprawia przenoszenie masy i zwiększa penetrację rozpuszczalnika do próbki, zwiększając w ten sposób wydajność ekstrahowanych związków.
• Skrócony czas ekstrakcji: Ekstrakcja Sono-Soxhleta znacznie skraca czas ekstrakcji w porównaniu do konwencjonalnej ekstrakcji Soxhleta. Ponieważ ultradźwięki sprzyjają szybszemu przenoszeniu masy i dyfuzji, ekstrakcja analitów i związków botanicznych trwa tylko krótko. Krótszy czas trwania ekstrakcji oznacza również wyższą przepustowość.
• Niższe zużycie rozpuszczalnika: Połączenie ekstrakcji Soxhleta i ultradźwiękowej skutkuje zmniejszonym zużyciem rozpuszczalnika. Przyczynia się to nie tylko do oszczędności kosztów, ale także minimalizuje wpływ na środowisko.
• Wszechstronność zastosowań: Ekstrakcja Sono-Soxhleta jest wszechstronna i może być stosowana do szerokiej gamy matryc próbek, w tym materiałów roślinnych, produktów spożywczych, polimerów i próbek środowiskowych. Jego zdolność adaptacji czyni go cennym narzędziem w różnych dziedzinach nauki, takich jak fitochemia, chemia i analiza środowiskowa.
• Zielona chemia: Ekstrakcja Sono-Soxhleta jest zgodna z zasadami zielonej chemii poprzez zmniejszenie ilości odpadów i zużycia energii. Jej wydajność i mniejsze zużycie rozpuszczalników przyczyniają się do bardziej przyjaznych dla środowiska procesów ekstrakcji.

Te korzystne aspekty ekstrakcji Sono-Soxhleta przyczyniają się do poprawy wydajności procesu, oszczędności czasu i energii, a także przyjazności dla środowiska. Główne zalety ekstrakcji Sono-Soxhleta opierają się na zwiększonej wydajności ekstrakcji, skróconym czasie przetwarzania, niższym zużyciu rozpuszczalnika, wszechstronności i wkładzie w zieloną chemię.
Skorzystaj z ulepszonej ultradźwiękowo ekstrakcji Soxhleta i skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji!

Literatura / Referencje