Ultradźwiękowa ekstrakcja Soxhleta

Ultradźwięki usprawniają konwencjonalną ekstrakcję Soxhleta. Ekstrakcja Soxhleta wspomagana ultradźwiękami, znana również jako Sono-Soxhlet, zapewnia wyższe uzyski i krótszy czas ekstrakcji. Sonikatory sondowe Hielscher można łatwo zintegrować z dowolnym klasycznym zestawem do ekstrakcji Soxhleta.

Ekstrakcja Soxhleta z zastosowaniem sonikacji

Ekstrakcja Soxhleta jest często stosowaną metodą ekstrakcji ciało stałe–ciecz, wykorzystywaną w laboratoriach syntezy lub analitycznych. Jest wymagana, gdy pożądany związek wykazuje jedynie ograniczoną rozpuszczalność w rozpuszczalniku, a zanieczyszczenie jest w nim nierozpuszczalne. W skrócie zasadę działania ekstrakcji Soxhleta można opisać jako proces z zawracaniem skroplonego rozpuszczalnika.
Ultradźwięki są z powodzeniem stosowane w ekstrakcji Soxhleta w celu zwiększenia uzysku i skrócenia czasu jej trwania. Po zakończeniu ekstrakcji Soxhleta rozpuszczalnik jest usuwany (np. za pomocą wyparki obrotowej).

Problemy związane z konwencjonalną ekstrakcją Soxhleta:

Tradycyjna ekstrakcja Soxhleta ma istotne wady wynikające z długiego czasu ekstrakcji i dużej ilości używanego rozpuszczalnika. Ponadto konwencjonalny ekstraktor Soxhleta nie zapewnia mieszania. Mieszanie jest wymagane do przyspieszenia procesu ekstrakcji. Ponieważ konwencjonalne ekstraktory Soxhleta zużywają duże ilości rozpuszczalnika, późniejsze odparowanie i zatężanie wymagają dużej ilości energii. Długi czas przebywania ekstrahowanych związków w ogrzewanej kolbie zestawu do ekstrakcji Soxhleta często negatywnie wpływa na jakość ekstraktu. Termolabilne związki docelowe ulegają rozkładowi, ponieważ podczas długotrwałej ekstrakcji materiał jest poddawany działaniu ciepła w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika.

Rozwiązanie: ultradźwiękowa ekstrakcja Soxhleta

Ultradźwięki o dużej mocy zwiększają transport masy między próbką a rozpuszczalnikiem. Dzięki temu wymagana jest mniejsza ilość rozpuszczalnika. Czas ekstrakcji ulega radykalnemu skróceniu, dzięki czemu ekstrakty nie są poddawane długotrwałemu działaniu ciepła. Pozwala to uniknąć niepożądanego rozkładu termicznego ekstraktu lub przynajmniej znacznie go ograniczyć.
Ultradźwięki można łatwo wprowadzić do zestawu do ekstrakcji Soxhleta – przez umieszczenie rogu ultradźwiękowego (sondy, sonotrody) w komorze Soxhleta lub przez pośrednią sonikację komory Soxhleta przez ściankę naczynia. Ultradźwiękowa ekstrakcja Soxhleta – znana również jako Sono-Soxhlet – zapewnia wyższe uzyski w krótszym czasie i w łagodniejszych warunkach ekstrakcji.

Zestawy Sono-Soxhlet i Sono-Clevenger w skali przemysłowej z sonikatorem UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

„Sonikacja jako metoda ekstrakcji jest skuteczną techniką w porównaniu z metodami wykorzystującymi ogrzewanie pod chłodnicą zwrotną do ekstrakcji śladowych ilości związków organicznych z gleb i osadów. Wykazano, że techniki ekstrakcji ultradźwiękowej pozwalają uzyskać porównywalne lub nawet większe ilości (Song et al., 2002) węglowodorów niż inne techniki ekstrakcji […]. W zależności od rodzaju zanieczyszczeń i matrycy zaletą sonikacji może być krótszy czas ekstrakcji. Aby uzyskać bardziej wydajną i powtarzalną ekstrakcję, często wymagana jest optymalizacja parametrów ekstrakcji ultradźwiękowej, w tym rodzaju lub składu rozpuszczalnika, czasu ekstrakcji, ilości próbki i zawartości wody (Berset et al., 1999). Techniki sonikacji stanowią zazwyczaj stosunkowo niedrogą metodę, wykorzystującą niewielkie objętości rozpuszczalnika organicznego bez konieczności stosowania rozbudowanego wyposażenia szklanego i aparatury.”
[Oluseyi et al. 2011]

Zalety ekstrakcji Sono-Soxhlet

Ekstrakcja Sono-Soxhlet jest wariantem tradycyjnej techniki ekstrakcji Soxhleta, w którym do usprawnienia procesu ekstrakcji wykorzystuje się ultradźwięki o wysokiej intensywności. Technika Sono-Soxhlet oferuje szereg zalet potwierdzonych badaniami naukowymi, do których należą:

• Zwiększona wydajność ekstrakcji: Ekstrakcja Sono-Soxhlet zwiększa wydajność ekstrakcji przez rozbijanie ścian komórkowych materiałów roślinnych lub innych matryc próbek. Kawitacja akustyczna wywołana intensywnymi falami ultradźwiękowymi poprawia transport masy i zwiększa wnikanie rozpuszczalnika do próbki, zwiększając tym samym uzysk ekstrahowanych związków.
• Skrócony czas ekstrakcji: Ekstrakcja Sono-Soxhlet znacznie skraca czas ekstrakcji w porównaniu z konwencjonalną ekstrakcją Soxhleta. Ponieważ ultradźwięki przyspieszają transport masy i dyfuzję, ekstrakcja analitów i związków pochodzenia roślinnego wymaga jedynie krótkiej obróbki. Krótszy czas ekstrakcji oznacza również większą wydajność przetwarzania próbek.
• Mniejsze zużycie rozpuszczalnika: Połączenie ekstrakcji Soxhleta z ekstrakcją ultradźwiękową zmniejsza zużycie rozpuszczalnika. Przyczynia się to nie tylko do oszczędności kosztów, lecz także minimalizuje wpływ na środowisko.
• Wszechstronność zastosowań: Ekstrakcja Sono-Soxhlet jest wszechstronna i może być stosowana do szerokiego zakresu matryc próbek, w tym materiałów roślinnych, produktów spożywczych, polimerów i próbek środowiskowych. Możliwość dostosowania tej metody sprawia, że jest ona cennym narzędziem w różnych dziedzinach nauki, takich jak fitochemia, chemia i analiza środowiskowa.
• Zielona chemia: Ekstrakcja Sono-Soxhlet jest zgodna z zasadami zielonej chemii, ponieważ ogranicza ilość odpadów i zużycie energii. Jej wydajność i mniejsze zużycie rozpuszczalnika przyczyniają się do tworzenia bardziej przyjaznych środowisku procesów ekstrakcji.

Te korzystne cechy ekstrakcji Sono-Soxhlet przyczyniają się do poprawy wydajności procesu, oszczędności czasu i energii oraz większej przyjazności dla środowiska. Główne zalety ekstrakcji Sono-Soxhlet opierają się na zwiększonej wydajności ekstrakcji, skróconym czasie przetwarzania, mniejszym zużyciu rozpuszczalnika, wszechstronności i wkładzie w zieloną chemię.
Skorzystaj z ekstrakcji Soxhleta usprawnionej ultradźwiękami i skontaktuj się z nami już teraz, aby uzyskać więcej informacji!

Literatura / Źródła

• 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.

Warto wiedzieć

Homogenizatory ultradźwiękowe są z powodzeniem stosowane do ekstrakcji w laboratoriach i w produkcji przemysłowej, np. w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym oraz w badaniach i analizach biologicznych. Szeroka gama urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia skompletowanie optymalnego zestawu procesowego – spełniającego wymagania procesu dotyczące wysokiej jakości i wydajności.