Extracția Soxhlet cu ultrasunete

Ultrasunetele îmbunătățesc extracția Soxhlet convențională. Extracția Soxhlet asistată cu ultrasunete, cunoscută și ca Sono-Soxhlet, conduce la randamente mai mari și la timpi de extracție mai scurți. Sonicatoarele cu sondă Hielscher pot fi integrate cu ușurință în orice configurație clasică de extractor Soxhlet.

Extracția Soxhlet prin sonicare

Extracția Soxhlet este o metodă de extracție solid-lichid utilizată frecvent în laboratoarele de sinteză sau de analiză și este necesară atunci când un compus dorit prezintă doar o solubilitate limitată într-un solvent, iar impuritatea este insolubilă în acel solvent. Pe scurt, principiul de funcționare al extracției Soxhlet poate fi descris ca un reflux pe bază de solvent.
Ultrasunetele sunt integrate cu succes în extracția Soxhlet pentru a crește randamentul și a scurta durata. După finalizarea extracției Soxhlet, solventul este îndepărtat (de exemplu, cu ajutorul unui evaporator rotativ).

Probleme ale extracției Soxhlet convenționale:

Extracția Soxhlet tradițională prezintă dezavantaje majore din cauza duratei lungi de extracție și a cantității mari de solvent utilizate. În plus, unui extractor Soxhlet convențional îi lipsește agitarea. Agitarea este necesară pentru a accelera procesul de extracție. Deoarece extractoarele Soxhlet convenționale utilizează cantități mari de solvent, evaporarea și concentrarea ulterioare necesită multă energie. Calitatea extractului este adesea afectată negativ de timpul lung de retenție al compușilor extrași în balonul încălzit al instalației de extracție Soxhlet. Compușii țintă termolabili se descompun, deoarece materialul este expus, pe durata lungă a extracției, la căldura corespunzătoare punctului de fierbere al solventului.

Soluția: extracția Soxhlet cu ultrasunete

Ultrasunetele de mare putere intensifică transferul de masă dintre probă și solvent. Astfel, este necesar mai puțin solvent. Durata extracției este scurtată drastic, astfel încât extractele nu sunt supuse unei expuneri îndelungate la căldură. Astfel, descompunerea termică nedorită a extractului este evitată sau cel puțin redusă semnificativ.
Ultrasunetele pot fi integrate cu ușurință într-o instalație de extracție Soxhlet – fie prin introducerea sonotrodei ultrasonice (sondă de sonicare, sonotrodă) în camera Soxhlet, fie prin sonicarea indirectă a camerei Soxhlet prin peretele vasului. Extracția Soxhlet cu ultrasunete – cunoscută și ca Sono-Soxhlet – conduce la randamente mai mari într-un timp de extracție mai scurt, în condiții de extracție mai blânde.

Instalații Sono-Soxhlet și Sono-Clevenger la scară industrială cu sonicatorul UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

„Sonicarea ca metodă de extracție este o tehnică eficientă în comparație cu metodele cu reflux pentru extragerea compușilor organici în urme din soluri și sedimente. S-a demonstrat că tehnicile de extracție cu ultrasunete generează cantități comparabile sau chiar mai mari (Song et al., 2002) de hidrocarburi decât alte tehnici de extracție […]. În funcție de tipul de contaminanți și de matrice, sonicarea poate avea avantajul unor timpi de extracție mai scurți. Optimizarea parametrilor extracției cu ultrasunete, inclusiv tipul de solvent sau compoziția solventului, timpul de extracție, încărcătura de probă și conținutul de apă, este necesară de multe ori pentru extracții mai eficiente și reproductibile (Berset et al., 1999). Tehnicile de sonicare oferă de obicei o metodă cu costuri relativ reduse, folosind volume mici de solvent organic, fără a necesita sticlărie și instrumentație complexe.”
[Oluseyi et al. 2011]

Avantajele extracției Sono-Soxhlet

Extracția Sono-Soxhlet este o variantă a tehnicii tradiționale de extracție Soxhlet care încorporează ultrasunete de mare intensitate pentru a îmbunătăți procesul de extracție. Tehnica Sono-Soxhlet oferă mai multe avantaje, susținute de cercetări și studii științifice, printre care:

• Eficiență de extracție crescută: Extracția Sono-Soxhlet crește eficiența extracției prin distrugerea pereților celulari ai materialelor vegetale sau ai altor matrice de probă. Cavitația acustică generată de undele ultrasonice intense îmbunătățește transferul de masă și intensifică pătrunderea solventului în probă, crescând astfel randamentul compușilor extrași.
• Timp de extracție redus: Extracția Sono-Soxhlet reduce semnificativ timpul de extracție în comparație cu extracția Soxhlet convențională. Deoarece ultrasunetele favorizează un transfer de masă și o difuzie mai rapide, extracția analiților și a compușilor botanici necesită doar un tratament scurt. O durată de extracție mai scurtă înseamnă, de asemenea, capacități de procesare mai mari.
• Consum mai mic de solvent: Combinarea extracției Soxhlet cu extracția cu ultrasunete conduce la un consum redus de solvent. Acest lucru nu doar contribuie la reducerea costurilor, ci și minimizează impactul asupra mediului.
• Versatilitatea aplicațiilor: Extracția Sono-Soxhlet este versatilă și poate fi aplicată unei game largi de matrice de probă, inclusiv materiale vegetale, produse alimentare, polimeri și probe de mediu. Adaptabilitatea sa o transformă într-un instrument valoros în diverse domenii științifice, precum fitochimia, chimia și analiza de mediu.
• Chimie verde: Extracția Sono-Soxhlet este în concordanță cu principiile chimiei verzi, prin reducerea deșeurilor și a consumului de energie. Eficiența sa și consumul redus de solvent contribuie la procese de extracție mai ecologice.

Aceste aspecte benefice ale extracției Sono-Soxhlet contribuie la îmbunătățirea eficienței procesului, a eficienței în ceea ce privește timpul și energia, precum și la respectarea mediului. Principalele avantaje ale extracției Sono-Soxhlet se bazează pe eficiența de extracție crescută, timpul de procesare redus, consumul mai mic de solvent, versatilitate și contribuția la chimia verde.
Profitați de extracția Soxhlet îmbunătățită cu ultrasunete și contactați-ne acum pentru mai multe informații!

Literatură / Referințe

• 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.

Informații utile

Omogenizatoarele cu ultrasunete sunt utilizate cu succes în scopuri de extracție în laboratoare și în producția industrială, de exemplu în industria farmaceutică și alimentară, precum și în cercetarea și analiza biologică. Gama largă de dispozitive cu ultrasunete Hielscher permite asamblarea unei configurații de proces optime – care îndeplinește cerințele procesului privind calitatea ridicată și productivitatea.