Ultrazvuková Soxhletova extrakcia

Ultrazvuk zlepšuje konvenčnú Soxhletovu extrakciu. Ultrazvukom podporovaná Soxhletova extrakcia, známa aj ako Sono-Soxhlet, vedie k vyšším výťažkom a kratším časom extrakcie. Sondové sonikátory Hielscher možno ľahko integrovať do akejkoľvek klasickej zostavy Soxhletovho extraktora.

Soxhletova extrakcia s využitím ultrazvuku

Soxhletova extrakcia je často používaná metóda extrakcie tuhá látka–kvapalina využívaná v syntetických alebo analytických laboratóriách a je potrebná vtedy, keď požadovaná zlúčenina vykazuje iba obmedzenú rozpustnosť v rozpúšťadle a nečistota je v tomto rozpúšťadle nerozpustná. Stručne možno princíp fungovania Soxhletovej extrakcie opísať ako reflux s použitím rozpúšťadla.
Ultrazvuk sa úspešne začleňuje do Soxhletovej extrakcie na zvýšenie výťažku a skrátenie jej trvania. Po dokončení Soxhletovej extrakcie sa rozpúšťadlo odstráni (napr. pomocou rotačnej odparky).

Problémy konvenčnej Soxhletovej extrakcie:

Tradičná Soxhletova extrakcia má zásadné nevýhody vyplývajúce z dlhého trvania extrakcie a veľkého množstva použitého rozpúšťadla. Okrem toho konvenčný Soxhletov extraktor neposkytuje miešanie. Miešanie je potrebné na urýchlenie extrakčného procesu. Keďže konvenčné Soxhletove extraktory používajú veľké množstvá rozpúšťadla, následné odparovanie a zahusťovanie si vyžadujú veľa energie. Kvalitu extraktu často negatívne ovplyvňuje dlhý čas zotrvania extrahovaných zlúčenín vo vyhrievanej banke zostavy na Soxhletovu extrakciu. Termolabilné cieľové zlúčeniny sa rozkladajú, pretože materiál je počas dlhej extrakcie vystavený teplote varu rozpúšťadla.

Riešenie: Ultrazvuková Soxhletova extrakcia

Výkonný ultrazvuk zvyšuje prenos hmoty medzi vzorkou a rozpúšťadlom. Vďaka tomu je potrebné menšie množstvo rozpúšťadla. Trvanie extrakcie sa výrazne skracuje, takže extrakty nie sú dlhodobo vystavené teplu. Tým sa zabraňuje nežiaducemu tepelnému rozkladu extraktu alebo sa aspoň výrazne znižuje.
Ultrazvuk možno ľahko integrovať do zostavy na Soxhletovu extrakciu – buď zavedením ultrazvukového nadstavca (sondy, sonotródy) do Soxhletovej komory, alebo nepriamou sonikáciou Soxhletovej komory cez stenu nádoby. Ultrazvuková Soxhletova extrakcia – známa aj ako Sono-Soxhlet – prináša vyššie výťažky za kratší čas extrakcie pri miernejších extrakčných podmienkach.

Zostavy Sono-Soxhlet a Sono-Clevenger v priemyselnom meradle so sonikátorom UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

„Sonikácia ako extrakčná metóda je účinnou technikou v porovnaní s refluxnými metódami na extrakciu stopových organických látok z pôd a sedimentov. Preukázalo sa, že ultrazvukové extrakčné techniky poskytujú porovnateľné alebo dokonca väčšie množstvá (Song et al., 2002) uhľovodíkov než iné extrakčné techniky […]. V závislosti od typu kontaminantov a matrice môže byť výhodou sonikácie kratší čas extrakcie. Na dosiahnutie účinnejších a reprodukovateľných extrakcií je často potrebná optimalizácia parametrov ultrazvukovej extrakcie vrátane typu rozpúšťadla alebo jeho zloženia, času extrakcie, množstva vzorky a obsahu vody (Berset et al., 1999). Sonikačné techniky zvyčajne predstavujú metódu s relatívne nízkymi nákladmi, ktorá využíva malé objemy organického rozpúšťadla bez potreby zložitého laboratórneho skla a prístrojového vybavenia.“
[Oluseyi et al. 2011]

Výhody extrakcie Sono-Soxhlet

Extrakcia Sono-Soxhlet je variantom tradičnej Soxhletovej extrakčnej techniky, ktorý využíva ultrazvuk s vysokou intenzitou na zlepšenie extrakčného procesu. Technika Sono-Soxhlet ponúka niekoľko výhod podložených vedeckým výskumom a štúdiami, medzi ktoré patria:

• Zvýšená účinnosť extrakcie: Extrakcia Sono-Soxhlet zvyšuje účinnosť extrakcie narúšaním bunkových stien rastlinných materiálov alebo iných matríc vzoriek. Akustická kavitácia vytvorená intenzívnymi ultrazvukovými vlnami zlepšuje prenos hmoty a prenikanie rozpúšťadla do vzorky, čím zvyšuje výťažok extrahovaných zlúčenín.
• Skrátený čas extrakcie: Extrakcia Sono-Soxhlet výrazne skracuje čas extrakcie v porovnaní s konvenčnou Soxhletovou extrakciou. Keďže ultrazvuk podporuje rýchlejší prenos hmoty a difúziu, extrakcia analytov a rastlinných zlúčenín si vyžaduje iba krátke spracovanie. Kratšie trvanie extrakcie znamená aj vyššiu kapacitu spracovania vzoriek.
• Nižšia spotreba rozpúšťadla: Kombinácia Soxhletovej a ultrazvukovej extrakcie vedie k zníženiu spotreby rozpúšťadla. To nielen prispieva k úspore nákladov, ale aj minimalizuje vplyv na životné prostredie.
• Všestranné využitie: Extrakcia Sono-Soxhlet je všestranná a možno ju použiť na širokú škálu matríc vzoriek vrátane rastlinných materiálov, potravinových produktov, polymérov a environmentálnych vzoriek. Jej prispôsobivosť z nej robí cenný nástroj v rôznych vedných oblastiach, ako sú fytochémia, chémia a environmentálna analýza.
• Zelená chémia: Extrakcia Sono-Soxhlet je v súlade s princípmi zelenej chémie vďaka znižovaniu množstva odpadu a spotreby energie. Jej účinnosť a znížená spotreba rozpúšťadla prispievajú k extrakčným procesom šetrnejším k životnému prostrediu.

Tieto prínosné aspekty extrakcie Sono-Soxhlet prispievajú k zlepšeniu účinnosti procesu, časovej a energetickej efektívnosti, ako aj k šetrnosti k životnému prostrediu. Hlavné výhody extrakcie Sono-Soxhlet spočívajú vo zvýšenej účinnosti extrakcie, skrátenom čase spracovania, nižšej spotrebe rozpúšťadla, všestrannosti a prínose k zelenej chémii.
Využite výhody Soxhletovej extrakcie zlepšenej ultrazvukom a kontaktujte nás už teraz, aby ste získali ďalšie informácie!

Literatúra / Referencie

• 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.

Užitočné informácie

Ultrazvukové homogenizátory sa úspešne používajú na extrakciu v laboratóriách a v priemyselnej výrobe, napr. vo farmaceutickom a potravinárskom priemysle a pri biologickom výskume a analýze. Široký sortiment ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje zostaviť optimálnu procesnú zostavu – spĺňajúcu požiadavky procesu na vysokú kvalitu a produkciu.