Chiết Soxhlet bằng siêu âm

Siêu âm cải thiện quá trình chiết Soxhlet thông thường. Chiết Soxhlet có hỗ trợ siêu âm, còn được gọi là Sono-Soxhlet, mang lại hiệu suất thu hồi cao hơn và thời gian chiết ngắn hơn. Các thiết bị siêu âm dạng đầu dò của Hielscher có thể dễ dàng tích hợp vào bất kỳ hệ thống chiết Soxhlet cổ điển nào.

Chiết Soxhlet sử dụng siêu âm

Chiết Soxhlet là phương pháp chiết rắn–lỏng thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm tổng hợp hoặc phân tích và cần thiết khi hợp chất mong muốn chỉ có độ tan hạn chế trong một dung môi, còn tạp chất không tan trong dung môi đó. Tóm lại, nguyên lý hoạt động của quá trình chiết Soxhlet có thể được mô tả là quá trình hồi lưu dung môi.
Siêu âm được tích hợp thành công vào quá trình chiết Soxhlet để tăng hiệu suất thu hồi và rút ngắn thời gian. Khi quá trình chiết Soxhlet hoàn tất, dung môi được loại bỏ (ví dụ: bằng thiết bị cô quay).

Các vấn đề của phương pháp chiết Soxhlet thông thường:

Phương pháp chiết Soxhlet truyền thống có những nhược điểm lớn do thời gian chiết dài và lượng dung môi sử dụng lớn. Hơn nữa, thiết bị chiết Soxhlet thông thường không có cơ chế khuấy trộn. Khuấy trộn là cần thiết để tăng tốc quá trình chiết. Do các thiết bị chiết Soxhlet thông thường sử dụng lượng lớn dung môi, các bước bay hơi và cô đặc tiếp theo đòi hỏi nhiều năng lượng. Chất lượng dịch chiết thường bị ảnh hưởng tiêu cực do các hợp chất được chiết lưu lại lâu trong bình cầu được gia nhiệt của hệ thống chiết Soxhlet. Các hợp chất mục tiêu kém bền nhiệt bị phân hủy vì vật liệu phải chịu nhiệt ở nhiệt độ sôi của dung môi trong suốt thời gian chiết kéo dài.

Giải pháp: Chiết Soxhlet bằng siêu âm

Siêu âm công suất cao tăng cường quá trình truyền khối giữa mẫu và dung môi. Nhờ đó, lượng dung môi cần dùng ít hơn. Thời gian chiết được rút ngắn đáng kể, nhờ vậy dịch chiết không phải chịu nhiệt kéo dài. Do đó, sự phân hủy nhiệt không mong muốn của dịch chiết được ngăn ngừa hoặc ít nhất được giảm đáng kể.
Siêu âm có thể dễ dàng tích hợp vào hệ thống chiết Soxhlet – bằng cách đưa đầu phát siêu âm (đầu dò, sonotrode) vào buồng Soxhlet hoặc xử lý siêu âm gián tiếp buồng Soxhlet qua thành bình. Chiết Soxhlet bằng siêu âm – còn được gọi là Sono-Soxhlet – mang lại hiệu suất thu hồi cao hơn trong thời gian chiết ngắn hơn với điều kiện chiết ôn hòa hơn.

Các hệ thống Sono-Soxhlet và Sono-Clevenger ở quy mô công nghiệp với thiết bị siêu âm UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“Xử lý siêu âm là một kỹ thuật chiết hiệu quả khi so sánh với các phương pháp hồi lưu để chiết các chất hữu cơ ở hàm lượng vết từ đất và trầm tích. Các kỹ thuật chiết bằng siêu âm đã được chứng minh là thu được lượng hydrocarbon tương đương hoặc thậm chí lớn hơn (Song et al., 2002) so với các kỹ thuật chiết khác […]. Tùy thuộc vào loại chất ô nhiễm và nền mẫu, xử lý siêu âm có thể có ưu điểm là thời gian chiết ngắn hơn. Việc tối ưu hóa các thông số chiết bằng siêu âm, bao gồm loại dung môi hoặc thành phần dung môi, thời gian chiết, lượng mẫu nạp và hàm lượng nước, thường cần thiết để quá trình chiết hiệu quả hơn và có độ tái lập cao hơn (Berset et al., 1999). Các kỹ thuật siêu âm thường cung cấp một phương pháp có chi phí tương đối thấp, sử dụng thể tích dung môi hữu cơ nhỏ mà không cần dụng cụ thủy tinh và thiết bị đo phức tạp.”
[Oluseyi et al. 2011]

Ưu điểm của phương pháp chiết Sono-Soxhlet

Chiết Sono-Soxhlet là một biến thể của kỹ thuật chiết Soxhlet truyền thống, kết hợp siêu âm cường độ cao để tăng cường quá trình chiết. Kỹ thuật Sono-Soxhlet mang lại một số ưu điểm được các nghiên cứu và khảo sát khoa học chứng minh, bao gồm:

• Tăng hiệu quả chiết: Chiết Sono-Soxhlet tăng hiệu quả chiết bằng cách phá vỡ thành tế bào của nguyên liệu thực vật hoặc các nền mẫu khác. Hiện tượng xâm thực âm do sóng siêu âm cường độ cao tạo ra cải thiện quá trình truyền khối và tăng cường khả năng thâm nhập của dung môi vào mẫu, nhờ đó tăng hiệu suất thu hồi các hợp chất được chiết.
• Rút ngắn thời gian chiết: Chiết Sono-Soxhlet rút ngắn đáng kể thời gian chiết so với phương pháp chiết Soxhlet thông thường. Vì siêu âm thúc đẩy quá trình truyền khối và khuếch tán diễn ra nhanh hơn, việc chiết các chất phân tích và hợp chất thực vật chỉ cần một thời gian xử lý ngắn. Thời gian chiết ngắn hơn cũng đồng nghĩa với năng suất xử lý mẫu cao hơn.
• Giảm lượng dung môi tiêu thụ: Sự kết hợp giữa chiết Soxhlet và chiết bằng siêu âm giúp giảm lượng dung môi tiêu thụ. Điều này không chỉ góp phần tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.
• Khả năng ứng dụng đa dạng: Chiết Sono-Soxhlet có tính linh hoạt và có thể áp dụng cho nhiều loại nền mẫu, bao gồm nguyên liệu thực vật, sản phẩm thực phẩm, polyme và mẫu môi trường. Khả năng thích ứng khiến phương pháp này trở thành một công cụ có giá trị trong nhiều lĩnh vực khoa học, như hóa học thực vật, hóa học và phân tích môi trường.
• Hóa học xanh: Chiết Sono-Soxhlet phù hợp với các nguyên tắc của hóa học xanh nhờ giảm chất thải và mức tiêu thụ năng lượng. Hiệu quả của phương pháp và việc giảm sử dụng dung môi góp phần tạo ra các quy trình chiết thân thiện hơn với môi trường.

Những lợi ích này của phương pháp chiết Sono-Soxhlet góp phần cải thiện hiệu quả quy trình, hiệu quả sử dụng thời gian và năng lượng cũng như tính thân thiện với môi trường. Các ưu điểm chính của phương pháp chiết Sono-Soxhlet dựa trên việc tăng hiệu quả chiết, giảm thời gian xử lý, giảm lượng dung môi tiêu thụ, tính linh hoạt và đóng góp cho hóa học xanh.
Hãy tận dụng phương pháp chiết Soxhlet được cải thiện bằng siêu âm và liên hệ với chúng tôi ngay để biết thêm thông tin!

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

• 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.

Những thông tin đáng biết

Các thiết bị đồng nhất hóa bằng siêu âm được sử dụng thành công cho mục đích chiết trong phòng thí nghiệm và sản xuất công nghiệp, ví dụ như trong ngành dược phẩm và thực phẩm, cũng như trong nghiên cứu và phân tích sinh học. Danh mục thiết bị siêu âm đa dạng của Hielscher cho phép xây dựng một hệ thống quy trình tối ưu – đáp ứng các yêu cầu của quy trình về chất lượng và sản lượng cao.