Basınçlı Sıvı Ekstraksiyonu (Hızlandırılmış Çözücü Ekstraksiyon)

sıvıların çeşitli matrislere yüksek basınçta olduklarında daha iyi nufuz etmesi avantajına sahiptir. Yükseltilmiş basınç, solventin daha yüksek sıcaklıklarda sıvı halde bulunmasını sağlar. Yüksek sıcaklıkların kullanımı, van der Waals kuvvetleri, hidrojen bağı ve dipol çekim gibi analit-örnek matriksi etkileşimlerinin bozulmasına yardımcı olarak ekstraksiyon verimini artırır [79]. Katılar ve yarı katı hammaddeler için geliştirilmiş bir ekstraksiyon tekniğidir. Basınç artışı çözücülerin atmosferik basınçtaki kaynama noktalarının üstündeki sıcaklıkların kullanımını sağlar. Artan sıcaklık sıvı solventin viskozitesini azaltır ve matriks partiküllerinin içine girmesini kolaylaştırır. Sıcaklık, güçlü analit ve matriks etkileşimlerinin bozulmasına yardım eder ve denge zamanını kısaltan difüzyon hızlarını artırır. Bu durum özellikle difüzyon kontrollü örneklerde daha hızlı ekstraksiyonlara izin verir. PLE’nin temel özelliği, gerekli solvent miktarını önemli ölçüde azaltırken, ekstraksiyon sürecinin hızını artıran yüksek difüzyon sıvıları kullanmasıdır [80]. Bu teknik katıdan istenilen bileşiklerin, süperkritik koşullarda, yüksek sıcaklık (50 ve 200°C) ve basınçta (10–15MPa) organik çözücü sistemi ile ekstrakte edilmesini sağlar [81]. BSE, bilinen ekstraksiyon tekniklerinden olan Soxhlet, göre ekstraksiyon süresi, çözücü tüketimi, ekstraksiyon verimi ve tekrarlanabilirlik açısından daha avantajlı bir yöntemdir. Yüksek sıcaklık ve basınç ile sağlanan bu koşullar ekstrakt edilecek bileşiklerin çözünürlük ve katı matristen desorpsiyon kinetiğini artırmaktadır. Bu özellik, süperkritik koşulların altında çevre dostu çözücülerin (su, etanol gibi) daha çok kullanılmasına olanak sağlar [82]. Sıvı çözücünün yüksek sıcaklık ve basınçta kullanılarak, oda koşullarındaki veya atmosferik

koşullara yakın ekstraksiyonlara oranla daha iyi sonuç vermesinin iki sebebi vardır: • Çözünürlük ve kütle transferi etkileri

• Yüzey dengesinin dağılımı

Yüksek sıcaklık çözücülerin bileşikleri çözme kapasitesini arttırmaktadır. Organik çözücülerde suyun çözünürlüğü sıcaklığın artmasıyla artmaktadır [83]. İdeal çözeltilerde, sıcaklığın 50°C’den 150°C’ye çıkması, çözünürlüğü 13 kat arttırmaktadır. Sıcaklığın 25°C’den 150°C’ye çıkması, difüzyon katsayılarında 2–10 kat arasında artmaya neden olmaktadır [84]. Ekstraksiyonlar, çözücünün sıvı formda kalması için basınç ve kaynama noktasının hemen altında sıcaklıklarda gerçekleştirilmektedir. Sıcaklığı kaynama noktası altında kullanabilmek için ekstraksiyon sırasında yeterince basınç uygulanmalıdır. Yüksek basınç kullanılması (yüksek sıcaklık ve düşük çözücü yüzey gerilimi ile), çözücüyü, katı içindeki ekstre edilecek bileşiğe temas etmek için, boşluklara doğru itmektedir. Yüksek basınç, çözünme hızını arttırmaktadır. Bu basınç altında sıvının taşınabilmesi için sıvılaştrılmış azot kullanılmaktadır [85]. Bununla birlikte olası en yüksek sıcaklık ve basınç, mutlaka en yüksek verimle sonuçlanmaz. Bozucu etki de yapabilir. Ayrıca ekstraksiyon verimini etkileyen birkaç değişken daha vardır. Bunlar; ekstraksiyon zamanı, çözücü seçimi, çözücü hacmi ve yüklenen örnek miktarıdır. Orijinal örneğin bileşimine (organik bileşim, su içeriği, partikül boyutu ve heterojenite) ek olarak, örnek ön hazırlama teknikleri de (kurutma, öğütme gibi) sonucu etkileyebilir [86].

1.1.5.2.5 Mikrodalga Ekstraksiyonu

Mikrodalgalar yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalardır (300-300000 MHz). Mikrodalga enerjisi kullanılarak, iyonların iletimi ve dipol dönme yoluyla molekül üzerine mikrodalganın ısısının direkt etkisi temeline dayanır. Birçok uygulamalarda bu iki mekanizma aynı anda meydana gelir. Mikrodalga ışımaları polar ve polarlanabilen bileşiklerin dipolleri ile etkileşerek etki gösterirler. Dipol dönme, uygulanan manyetik alanla dipollerin yeniden düzenlenmesi anlamına gelir [87], [88]. İyonik iletim, iyonların elektroforetik geçişidir ve bir manyetik alan uygulandığında oluşur. Çözeltinin bu iyon akışına karşı direnci sürtünme ile sonuçlanır ve böylece çözelti ısınır. Bu ısıl etkileşim materyalin yüzeyinde gerçekleşir, materyalin tamamının ısınması ise iletkenlikle olur. Burada sıcaklık artışını engellemek için soğutma işlemi yapılır. Bu etkileşimle polar moleküller yeniden düzenlenirler ve dolayısıyla ısınırlar. İşlem süresini kısaltmak, daha az çözücü kullanımıyla daha iyi sonuçlar almak için klasik

metotlarla mikrodalganın birlikte kullanıldığı bir ekstraksiyon türüdür. Bu teknikte çok az numune, üzerine eklenen çözücü ile beraber mikrodalga ışınlara maruz bırakılır. Mikrodalgalar 0.3-300 GHz aralığında değişen elektromanyetik ışımalardır. Bu durum mikrodalga ısıtmasının dezavantajıdır çünkü küçük moleküllerden oluşan agregatların ısınması homojen olmaz. Eğer ekstraksiyonda hekzan ve toluen gibi apolar çözücü gerekliyse, çözücü su metanol ve aseton gibi yüksek bir dipol momente sahip polar çözücü karıştırmak önerilir. Seçilen çözücü çok kuvvetli ısınmaya neden olursa, bileşiklerin degredasyonundan kaçınılamaz. Bu yüzden yaygın uygulama, yalnızca biri mikrodalga ışımayı absorplayan ikili karışımların kullanımıdır. Diğer önemli faktörlerden biri de, ekstraksiyon solventi ile ekstraktın analizinde kullanılan analitik metodun uyumluluğudur. Gaz kromatografik analizler için daha az polar solventler, sıvı kromatografik analiz için daha polar çözücü tercih edilir. MAE’nin seçiciliği üzerine çok az literatür rapor edilmiştir. Örneğin içindeki tüm maddeler ekstrakte edildiğinden seçici bir ekstraksiyon tekniği olduğu söylenemez ve hemen hemen her durumda ekstraksiyon sonrası temizleme basamağı gereklidir [89]. MAE genellikle çevresel analizlerde kullanılır. Tortu ve toprak gibi matrisklerden, poliaromatik hidrokarbonlar, polikloro bifeniller ve organoklorlu pestisitlerin ekstraksiyonları çalışılmıştır [90], [91]. Mikrodalga enerjisini ileten çözücüler kullanıldığında gönderilen enerjinin tümü numune tarafından tutulmakta, hücre içindeki su bu enerjiyi tuttuğunda hücre ısınmakta ve hücre duvarının bu ısıyla çatlaması sonucunda hücre materyali çözücüye karışmaktadır [92]. Mikrodalga ekstraksiyon yöntemiyle bitkilerde bulunan polifenoller ve lignanlar ayrıştırılabilmektedir [93]. Doğal ürünlerin ekstraksiyonu genellikle 2.5-75 GHz’de gerçekleştirilmektedir. Mikrodalga enerjisinin uygulanabilirliği büyük oranda çözücünün içeriğine, bitki materyaline ve uygulanan mikrodalga gücüne bağlı olmaktadır [94]. Fakat mikrodalga metodu uçucu bileşenleri kazanmak için pek fazla kullanılmaz. Bu metotta clevenger aparatına yerleştirilen bitki materyalleri bir mikrodalga fırın içinde kısa bir zaman aralığında uçucu yağları uzaklaştırmak için kullanılır. Böylece örnek kaynama noktasına çok hızlı bir şekilde ulaşır [95].

Çizelge 1.7 Gelişmiş ekstraksiyon tekniklerinin karşılaştırılması. Ekstraksiyon Teknikleri Avantajları Dezavantajları Soxhlet Ekstraksiyonu

 Fazla miktarda örnek kütlesi ekstrakte edilmesi

 Matrikse bağımlı olmaması

 Filtrasyon gerektirmemesi

 Büyük miktarda organik solvent kullanılması (100-500 mL)

 Uzun zaman gerektirmesi (6- 24 saat)  Ekstraksiyon sonrası buharlaştırma/deriştirme basamağı Süperkritik Sıvı Ekstraksiyonu  Hızlı olması (20-60 dakika)

 Düşük solvent tüketimi (10-20 mL) CO2 in toksik olmaması, alev almaması, çevre dostu olması, ucuz olması

 Yüksek maliyet

 Matrikse bağımlı olması

 CO2 nonpolar olduğundan, daha polar analitlerin ekstraksiyondaki zorluk Verimini artırmak için

Mikrodalga Destekli Sıvı Ekstraksiyonu

 Hızlı olması (10-30 dakika)

 Düşük solvent tüketimi (20-50 mL)

 Daha yüksek sıcaklıklar Ekstraksiyon parametrelerinin tamamen kontrolü (zaman, güç, sıcaklık)



 Seçilen solventlerin mikrodalga ışımasını absorplaması (polar solventler)

 Herşey ekstrakte edilir

 temizleme basamağı gereklidir

 Basınclı Sıvı Ekstraksiyonu  Filtrasyon gerektirmemesi  Hızlı olması (10-40 dakika)  Düşük solvent tüketimi (20-50 mL)  Yüksek maliyet

 Matrikse bağımlı olması

Taksanların saflaştırılmasıyla ilgili yapılan çalışmalarda bir çok ekstraksiyon yöntemi uygulanmıştir. Yapılan çalışmalarda taksus bitkisindeki taksanlar süperkritik akışkan ekstraksiyon yöntemiyle paklitakselin ve bakkatin III de denenmiştir. Bu çalışmalarda bakkatin III %0,65 verimle elde edilmiştir [96].