Notiziario Aziendale – N.15 – Ottobre 2016

L’estrazione con solventi è una tecnica preparativa volta ad isolare sostanze di natura per lo più organica presenti all’interno della mescola sia cruda che vulcanizzata. Generalmente questa tecnica preparativa, a meno di non usare strumentazione complessa, risulta essere abbastanza lunga con un grande impatto, in termini di tempo e costi sull’analisi finale. Interseals ha testato un sistema in grado di accorciare i tempi di estrazione senza ricorrere a tecniche estrattive complesse riuscendo a diminuire drasticamente i tempi del processo.
Le sostanze estratte possono poi essere quantificate (analisi ponderale) o caratterizzate dal punto di vista chimico con differenti tecniche di analisi (IR, MS, NMR, ecc). Tale estrazione ricopre un ruolo fondamentale anche nell’analisi TGA di polimeri elastomerici.

SCOPO

L’estrazione solido-liquido può essere eseguita con diverse tecniche estrattive alcune molto onerose in termini di apparecchiature. La più semplice consiste in un’estrazione tramite Soxhlet (Figura 1) che però richiede molte ore di lavoro affinché l’estrazione sia completa.

Esistono alternative altrettanto valide, che presentano costi contenuti rispetto a tecniche estrattive strumentali, in grado di abbattere drasticamente i tempi di lavorazione.

Figura 1: Soxhlet

Figura 1: Soxhlet

TEORIA

L’estrazione solido-liquido, chiamata anche lisciviazione, è l’operazione mediante la quale un soluto, disperso in matrice solida inerte nei confronti del soluto, viene estratto mediante un solvente liquido inerte verso la matrice elastomerica e le sostanze da estrarre. Condizione fondamentale affinché la procedura sia valida è che sia il soluto che la matrice non reagiscano con il solvente stesso, ma anche che il solvente utilizzato sia in grado di solubilizzare il soluto senza tuttavia intaccare l’elastomero: se così non fosse il solvente solubilizzerebbe anche una parte della matrice portando ad errori di determinazione in termini di peso. Macroscopicamente parlando il solvente di estrazione penetra nel campione attraverso i pori presenti in superficie  imbibendo in modo continuo l’intera superficie interna del campione (Figura 2).

Il soluto disperso nel solido, sia a livello di microporosità che di reticolo si scioglie nel solvente che via via si va arricchendo delle sostanze disciolte.

Figura 2: Schema di estrazione

Figura 2: Schema di estrazione

Per via della differenza di concentrazione che si viene a creare tra l’interno del solido (più concentrata) rispetto all’ambiente di estrazione (meno concentrata) il soluto, disciolto nel solvente tende a migrare verso l’esterno, ovvero il mezzo a concentrazione più bassa.
La diffusione, quindi l’estrazione del soluto, si arresta nel momento in cui i due sistemi raggiungono l’equilibrio. Proprio per questo motivo, per ottenere elevate rese di estrazione che si avvicinino il più possibile al vero contenuto in peso di sostanze disperse nella matrice, è necessario mantenere la concentrazione del solvente più bassa rispetto a quella presente nel solido sottoposto ad estrazione.
Per per far si che questo avvenga o si procede al costante ricambio del solvente o si può optare per una purificazione del solvente il linea come avviene, ad esempio, per il dispositivo Soxhlet (Figura 3).

Figura 3: Circolo durante estrazione con Soxhlet

Figura 3: Circolo durante estrazione con Soxhlet

La seconda fase (Figura 3b) consiste nel togliere il campione dal solvente caldo e proseguire l’estrazione mediante gocciolamento a freddo, analogamente al sistema Soxhlet: questa fase ha lo scopo di proseguire l’estrazione mediante gocciolamento, ma anche di allontanare dal campione tracce di solvente e soluti rimasti intrappolati nella matrice.

Figura 3b: Fase di gocciolamento

Figura 3b: Fase di gocciolamento

Come si può notare dalla figura 2, il campione viene messo all’interno di un ditale in carta a basso rilascio di contaminanti e successivamente posizionati nell’apposito alloggio. Una piastra riscaldante fa si che il solvente evapori fino a raggiungere il refrigerante a ricadere dove, trovando una temperatura inferiore al suo punto di ebollizione fa si che esso condensi gocciolando sul campione. Il processo è studiato in modo tale che il solvente goccioli a freddo sul campione per ricadere nuovamente, arricchito di soluti, nel pallone sottostante. Evaporando il solvente risulta essere puro per cui il suo potere estraente sarà sempre pari ad un solvente aggiunto di fresco puro.
Per contro questa procedura che utilizza un solvente a freddo risulta, come anticipato precedentemente, molto lunga ed un’estrazione può durare anche fino a 18/24 ore.

Per ovviare a questo inconveniente si può ricorrere ad una tecnica ibrida che preveda la possibilità, oltre del gocciolamento a freddo, anche dell’immersione del campione nel solvente a caldo in modo da velocizzare la procedura.
Il sistema sfrutta la tecnica Randall (Figura 4a, 3b, 3c) che prevede in una prima fase (Figura 4a) che il campione venga messo a contatto con il solvente a caldo in modo da estrarre velocemente la maggior parte del soluto sia a causa dell’alta temperatura che aumenta la solubilità dei composti da estrarre, sia a causa della normale dilatazione dei micro-pori ad opera sempre della temperatura.

Figura 4°: Fase di immersione

Figura 4°: Fase di immersione

L’ultima fase consiste nel recupero del solvente (Figura 3c): il solvente non viene più fatto ricadere, ma raccolto in un serbatoio: il liquido ottenuto sarà pressoché puro perché distillato.
Il becker contenente il soluto viene posto, una volta evaporato il solvente, in forno per permettere la completa evaporazione del solvente di estrazione.

Figura 3c: Fase di recupero solvente

Figura 3c: Fase di recupero solvente

In alternativa è possibile concentrare l’estratto mediante l’utilizzo di un rotavapor. In questo caso è necessario lavare il becker di estrazione più volte con il solvente utilizzato per la procedura in modo da trasferire nel rotavapor tutto l’estratto.

Vladimiro A. Guindani

RDAC - Chemical and Technical Cleanliness Analysis Dept.