Con el dispositivo de la invención se eliminan los inconvenientes del sistema clásico, tales como lentitud, emisión de disolventes orgánicos y falta de eficacia para la extracción de compuestos fuertemente retenidos por la matriz de la muestra.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION En la actualidad las extracciones basadas en los principios del"Soxhlet"son en general lentas y se emiten a la atmósfera disolventes orgánicos que son contaminantes ambientales.

Otros inconvenientes es que no se consigue, o se consigue sólo parcialmente, la extracción de algunos compuestos fuertemente retenidos.

La patente de invención WO 97/44109 consiste en un dispositivo de extracción por mediación de un disolvente, de compuestos orgánicos de una muestra, acoplado a un recipiente que contiene dicho disolvente y que es sometido a un calentamiento por microondas.

DESCRIPCION DE LA INVENCION A fin de conseguir los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en apartados anteriores, la invención consiste en un dispositivo de extracción basado en los principios de"Soxhlet", pero que pretende eliminar los inconvenientes del sistema clásico, como son la lentitud del proceso, uso y emisión de disolventes orgánicos (contaminantes ambientales) y falta de eficacia para la extracción de compuestos fuertemente retenidos por la matriz

de la muestra.

Comprende cuatro partes principales : un circuito de vidrio, un sistema electrónico, un sistema de calentamiento y una consola de programación y control.

E1 circuito de vidrio comprende a su vez : - un matraz.

- Un compartimento de muestra.

- Una unidad de transporte del vapor y; - un refrigerante convencional con buena eficacia de enfriamiento para evitar pérdidas de disolvente. Una temperatura baja del destilado no influye en la eficacia de la extracción, ya que aquél se calienta en el compartimento de muestra hasta la temperatura óptima con ayuda de microondas.

Sobre la embocadura del matraz, contenedor del disolvente, se acopla una pieza intermedia que actúa como elemento conector entre el matraz y una zona donde se localiza una válvula de solenoide que cuando está abierta permite la salida del extracto al matraz de destilación a tiempos programados.

Dentro del compartimento de muestra se coloca la muestra contenida en un cartucho de los usados en la extracción de"Soxhlet".

La unidad de transporte del vapor puentea la pieza intermedia acoplada a la embocadura del matraz, de manera que los extremos de esta unidad de transporte se conectan con el matraz y también con el compartimento de muestra.

Esta unidad de transporte permite que el disolvente condense al ponerse en contacto con el refrigerante, goteando así sobre la muestra hasta el nivel fijado y programado previamente por un sensor óptico colocado en una zona elevada de una tubuladura o derivación angular que parte de la pieza intermedia, derivación asociada a la válvula de solenoide.

La estructura y dimensiones del tubo hacen posible su utilización con excelente rendimiento en los casos de

utilizar disolventes con un alto punto de ebullición, lo que hace que el dispositivo de la invención sea especialmente útil para la extracción con agua, de manera que el sistema de"Soxhlet"convencional plantea serios problemas.

El dispositivo incorpora también unas válvulas de reciclado que se sitúan en un estrechamiento superior del compartimento de muestra. Estas válvulas están destinadas a dirigir el extractante condensado, de forma que durante la etapa de extracción caiga sobre la muestra y cuando acaba la extracción se'dirija a un recipiente de recogida a través de una válvula, permitiendo así una forma sencilla y efectiva de reciclado de los extractantes usados, una vez terminada la extracción.

El sistema electrónico incluye un sensor de temperatura, las dos válvulas de reciclado del disolvente, así como la válvula de solenoide y el sensor de nivel, elementos éstos cuatro últimos citados anteriormente.

El sensor de temperatura se encuentra ubicado dentro del compartimento de muestra y se encarga de mantener el mismo por debajo de la temperatura de ebullición del extractante actuando sobre un sistema de microondas que se focaliza y aplica precisamente en la zona del compartimento donde se encuentra el cartucho de muestra. Esta regulación precisa de la temperatura permite obtener un gran rendimiento y eficacia en el resultado final de la extracción.

El sistema de calentamiento comprende una manta eléctrica en la que se sitúa el matraz contenedor del disolvente y el sistema de microondas, que actúan sobre el compartimento de muestra. En ambos sistemas la potencia es regulable.

La consola de programación y control permite realizar las siguientes funciones : - Puesta en marcha del calentamiento eléctrico y programación de la potencia y tiempos de calentamiento programados.

- Regulación previa de la altura del sensor óptico de nivel. Será función del tamaño de la muestra y de la solubilidad de los compuestos en el extractante. Al llegar a la altura programada, el sensor óptico actúa sobre la puesta en funcionamiento de la fuente de microondas, que irradian el cartucho.

- Programa de actuación de las microondas de los parámetros de tiempo y potencia, previamente optimizados con el auxilio del sensor de temperatura.

- Actuación de la válvula de solenoide. La activación abre la conexión con el matraz de reflujo permitiendo el vaciado del extracto del compartimento de muestra al matraz.

- Programación del tiempo de descarga. Durante este tiempo la válvula de solenoide permanece abierta. El intervalo de apertura dependerá del volumen de extractante empleado, y éste a su vez de la altura a la que se coloque el sensor óptico.

- Programación del número de ciclos. Se optimizan previamente para llevar a cabo la extracción de los compuestos más difíciles de extraer con la eficacia requerida en cada método.

- Actuación de las válvulas de reciclado en el caso de estar automatizadas. La apertura de la válvula coincide con el final del último ciclo de extracción.

El procedimiento es como sigue.

Una vez pesada la muestra, se sitúa en el cartucho y ambos en el compartimento de muestra. Se vierte después en el matraz el tipo y volumen de extractante adecuados y se programa la altura del nivel del extractante en la cámara de muestra, el tiempo de actuación de las microondas, tiempo de retraso de apertura de la válvula de solenoide respecto a la actuación de las microondas, tiempo de apertura de la válvula de solenoide y número de ciclos, así como el funcionamiento continuo o intermitente de la manta eléctrica.

Previo a la colocación del refrigerante puede

adicionarse cualquier tipo de reactivo a la cámara de muestra (surfactante, reactivo derivatizador, un ácido o una base para llevar a cabo una etapa de hidrólisis, etc.).

La humedad variable de las muestras no introduce error en la extracción, lo que constituye una ventaja adicional respecto al"Soxhlet.

Las drásticas condiciones que proporciona la asistencia de microondas hacen posible la desorción/transferencia a la fase extractante de especies poco polares y apolares (PAHs, PCBs hidrocarburos aromáticos, dioxinas, etc. ) utilizando agua como extractante; lo que da lugar a métodos de lixiviación imposibles de desarrollar mediante Soxhlet convencional.

A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompaña una única figura que representa el objeto de la invención.

BREVE DESCRIPCION DEL DIBUJO Figura 1.-Muestra una vista del dispositivo para la extracción de compuestos de muestras sólidas acelerada por microondas y aplicaciones, objeto de la invención.

DESCRIPCION DE LA FORMA DE REALIZACION PREFERIDA A continuación se describe un ejemplo de realización de la invención atendiendo a la numeración adoptada en las figuras.

Se determina a partir de una estructura capaz de solventar los problemas de otros dispositivos convencionales y, sobre todo, aumentar la eficacia en la extracción de compuestos fuertemente retenidos por la matriz de muestra.

E1 dispositivo extractor comprende en principio un circuito de vidrio compuesto por un matraz 1 contenedor del disolvente y extractante, un compartimento de muestra 4, una unidad de transporte 6 y un sistema o circuito refrigerante 9 con un alto rendimiento de enfriamiento para evitar pérdidas de disolvente. Una temperatura baja del destilado no influye en la eficacia de la extracción, ya que aquél se

calienta en el compartimento de muestra hasta la temperatura óptima con ayuda del microondas.

El matraz 1 es de volumen variable y fondo plano o redondo dependiendo de las características del sistema de calentamiento eléctrico donde se sitúa el extractante, que se calienta y evapora de forma continua. El matraz 1 se une por su embocadura a una pieza o cuerpo intermedio 2 que actúa como conector entre aquel y la zona en que se localiza una válvula de solenoide 3 ubicada en una derivación angular 11 que arranca de ese cuerpo intermedio 2.

El dispositivo incluye un compartimento de muestra 4 que consiste en una vasija cilíndrica de alrededor de 12 cm de longitud y 5 cm de diámetro interno y donde se coloca la muestra, contenida a su vez en un cartucho de muestra 5 de los usados en la extracción Soxhlet convencional.

Incluye el dispositivo también una unidad de transporte del vapor 6 que consiste en un tubo conectado al matraz de evaporación y a la parte superior del compartimento de muestra 4 que permite que el disolvente condense al ponerse en contacto con el refrigerante, goteando así sobre la muestra y llenando, por tanto, el compartimento de muestra hasta el nivel fijado por el sensor óptico 7 que se encuentra acoplado o asociado sobre una zona elevada de una tubuladura o segunda derivación angular que arranca también del cuerpo intermedio 2. Las dimensiones de esta unidad de transporte 6 (14 cm de longitud y 1 cm de diámetro interno), especialmente su corta longitud, hacen posible su utilización con excelente rendimiento en el caso de disolventes de alto punto de ebullición; lo que hace que el dispositivo global sea especialmente útil para la extracción con agua, para el que el Soxhlet convencional plantea serios problemas. Las válvulas de reciclado 8 y 8'situadas en un estrechamiento quebrado 12 que une el compartimento de muestra 4 con el sistema refrigerante 9, sirven para desviar el disolvente condensado antes de que éste caiga en el compartimento de muestra, permitiendo, por tanto, el

reciclado de los disolventes usados una vez terminada la extracción.

E1 dispositivo de la invención se complementa además con un sistema electrónico que incorpora la válvula de solenoide 3, el sensor óptico de nivel 7, un sensor de temperatura 13 localizado dentro del compartimento de muestra 4 y las dos válvulas de reciclado del disolvente 8 y 8'.

La válvula de solenoide 3 puede adoptar una posición abierta y otra cerrada, de manera que en la posición abierta permite la salida del extracto al matraz de destilación 1 a tiempos programados.

Con el sensor de nivel óptico 7 se programa la altura en el compartimento de muestra 4 a la que debe llegar el extractante procedente del refrigerante antes de que empiecen a actuar las microondas.

El sensor de temperatura 13 se encuentra introducido, tal como se ha referido anteriormente, dentro del compartimento de muestra 4 y controla la temperatura, actuando sobre el sistema de microondas para que el compartimento de muestra se mantenga a una temperatura por debajo del punto de ebullición del extractante (temperaturas por encima de la ebullición dan lugar a la formación de burbujas que disminuyen el contacto sólido-extractante y, por tanto, la eficacia de la extracción).

Las válvulas de reciclado del disolvente 8 y 8', cuando se encuentran la primera cerrada y la segunda abierta, permiten el reciclado del disolvente una vez terminada la extracción. Estas válvulas pueden ser manuales o estar automatizadas, estando en este caso asociadas al sistema electrónico.

El dispositivo extractor incorpora sistemas de calentamiento de potencia regulable, que consisten en una manta eléctrica y una unidad de microondas.

En la manta eléctrica, plana, cóncava o con cualquier otra forma, se sitúa el matraz de destilación.

En cambio, la unidad de microondas se focaliza en la zona donde se encuentra el cartucho de muestra 5 ubicado dentro del compartimento de muestra 4, a la vez que su potencia varía esencialmente entre un mínimo de 5 vatios y un máximo de 400 vatios.

La función más importante del cuerpo intermedio 2 es la de albergar los dos dispositivos que permiten la automatización de la extracción (sensor de nivel 7 y la válvula de solenoide 3). Este cuerpo intermedio 2 incluye la tubuladura angular 10 a modo de sifón que conecta el compartimento de muestra 4 con el matraz y a través del cual se produce el vaciado del extracto contenido en el primero cuando, transcurridos los tiempos de irradiación y de reposo programados, se abre la válvula de solenoide 3 durante un tiempo también programado. El sensor de nivel 7 en la tubuladura 10 se sitúa también a una altura programada, de forma que cuando el nivel de extractante en el compartimento de muestra 4 llega a esta altura, comienza entonces la irradiación con microondas en la zona del compartimento de muestra 4 donde está situado el cartucho de muestra 5 que contiene el sólido a extraer.

E1 estrechamiento quebrado 12 con las válvulas incorporadas en el mismo con las referencias 8 y 8'permiten la circulación del extractante del matraz de destilación a la muestra en una de las posiciones (válvula 8 abierta y válvula 8'cerrada) o el reciclado del extractante para su reutilización en otra posición (válvula 8 cerrada y válvula 8'abierta) una vez terminada la extracción. E1 estrechamiento quebrado 12 presenta un ángulo de inclinación determinado y perfectamente calculado para favorecer la transferencia rápida del extractante condensado en el sistema refrigerante 9 a la parte superior de la cámara de muestra o compartimento de muestra 4, desde donde gotea sobre el sólido. Las válvulas solo han de cambiarse de posición después de cada extracción; por lo que su automatización (sustitución por válvulas de solenoide) será

opcional, tal como se ha referido ya anteriormente.

El dispositivo de la invención incorpora también una consola de programación y control, desde la que se realizan las siguientes funciones : - Puesta en marcha del calentamiento eléctrico y programación de la potencia y tiempos de calentamiento.

- Altura del sensor de nivel 7, que será función del tamaño de la muestra introducida en el cartucho 5 y de la solubilidad en el extractante de los compuestos extrados.

Al llegar a la altura programada, el sensor actuará sobre la puesta en funcionamiento de la fuente de microondas.

- Programación de actuación de las microondas, tiempo y potencia, previamente optimizados con auxilio del sensor de temperatura.

-Actuación de la válvula de solenoide, que abre la conexión con el matraz de reflujo y permite el vaciado del extracto del compartimento de muestra al matraz. La apertura de la válvula no tiene por qué coincidir con el final de la actuación de las microondas. Generalmente, un tiempo de contacto entre el extractante y la muestra después de la actuación de las microondas favorece la extracción de forma significativa; por lo que debe optimizarse en cada método.

- Programación del tiempo de descarga, tiempo durante el cual la válvula de solenoide 3 permanece abierta, dependiendo ello del volumen de extractante empleado, lo que a su vez dependerá de la altura del sensor 7 de posición.

- Programación del número de ciclos, previamente optimizado, para la extracción de los compuestos problema con la eficacia requerida en cada método.

- Actuación de las válvulas de reciclado (en el caso de estar automatizadas), que permite el reciclado del disolvente al finalizar la extracción. La apertura de la válvula coincide con el final del último ciclo de extracción.

Una característica importante es que el circuito de vidrio, sistema electrónico y sistema de calentamiento están

duplicados y situados en serie, de forma que el sistema de microondas actúa sobre los compartimentos de nuestra de cada uno de manera simultánea. Por tanto, se pueden extraer dos o más muestras al mismo tiempo o llevar a cabo la extracción por duplicado de la misma muestra.

El procedimiento a seguir es el siguiente.

Una vez pesada la muestra, se sitúa en el cartucho y ambos en el compartimento de muestra. Después se vierten en el matraz el tipo y volumen de extractante adecuados y se programa la altura del nivel de extractante en la cámara o compartimento de muestra, el tiempo de actuación de las microondas, tiempo de retraso de apertura de la válvula de solenoide respecto a la actuación de las microondas, tiempo de apertura de la válvula de solenoide y número de ciclos, así como el funcionamiento continuo o intermitente de la manta eléctrica.

Previa a la colocación del refrigerante puede adicionarse cualquier tipo de reactivo a la cámara de muestra (surfactante, reactivo derivatizador, un ácido o una base para llevar a cabo una etapa de hidrólisis, etc. ).

La humedad variable de las muestras no introduce error en la extracción, lo que constituye una ventaja adicional respecto al Soxhlet.

Las drásticas condiciones que proporciona la asistencia de microondas hacen posible la desorción/transferencia a la fase extractante de especies poco polares y apolares (PAHs, PCBs, hidrocarburos aromáticos, dioxinas, etc. ) utilizando agua como extractante; lo que da lugar a métodos de lixiviación imposibles de desarrollar mediante Soxhlet convencional.

El dispositivo, con circuito de vidrio de longitud mínima, posibilita el uso de extractantes de alto punto de ebullición.

Además, permite el desarrollo de reacciones de derivatización en la cámara de muestra, facilitando así la desorción y la extracción. También permite la aceleración de

la etapa de derivatización de forma óptima con auxilio de la radiación de microondas en tiempo y potencia. La acción de las microondas en la muestra anula el efecto de la humedad variable de las muestras, eliminando esta fuente de error que hace necesaria la manipulación previa de la muestra en el caso del Soxhlet convencional. También permite el dispositivo de la invención el reciclado de los disolventes orgánicos empleados en la extracción, minimizando así la emisión de compuestos contaminantes a la atmósfera.

E1 dispositivo permite, además, las siguientes aplicaciones : - La extracción de grasas de alimentos.

- Extracción de dioxinas de cenizas de incineradoras en dos horas usando tolueno como extractante.

- Extracción de PAHs de suelos y plantas en 27/54 minutos usando como extractante acetonitrilo.

- Extracción de PCBs de suelos en menos de 70 minutos empleando una mezcla acetona-hexano como extractante.

- La extracción de herbicidas ácidos en 48 minutos utilizando agua como extractante.

La extracción de N-metilcarbamatos de suelos en 2,5 horas usando como extractante acetonitrilo.

- Extracción de compuestos aromáticos policíclicos nitrados en una hora utilizando como extractante acetonitrilo.

- La extracción de pesticidas organoclorados en 50 minutos utilizando diclorometano, como extractante.

Las grasas y los alimentos de las que se han extraído, han sido las siguientes : Lípidos en queso en 50 minutos usando como extractante n-hexano.

- Lípidos en leche de oveja, cabra, vaca, etc. en 50 minutos, usando como extractante n-hexano y con desarrollo in situ de una etapa previa de hidrólisis asistida por microondas.

- Aceites en plantas oleaginosas, tales como girasol,

colza, soja, etc.; en 3 horas usando como extractante n- hexano.

- Aceites de semillas de olivo en 20/25 minutos empleando n-hexan como agente extractante.

- Estudio del deterioro de grasas en alimentos precocinados en 55 minutos usando como extractante n-hexano.

- Lípidos en embutidos en menos de 1 hora empleando n- hexano como extractante.