一種用於水中微量苯酚的自動前處理裝置的製作方法

2023-04-28 22:10:01 2

本實用新型涉及固相萃取和流體自動控制技術領域，具體涉及一中用於水中微量苯酚樣品自動前處理裝置。

背景技術：

酚類化合物是造成環境汙染的原因之一，主要來自煉油、煉焦、造紙、合成氨、化工等廢水。酚類屬高毒有機汙染物，其毒性表現在侵害人體的細胞原漿，使細胞失去活性，引起脊髓刺激，導致全身中毒。酚類化合物中，苯酚的毒性最大，苯酚是重要的有機化工原料，在化工原料、合成纖維、塑料、合成橡膠、醫藥、農藥、香精、塗料和煉油等工業中有著廣泛的用途，可通過多種途徑對環境水體造成汙染。其毒性主要表現為皮膚、黏膜有強烈的腐蝕作用，可抑制中樞神經或損害肝、腎功能。因此，苯酚對水體有著很大的影響，是水汙染的重要來源。

苯酚的分析方法主要有氣相色譜法（GC）和高效液相色譜法（HPLC）法。隨著現代化學分析技術的飛速發展，分析手段越來越向著快速、微量、準確、自動的方向發展，樣品的分析時間大大縮短，基本在20-30分鐘內可以完成，但在樣品的前處理方面，往往步驟繁瑣，因此樣品前處理的效果往往決定檢測工作的成敗。由於飲用水和地表水中苯酚含量往往較低，水樣在測定之前需要前期的預富集處理。常用的處理方法有液液萃取、固液萃取、濁點萃取。液液萃取方法操作繁瑣、消耗大量有機試劑，對人體和環境造成很大的危害和二次汙染；濁點萃取作為一種新興的萃取方法具有安全、節約、操作簡單、毒性小的優點，目前被廣泛的應用於金屬離子、生物大分子、有機汙染物等物質的提取中。但是，表面活性劑的選擇濃度，添加劑、溶液的pH和離子強度、平衡時間溫度等對濁點萃取的萃取效率有著很大的影響。固相萃取法是目前代替液液萃取的最主要技術，如今固相萃取已經被廣泛認為是水樣中待測化合物提取淨化的首選方案。目前，固相萃取前處理整個操作主要由人工操作完成，對操作者要求高，加之提取劑往往有一定的毒性，危害操作者健康。同時，由於人工完成，容易引入操作誤差，每次操作過程也難以完全一樣，所以平行樣品之間的精密度、重現性受到一定程度影響，導致分析結果誤差，並且無法實現分析過程的自動化。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於針對現有局限性，提供一種結構簡單、操作過程簡便、且自動化運行並用於水中微量苯酚的自動前處理裝置。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種用於水中微量苯酚的自動前處理裝置，包括注射泵、六位選擇閥、緩衝盤管、三通閥、液體分配管路、溶液器皿，所述注射泵連接三通閥，且三通閥連接有氮氣輸入管和樣品瓶，所述三通閥通過緩衝盤管連接至六位選擇閥，所述六位選擇閥上設有A、B、C、D、E、F六個旋轉位，所述旋轉位通過液體分配管路連接至相應的溶液器皿或液相色譜儀，所述的溶液器皿包括廢液瓶一、H2O試劑瓶、甲醇試劑瓶、濃縮管、廢液瓶二。

進一步的方案為，所述A旋轉位連接至廢液瓶一，且廢液瓶一上的液體分配管路上依次設有固相萃取柱和回收盤管；所述B旋轉位連接至H2O試劑瓶；所述C旋轉位連接至甲醇試劑瓶；所述D旋轉位連接至濃縮管，且濃縮管連接有氮氣輸入管，所述氮氣輸入管上設有電磁閥；所述E旋轉位連接至廢液瓶二；所述F旋轉位連接至液相色譜儀。

更進一步的，所述樣品瓶內液體輸送管的管口位於瓶底；所述對應廢液瓶一的液體分配管路的管口設於廢液瓶一瓶口；所述H2O試劑瓶內放置有純水；甲醇試劑瓶內放置有甲醇；所述液體分配管路上對應H2O試劑瓶、甲醇試劑瓶、濃縮管、廢液瓶二的管口均分別插至其對應瓶內的底部。

前處理整體流程包括固相萃取柱的活化、樣品的提純和濃縮，用氮氣吹掃洗脫液至1mL，接入高效液相色譜進樣口進樣。

液體轉移自動化操作原理：系統中，試劑的準確量取和加入由注射泵抽取和注入實現。注射泵對不同試劑的選擇和連通都通過六位選擇閥，注射泵和六位選擇閥由緩衝盤管連接。實現定量抽取試劑的操作過程是：六位選擇閥轉到目標試劑位，連通注射泵入口-緩衝盤管-六位選擇閥-目標試劑瓶管路，啟動注射泵定量抽取試劑，目標試劑通過六位選擇閥進入緩衝盤管，暫存在緩衝盤管內。實現定量注入試劑的過程是：六位選擇閥轉到目標反應位，連通注射泵-緩衝盤管-六位選擇閥-目標反應瓶管路，啟動注射泵定量注射操作，之前暫存在緩衝盤管內的試劑通過六位選擇閥注入目標反應瓶內。反應完成後產物液體亦可通過定量抽取操作取出轉移到其他試劑瓶或管路中。因此通過六位選擇閥的切換能完成多種試劑和溶液在不同試劑瓶或反應容器間的自由定量、定速轉移和分配。

固相萃取自動化操作原理：固相萃取柱上端連接於六位選擇閥的分支管路上，固相萃取柱的下端連接一特定內徑和長度的管路，管路內徑和長度決定於固相萃取過程中洗脫液的體積。注射泵將超聲提取完的樣品溶液緩慢注射通過萃取柱，接著注射泵再抽取氣體將殘留在萃取柱和回收盤管內的樣品溶液推出到廢液瓶，然後注射泵再抽取洗脫液通過萃取柱進入回收盤管，完成目標物質洗脫，最後注射泵再將洗脫液從回收盤管中通過萃取柱抽回到緩衝盤管，再轉移到目標換相儲液管中備用。

氮吹自動化操作原理：樣品收集瓶上方連接了氮氣輸入管，氮氣的通斷由管上的電磁閥控制。開啟氮氣吹掃進行樣品濃集，完成樣品的濃縮後，將濃縮樣品吸回並暫存至緩衝盤管；通過六位選擇閥轉換，連接液相色譜儀，注射泵將樣品溶液注射到進樣閥的定量環，然後開始高效液相色譜的分離分析。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型所設計的多環芳烴樣品前處理裝置，其實施的優點在於採用固相萃取技術，結合注射泵、緩衝盤管和多位閥的系統設計實現了複雜操作的自動化，保障了固相萃取過程中操作一致性問題，提高了分析的精密度。特別是使用了回收盤管的設計，簡化了固相萃取的設備的結構，達到了在同一管路上完成整個固相萃取過程的目的。綜上所述，本實用新型通過系統的整體設計和實施，為水中微量苯酚的分析提供了一種簡便、快速的前處理系統。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖；

圖2為本實用新型工作流程示意圖。

圖中：1. 注射泵，2.六位選擇閥，3.緩衝盤管，4.三通閥，5.氮氣輸入管，6.樣品瓶，7.液相色譜儀，8.廢液瓶一，9.H2O試劑瓶，10.甲醇試劑瓶，11.濃縮管，12.固相萃取柱，13.回收盤管，14.電磁閥，15.廢液瓶二。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

實施例1

請參閱圖1-2，本實用新型提供一種用於水中微量苯酚的自動前處理裝置。

如圖1所示，一種用於水中微量苯酚的自動前處理裝置，包括注射泵1、六位選擇閥2、緩衝盤管3、三通閥4、液體分配管路、溶液器皿，所述注射泵1連接三通閥4，且三通閥4連接有氮氣輸入管5和樣品瓶6，所述三通閥4通過緩衝盤管3連接至六位選擇閥2，所述六位選擇閥2上設有A、B、C、D、E、F六個旋轉位，所述旋轉位通過液體分配管路連接至相應的溶液器皿或液相色譜儀7，所述的溶液器皿包括廢液瓶一8、H2O試劑瓶9、甲醇試劑瓶10、濃縮管11、廢液瓶二15。

所述A旋轉位連接至廢液瓶一8，且廢液瓶一8上的液體分配管路上依次設有固相萃取柱12和回收盤管13；所述B旋轉位連接至H2O試劑瓶9；所述C旋轉位連接至甲醇試劑瓶10；所述D旋轉位連接至濃縮管11，且濃縮管11連接有氮氣輸入管5，所述氮氣輸入管5上設有電磁閥14；所述E旋轉位連接至廢液瓶二15；所述F旋轉位連接至液相色譜儀7。

所述樣品瓶內液體輸送管的管口位於瓶底；所述對應廢液瓶一8的液體分配管路的管口設於廢液瓶一8瓶口；所述H2O試劑瓶9內放置有純水；甲醇試劑瓶10內放置有甲醇；所述液體分配管路上對應H2O試劑瓶9、甲醇試劑瓶10、濃縮管11、廢液瓶二15的管口均分別插至其對應瓶內的底部。

如圖1至2所示，應用該裝置工作時，只需將待測水樣放置於樣品瓶6中，即可開始自動前處理過程，典型的自動操作過程如下：

1）活化：六位選擇閥2至C位，注射泵1從甲醇試劑瓶10中抽取5 mL甲醇到緩衝盤管3。然後六位選擇閥2轉至A位，注射泵將緩衝盤管3中的甲醇以5 mL/min的速度通過固相萃取柱12以活化萃取柱；轉動六位選擇閥2至B位，注射泵1從H2O試劑瓶9抽取5 mL純水到緩衝盤管3。然後六位選擇閥2轉至A位，注射泵1將緩衝盤管3中的純水以5 mL/min的速度通過固相萃取柱12完成萃取柱的活化；

2）上樣：六位選擇閥3轉至A位連通固相萃取柱12，注射泵1前端三通閥4轉動到水樣位，從樣品瓶6中總量100 mL的水樣，通過緩衝盤管3，注射泵1以0.5 mL/min的流速緩慢通過固相萃取柱12，實現樣品在固相萃取柱12上吸附濃集；

3）淋洗：接著六位選擇閥3轉至B位連H2O試劑瓶9，從H2O試劑瓶9中抽取5 mL的純水，注射泵1以5 mL/min的流速用純水衝洗固相萃取柱12，然後注射泵1前端三通閥2轉向氮氣輸入管5，注射泵1抽取N2，並通過固相萃取柱12將回收盤管13內的水樣排入廢液瓶一8。多次重複吹氣過程，實現固相萃取柱12的乾燥。

4）洗脫：轉動六位選擇閥3到C位，注射泵1從甲醇試劑瓶10中抽取2.5 mL甲醇洗脫劑到緩衝盤管3；轉動六位選擇閥3到A位，注射泵1將甲醇注入到固相萃取柱12，過柱後的洗脫液儲存在回收盤管13內。然後注射泵1換向回抽，將回收盤管13內的洗脫劑吸入緩衝盤管3，最後轉動六位選擇閥3到D位，注射泵1將洗脫液注入濃縮瓶11。重複整個步驟2次，實現5 mL甲醇洗脫液的分步洗脫。由於回收盤管13的出口在廢液管上方，所以回抽過程只會抽回氣體而不會抽到之前的廢液。

5）濃縮並進樣：開啟濃縮管11連接氮氣輸入管5上的電磁閥14，用氮氣吹掃進行樣品濃集，當溶液只剩1 mL後注射泵1開始抽取，將濃縮樣品吸回並暫存至緩衝盤管8；六位選擇閥3轉至F位，連接液相色譜儀14，注射泵1將樣品溶液注射到液相色譜儀的定量環，然後開始高效液相色譜的分離分析。

上述過程均由計算機控制自動完成，無需人工介入。

以上顯示和描述了本實用的基本原理、主要特徵和優點，僅是本實用實施的較佳示例而已，並非對技術範圍做任何限制，本行業的技術人員應該了解，在不脫離本實用的創意精神和範圍的前提下，還會有各種變化和改進，凡是依據本實用的技術實質對以上示例所做的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用的技術方案範圍。