動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統及其應用的製作方法
2023-05-20 12:03:01 1
專利名稱：動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統及其應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於分析化學樣品前處理領域，具體涉及一種動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統的設計、分析及應用，適用於環境、食品、醫藥、生物等複雜樣品中痕量有機物的在線預處理、萃取、解吸、分離和檢測。
背景技術：
液液萃取(liquid-liquid-extraction，LLE)是一種傳統的通用型萃取技術，其使用方法簡單，適用性廣，特別適合於水相樣品中非極性物質的提取和富集。但由於液液萃取的選擇性主要由分析物在有機相和水相的分配係數決定，因此不具有高特異性和萃取分離選擇性。在用於複雜體系樣品分析時，萃取液將含有大量非極性的基體幹擾物，從而影響分析方法的準確度。固相微萃取技術(solid phase microextraction，SPME)是集採樣、萃取、濃縮、進樣於一體的一種微型化樣品前處理技術。目前最常用的固相微萃取形式是在細長纖維表面塗布具有萃取和富集性能的固定相從而形成固相微萃探針。隨著分析體系的複雜化，需要發展高選擇性的固相微萃取固定相。分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymer, MIP)是以某種化合物分子為模板合成的聚合物，對模板分子具有特異性識別能力。將分子印跡聚合物作為塗層可提高固相微萃取的選擇性，高效地從複雜樣品中分離、富集目標分子。然而多數分子印跡聚合物識別位點與模板分子之間的分子間作用力以氫鍵為主，當用於水相樣品前處理時，其識別能力會受到水等強極性溶劑幹擾，降低萃取能力和選擇性。另一方面，目前微萃取技術與氣相色譜或液相色譜聯用一般是通過特定的接口，實現在線的解吸和分離，但無法實現預處理、萃取、解吸、分離和檢測全過程的在線。目前使用的液相微萃取和分子印跡固相微萃取聯用裝置通常需要增加一個中空纖維膜用以隔離有機相和水相，且都是使用離線的萃取形式，再通過專用解吸池進行在線解吸，或直接採用離線方式解吸後再進樣。如中國專利申請CN101637668A就公開了一種分子印跡固體微萃取-中空纖維液相微萃取聯用裝置、方法及應用，其中涉及到分子印跡固相微萃取探針插入裝載有機溶劑的中空纖維膜腔內，再置於萃取瓶中。這種方法所需時間長、操作繁瑣、誤差大，且不利與後續分析技術聯用實現在線分析。
發明內容
本發明目的旨在克服液液固印跡微萃取技術離線攪拌萃取且受到中空膜阻礙致使平衡時間長的缺點，設計一個能夠以流動模式萃取水相樣品中目標物、加快水相和有機相之間、有機相和固定相之間傳質速率、萃取時間短、有機溶劑使用量少、自動化控制、靈敏度高、實現水相樣品預處理、萃取、解吸、分離和檢測的全程在線，結合液液萃取的通用性， 分子印跡微萃取技術的高選擇性、高富集能力，以及液相色譜的高分離能力和高靈敏度，減少了人為誤差，提高了精密度和準確度的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統。
本發明的目的是通過採用以下技術方案來實現的一種動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其包括(A)動態液液固印跡微萃取裝置其包括用於水浴加熱和攪拌的磁力攪拌器、固定在攪拌器上的水浴瓶、裝有水相和有機相的萃取瓶、用於攪拌水相樣品的磁力攪拌子、用於導入和導出有機相的引流管、用於驅動有機相的蠕動泵、用於流路切換的高壓六通切換閥及兩端連接於其上的聚醚醚酮管和用於實現微萃取功能的分子印跡固相微萃取材料；在動態液液固印跡微萃取過程中，連接在所述高壓六通切換閥上的分子印跡固相微萃取材料與引流管相連，水浴瓶放置在磁力攪拌器上，萃取瓶浸沒在水浴瓶中，有機萃取相和水相樣品在萃取瓶中處於不相溶上下分層狀態，上相有機萃取相中插入導入引流管和導出引流管，有機相經導出引流管引出，然後按順序流經所述聚醚醚酮管中的分子印跡固相微萃取材料、蠕動泵、最後經導入引流管回到萃取瓶上層有機相中，從而實現循環流動萃取；(B)液相色譜裝置其包括高壓六通進樣閥、定量環、進樣針、色譜柱、檢測器和高壓液相泵；其中，定量環兩端連接於高壓六通進樣閥之上；所述聚醚醚酮管和所述定量環在萃取過程中相互隔離，在動態解吸/色譜分離過程中則處於連通狀態；當動態液液固印跡微萃取過程完成之後，由進樣針載入解吸液，切換高壓六通切換閥和連接有定量環的高壓六通進樣閥，此後系統進入動態解吸/色譜分離過程，由進樣針載入的解吸液被高壓液相泵驅動的流動相推送，依次流經高壓六通進樣閥中的定量環、高壓六通切換閥中的固相微萃取材料、色譜柱及檢測器形成在線流動解吸、分離、檢測流路。該系統以一個高壓六通切換閥、一個高壓六通進樣閥作為連接中樞，將動態液液固印跡微萃取裝置、解吸液定量環和液相色譜連接起來，實現水相樣品中痕量物質的預分離、萃取、解吸、色譜分析的全過程在線。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述有機相與水不相溶，且其相對密度與水相比小於0. 8。根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述萃取瓶具有透明長頸結構，頸口內徑為0. 5-2cm。根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述萃取瓶為試
管或容量瓶。根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述蠕動泵中的蠕動管為耐受有機溶劑的軟管材質，內徑為0. 5-2. Omm ；根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述蠕動管為聚
氯乙烯管。根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述循環萃取迴路的連接管和引流管為內徑0. 25mm的聚醚醚酮管。根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述有機萃取相在萃取迴路中處於循環流動狀態，整個動態萃取時間和流動萃取速度保證所有有機萃取液至少循環流動一次，且有機溶劑體積需大於循環迴路死體積。
根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述分子印跡固相微萃取材料為細長纖維、微粒、攪拌棒、壁上塗有固定相的中空管和通透性良好的整體柱中的任意一種。根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述用於裝載解吸液的定量環體積為100 μ L0該系統的操作包括液液固三相動態微萃取過程、動態解吸過程和液相色譜分離檢測過程液液固三相動態微萃取過程和動態解吸過程的轉換可通過同時切換高壓六通進樣閥和高壓六通切換閥來實現；動態解吸過程和液相色譜分離檢測過程無需操作，自動實現轉換；在液液固三相動態微萃取過程中，高壓六通進樣閥處於LOAD狀態，裝載有分子印跡固定相的聚醚醚酮管與循環萃取流路相聯接；在動態解吸過程中，高壓六通進樣閥處於 INJECT狀態，裝載有固定相的聚醚醚酮管與液相色譜流路相聯。根據本發明的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，所述解吸液可根據解吸條件的優化實驗選擇不同於色譜流動相的溶劑。根據本發明的動態液液固印跡微萃取裝置-液相色譜在線聯用系統，所述樣品體積可根據樣品性質如來源、目標物靈敏度、平衡時間等進行調整。本發明動態液液固印跡微萃取裝置及其與液相色譜組成的在線聯用系統至少具有以下優點1)在水浴加熱和高速攪拌下進行液液萃取，傳質速率快，平衡時間短。2)液固萃取過程中使用循環流動萃取方式取代攪拌萃取方式，減少了有機溶劑使用量，易於實現在線聯用。3)可以方便的增加分子印跡固相微萃取材料的體積、表面積或通透性，有效提高固定相的萃取能力和縮短萃取時間，從而提高方法的靈敏度、加快分析速度。4)將全部解吸液注入到色譜柱中，實現目標解吸物的全進樣，提高方法靈敏度和降低了檢出限。5)全過程採用機械驅動和軟體控制，自動化程度高，減少樣品汙染和損失。6)集預分離、萃取、解吸、分離和檢測於一體，減少了手工操作，能有效提高方法精密度和準確度。7)可根據目標物性質選擇不同材料、不同形式的固定相，拓寬了液液固微萃取技術的適用性和應用範圍。在具體實施例中，利用本發明提供的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統檢測分析了尿樣和牛奶中的5種雌激素。本系統的固定相還可以使用除分子印跡材料之外的其他具有萃取性能的材料，但本裝置及系統並不僅限於該較佳應用，還可廣泛適用於環境、食品、醫藥、生物等複雜樣品中痕量目標物的在線預處理、萃取、解吸、分離和檢測。
圖1為本發明提供的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統的流路聯接圖。其中，1:導出引流管 2:有機萃取相 3:水相樣品4:水浴瓶 5:磁力攪拌器 6:導入引流管7:磁力攪拌子8:蠕動泵9:高壓六通切換閥10:分子印跡固相微萃取材料 11:聚醚醚酮管 12:色譜柱 13:檢測器 14:進樣針 15:高壓六通進樣閥 16 定量環 17 高壓液相泵圖2為以雌二醇分子印跡纖維為固定相，使用動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統分析2mL加標濃度為2 μ g/L的尿樣中的5種雌激素所得色譜圖曲線a為 100 μ g/L 5種雌激混合標準溶液，進樣量為20 μ L ;b為動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統所得色譜圖；c為使用傳統固相微萃取方法分析2mL加標濃度為2 μ g/L尿樣中5種雌激素所得色譜圖；d為加標濃度為2 μ g/L的尿樣直接進樣20 μ L所得色譜圖；1、 雌二醇，2、炔雌醇，3、雌酮，4、己烯雌酚，5、己烷雌酚。圖3為以雌二醇分子印跡纖維為固定相，使用動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統分析25mL加標濃度為1 μ g/L的尿樣中的5種雌激素所得色譜圖曲線a為 100 μ g/L 5種雌激混合標準溶液，進樣量為20 μ L ;b為動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統所得色譜圖；c為使用傳統固相微萃取方法分析25mL加標濃度為1 μ g/L的尿樣中的5種雌激素所得色譜圖；d為加標濃度為1 μ g/L的尿樣直接進樣20 μ L ；1、雌二醇，2、炔雌醇，3、雌酮，4、己烯雌酚，5、己烷雌酚。圖4為以動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統分析2mL加標濃度為 2 μ g/L的牛奶中的5種雌激素所得色譜圖曲線a為100 μ g/L 5種雌激混合標準溶液，進樣量為20 μ L ;b為動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統所得色譜圖；c為使用傳統固相微萃取方法分析2mL加標濃度為2 μ g/L的牛奶中的5種雌激素所得色譜圖；d為加標濃度為2 μ g/L的牛奶直接進樣20 μ L ； 1、雌二醇，2、炔雌醇，3、雌酮，4、己烯雌酚，5、己烷雌酚。圖5為以雌二醇分子印跡纖維為固定相，使用動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統分析25mL加標濃度為1 μ g/L的牛奶中的5種雌激素所得色譜圖曲線a為 100 μ g/L 5種雌激混合標準溶液，進樣量為20 μ L ;b為動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統所得色譜圖；c為使用傳統固相微萃取方法分析25mL加標濃度為1 μ g/L的牛奶中的5種雌激素所得色譜圖；d為加標濃度為1 μ g/L的牛奶直接進樣20 μ L ；1、雌二醇，2、炔雌醇，3、雌酮，4、己烯雌酚，5、己烷雌酚。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明以達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合實施例和附圖，對本發明提出的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統的結構、 特徵及其具體實施方式
，詳細說明如下。如圖1所示，為本發明提供的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其包括(A)動態液液固印跡微萃取裝置和(B)液相色譜裝置。所述動態液液固印跡微萃取裝置包括用於水浴加熱和攪拌的磁力攪拌器5、固定在攪拌器上的水浴瓶4、裝有水相樣品 3和有機萃取相2的萃取瓶、用於攪拌水相樣品3的磁力攪拌子7、用於導入和導出有機萃取相2的導入引流管6和導出引流管1、用於驅動有機萃取相2的蠕動泵8、用於流路切換的高壓六通切換閥9及兩端連接於其上的聚醚醚酮管11和用於實現微萃取功能的分子印跡固相微萃取材料10 ；在動態液液固印跡微萃取過程中，連接在所述高壓六通切換閥9上的分子印跡固相微萃取材料10通過高壓六通切換閥9與引流管相連，水浴瓶4放置在磁力攪拌器5上， 萃取瓶浸沒在水浴瓶4中，有機萃取相2和水相樣品3在萃取瓶中處於不相溶上下分層狀態，上相有機萃取相2中插入導入引流管6和導出引流管1，有機萃取相2經導出引流管1 引出，然後按順序流經所述聚醚醚酮管11中的分子印跡固相微萃取材料10、蠕動泵8、最後經導入引流管6回到萃取瓶上層有機萃取相2中，從而實現循環流動萃取。所述有機萃取相2優選與水不相溶，且其相對密度小於0. 8。所述萃取瓶優選具有透明長頸結構，頸口內徑為0. 5-2cm,並進一步優選為試管或容量瓶。所述蠕動泵中的蠕動管優選為耐受有機溶劑的軟管材質，內徑為0. 5-2. 0mm，並進一步優選為聚氯乙烯管。此外，用於連接所述循環萃取迴路的其他連接管、導入引流管6和導出引流管1優選為內徑0. 25mm的聚醚醚酮管。所述有機萃取相2在萃取迴路中處於循環流動狀態，整個動態萃取時間和流動萃取速度優選所有有機萃取液至少循環流動一次，且有機溶劑體積需大於循環迴路死體積。所述分子印跡固相微萃取材料10優選為細長纖維、微粒、攪拌棒、壁上塗有固定相的中空管或通透性良好的整體柱，並進一步優選為細長纖維。所述液相色譜裝置包括高壓六通進樣閥15、定量環16、進樣針14、色譜柱12、檢測器13和高壓液相泵17 ；其中，定量環16兩端連接於高壓六通進樣閥15之上；所述用於裝載解吸液的定量環體積優選為100 μ L。裝有微萃取材料的聚醚醚酮管11和定量環16在萃取過程中相互隔離，在動態解吸/色譜分離過程中則處於連通狀態；當動態液液固印跡微萃取過程完成之後，由進樣針14載入解吸液，切換高壓六通切換閥9和連接有定量環16 的高壓六通進樣閥15，此後系統進入動態解吸/分離過程，由進樣針14載入的解吸液經高壓液相泵17驅動的流動相推送，依次流經高壓六通切換閥9中的分子印跡固相微萃取材料 10、色譜柱12及檢測器13，形成在線流動解吸、分離、檢測流路。實施例以雌二醇分子印跡纖維為固定相，使用動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統分析尿樣和牛奶中的5種雌激素。在該方法中所用固定相為1根或4根長約9. 5cm、塗層厚度為10 μ m的雌二醇分子印跡纖維，單根或並聯成束裝載於長為12cm、內徑為0.5mm的PEEK管中。其中雌二醇分子印跡纖維為實驗室自製。聯用流路如圖1所示。使用2mL和25mL兩種樣品體積模式。在2mL模式中使用4根雌二醇分子印跡纖維。以5mL試管(內徑約為0. 8cm)為液液萃取容器，裝入2mL尿樣或者牛奶，在其上加入600 μ L正己烷，形成互不相溶上下兩層溶液；試管中先加入一個長約Icm外徑約0. 6cm的大磁力攪拌子，再在其上放入一個長約 0. 6cm外徑約0. 4cm的小磁力攪拌子，兩者以磁極相反方式互斥，小磁力攪拌子懸空停留在大磁力攪拌子上方，攪拌速度為lOOOrpm。整個試管固定在一個20mL水浴容器中間，水浴溫度為60°C。導入引流管和導出引流管浸沒在有機溶劑中段位置。在液液固三相動態微萃取過程中，有機溶劑以50rpm(約等於0. 56mL/min)的流速經由導出引流管順序流經六通切換閥上的雌二醇分子印跡纖維、蠕動泵，最後由導入引流管流回試管中，萃取時間為60min。 當該過程完成後，使用進樣針向IOOyL定量環中注入過量甲醇解吸液，然後同時切換高壓六通進樣閥和高壓六通切換閥，促使系統進入動態解吸過程，之後系統自動進入液相色譜分離檢測過程。在25mL模式中使用1根雌二醇分子印跡纖維。以25mL容量瓶(上頸內徑約為0. 8cm)為液液萃取容器，裝入25mL尿樣(牛奶)；試管中先加入一個長約Icm外徑約0. 6cm 的大磁力攪拌子。攪拌速度為875rpm。整個容量瓶固定在一個自製300mL水浴容器中間。 其餘條件同2mL模式。圖2和圖3分別是2mL和25mL模式下，以雌二醇分子印跡纖維為固定相，使用動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統分析2mL加標濃度為2 μ g/L，以及25mL加標濃度為1 μ g/L的尿樣中的5種雌激素所得色譜圖。通過與使用傳統固相微萃取方法和對相同樣品直接進樣分析得到的結果對比，可以明顯看出使用本在線聯用方法得到的信號背景簡單、基線平穩、5種雌激素信號峰容易辨別，方法靈敏度得到提高。圖4和圖5分別是2mL和25mL模式下，以雌二醇分子印跡纖維為固定相，使用動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統分析2mL加標濃度為2 μ g/L,以及25mL加標濃度為1 μ g/L的牛奶中的5種雌激素所得色譜圖。通過對比，同樣可以得到本聯用方法優於傳統固相微萃取方法和直接進樣分析法的結論。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何形式上的限制，本發明以上所述樣品的體積可根據樣品性質如來源、目標物靈敏度、平衡時間等進行調整。雖然本發明已以較佳實施例說明如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出更動或修飾等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於包括(A)動態液液固印跡微萃取裝置其包括用於水浴加熱和攪拌的磁力攪拌器、固定在攪拌器上的水浴瓶、裝有水相和有機相的萃取瓶、用於攪拌水相樣品的磁力攪拌子、用於導入和導出有機相的引流管、用於驅動有機相的蠕動泵、用於流路切換的高壓六通切換閥及兩端連接於其上的聚醚醚酮管和用於實現微萃取功能的分子印跡固相微萃取材料；在動態液液固印跡微萃取過程中，連接在所述高壓六通切換閥上的分子印跡固相微萃取材料與引流管相連，水浴瓶放置在磁力攪拌器上，萃取瓶浸沒在水浴瓶中，有機萃取相和水相樣品在萃取瓶中處於不相溶上下分層狀態，上相有機萃取相中插入導入引流管和導出引流管，有機相經導出引流管引出，然後按順序流經所述聚醚醚酮管中的分子印跡固相微萃取材料、蠕動泵、最後經導入引流管回到萃取瓶上層有機相中，從而實現循環流動萃取；(B)液相色譜裝置其包括高壓六通進樣閥、定量環、進樣針、色譜柱、檢測器和高壓液相泵；其中，定量環兩端連接於高壓六通進樣閥之上；所述聚醚醚酮管和所述定量環在萃取過程中相互隔離，在動態解吸/色譜分離過程中則處於連通狀態；當動態液液固印跡微萃取過程完成之後，由進樣針載入解吸液，切換高壓六通切換閥和連接有定量環的高壓六通進樣閥，此後系統進入動態解吸/色譜分離過程， 由進樣針載入的解吸液被高壓液相泵驅動的流動相推送，依次流經高壓六通切換閥中的固相微萃取材料、色譜柱及檢測器形成在線流動解吸、分離、檢測流路。
2.根據權利要求1所述的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於所述有機相與水不相溶，且其相對密度與水相比小於0. 8。
3.根據權利要求1所述的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於所述萃取瓶具有透明長頸結構，頸口內徑為0. 5-2cm。
4.根據權利要求3所述的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於所述萃取瓶為試管或容量瓶。
5.根據權利要求1所述的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於所述蠕動泵中的蠕動管為耐受有機溶劑的軟管材質，內徑為0. 5-2. Omm ；
6.根據權利要求5所述的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於所述蠕動管為聚氯乙烯管。
7.根據權利要求1所述的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於所述循環萃取迴路的連接管和引流管為內徑0. 25mm的聚醚醚酮管。
8.根據權利要求1所述的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於所述有機萃取相在萃取迴路中處於循環流動狀態，整個動態萃取時間和流動萃取速度保證所有有機萃取液至少循環流動一次，且有機溶劑體積需大於循環迴路死體積。
9.根據權利要求1所述的動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，其特徵在於所述分子印跡固相微萃取材料為細長纖維、微粒、攪拌棒、壁上塗有固定相的中空管和通透性良好的整體柱中的任意一種。
10.根據權利要求1所述的在線聯用系統，其特徵在於所述用於裝載解吸液的定量環體積為100 μ L。
全文摘要
本發明公開了一種動態液液固印跡微萃取-液相色譜在線聯用系統，包括磁力攪拌器、水浴瓶、萃取瓶、引流管、蠕動泵、高壓六通切換閥、分子印跡固相微萃取材料、高壓六通進樣閥、定量環、進樣針、液相色譜泵、色譜柱、檢測器和液相色譜等，通過動態液液固印跡微萃取裝置和液相色譜的聯用，實現水相樣品中目標分析物預富集、萃取、解吸、分離和檢測全過程的在線。該系統結合了液液萃取的通用性、分子印跡固相微萃取技術的高選擇性、高富集能力和液相色譜的高效分離能力和高靈敏度，提高了分析自動化程度、縮短分析時間、提高了準確度精密度，可有效應用於複雜樣品中痕量有機物的分析檢測。
文檔編號B01D11/04GK102288473SQ20111011934
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者李攻科, 胡玉斐, 胡玉玲, 鍾啟升 申請人:中山大學