去除溶劑或無機試劑中易揮發性有機雜質的裝置及其方法與流程
2023-12-05 22:24:46
本發明屬於頂空固相萃取技術領域，具體涉及一種基於頂空固相萃取(HSPE)技術去除低沸點溶劑或無機試劑中易揮發性有機雜質的裝置及其方法。
背景技術：
頂空固相萃取(Headspace solid phase extraction, HSPE)是指在一個密閉恆溫裝置中，氣相和液相或固相之間達到分配平衡，用「氣體」萃取樣品中的易揮發性組分，緊接著用固體吸附劑吸附萃取的物質。頂空吸附分為靜態頂空和動態頂空。靜態頂空指的是頂空進樣。主要用於測定在一定溫度下可揮發以及相對比較難於前處理的樣品。動態頂空指的是吹掃補集，樣品中的可揮發性有機物被氮氣吹掃到補集管中，選擇性的吸附有機物。當這一過程結束後，將補集管迅速加熱，使被吸附的有機物釋放出來進入氣相色譜或液相色譜進行分析。
一般的頂空分析都是通過萃取針頭吸附待測物質，測定待測樣品中的待測物質含量。目前已經有商業化的頂空氣相色譜聯用，頂空液相色譜聯用，頂空質譜聯用等分析儀器。然而，其處理的樣品含量不大，僅是作為一種測定樣品中待測物質含量的方法。
假定頂空固相微萃取的三相體系，包括液體塗層，頂空氣相和均相水樣，均處在理想條件下。待測組分在三相間相互遷移直至平衡。萃取過程中組分的總量應該保持恆定，即有C0VS=CfVf+ ChVh+ CsVs
式中，C0：某組分在水樣中的初始濃度；Cf， Ch， Cs：在塗層、頂空氣相和水樣中的平衡濃度：Vf，Vh，Vs：塗層、頂空氣相和水樣體積。定義塗層，頂空氣相的分配係數為Kfh=Cf/Ch ，頂空氣相，水樣的分配係數為Khs= Ch/CS ，則塗層萃取的量n= CfVf 可以表示為: n=C0KfhKhsVfVs/(KfhKhsVf+ KhsVh+ Vs )。根據熱力學原理，多項平衡體系中各項的化學位相等。假設組分濃度較低，可看做無限稀釋溶液，頂空氣相的蒸汽壓有符合理想氣體定律，則有Kfh=Cf/Ch =RT/KF, Khs= Ch/CS =KH/RT,式中，KF，KH 為組分在塗層和溶液中的亨利常數；R:氣體常數；T：水樣熱力學溫度，K。Kfh與塗層/氣相分配係數Kfg相近，而Khs與氣相/樣品分配係數Kgs相近，因而可有：Kfs=KfhKhs=KfgKgs=KH/KF ,假設頂空氣相中的水分可以忽略，則塗層萃取的量n可表示為n= C0KhsVfVs/(KfhVf+ KhsVh+ Vs )。
一般工業純的四氯化碳含有4%的二硫化碳等雜質，採用液相溶劑萃取和蒸餾除去四氯化碳中的雜質，較為費時耗材。
技術實現要素：
本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種去除溶劑或無機試劑中易揮發性有機雜質的裝置及其方法，該裝置通過將循環管路的始端接入容器內液面上方、末端接入容器內液面以下，並通過循環管路中的抽氣循環裝置實現對易揮發性有機雜質的吸附去除。
本發明目的實現由以下技術方案完成：
一種去除溶劑或無機試劑中易揮發性有機雜質的裝置，其特徵在於所述裝置包括一用於盛裝溶劑的容器，所述容器上接通有循環管路，所述循環管路的始端接入所述容器中的液面上方，末端接入所述容器中的液面下方；所述循環管路內具有一冷凝吸附裝置。
所述循環管路末端設置有多孔金屬材料端蓋，所述多孔金屬材料端蓋上分布有篩孔。
所述冷凝吸附裝置由吸附裝置以及冷凝裝置組成，所述吸附裝置為一內部裝填有吸附劑的玻璃管，所述玻璃管兩端與所述循環管路相接通；所述冷凝裝置為一冷凝管，所述冷凝管貼合設置於所述玻璃管外表面。
所述循環管路始端與所述冷凝吸附裝置之間設置有抽氣循環裝置。
所述容器中安裝有溫度測量裝置以及攪拌裝置。
所述容器上安裝有壓力監測裝置以及放空閥。
所述容器下安裝有恆溫槽。
所述循環管路中設置有流量計。
一種涉及上述任一所述去除溶劑或無機試劑中易揮發性有機雜質裝置的工作方法，其特徵在於所述工作方法包括如下步驟：通過所述抽氣循環裝置使所述循環管路始端抽取所述容器中的揮發氣體進入所述循環管路，並通過所述冷凝吸附裝置將所述氣體冷卻並吸附其中的雜質，之後所述氣體經所述循環管路末端的多孔金屬材料端蓋通入所述溶劑中。
本發明的優點是，裝置結構組成簡單，易於組裝，成本較低，可去除低沸點溶劑或無機試劑中的易揮發性有機雜質，除雜效率高，將其創造性的應用於工業生產上，不但擴展了頂空固相萃取的應用範圍，而且降低了工業生產成本，加工過程簡單，可用於大規模生產。
附圖說明
圖1為本發明中頂空固相萃取裝置結構示意圖；
圖2為本發明中冷凝吸附裝置結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖通過實施例對本發明的特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解：
如圖1-2，圖中標記1-17分別為：容器1、進樣口2、循環管路3、抽氣循環裝置4、冷凝吸附裝置5、流量計6、壓力監測裝置及放空閥7、出樣口8、多孔金屬材料端蓋9、攪拌裝置10、恆溫槽11、溫度測量裝置12、磨口端13、出水口14、玻璃管15、進水口16、冷凝管17。
實施例：如圖1所示，本實施例具體涉及一種基於頂空固相萃取(HSPE)技術去除低沸點溶劑或無機試劑中易揮發性有機雜質的裝置及其工作方法，該裝置的主體為容器1，其內盛裝有低沸點溶劑或無機試劑，容器1可以為頂空面積較大的容器，如大的頂空瓶、燒瓶、玻璃槽、不鏽鋼槽等，在容器1側面具有進樣口2以及出樣口8，用於進出樣品,出樣口8可為旋轉式水龍頭；容器1中設置有一攪拌裝置10用於攪拌溶劑，該攪拌裝置10可以為磁力攪拌器、振蕩器或超聲，攪拌裝置10的轉速為300 r/min；此外，在容器1的下方還設置有一恆溫槽11用於使容器1中的溶劑保持恆溫，恆溫槽11可以是油浴鍋、水浴槽或電熱套，溫度可控可調，具體按照被分析物的性質和雜質性質而變。
在容器1中設置有溫度測量裝置12，用於測量容器1中溶劑的溫度是否為恆溫；在容器1上還設置有壓力監測裝置及放空閥7，通過其中的壓力監測裝置監測容器1中的壓力大小，並通過調節放空閥防止容器1內的壓力過大。
如圖1、2所示，容器1上接通有一循環管路3，循環管路3的始端接入容器1內並位於液面上方、末端接入容器1內並位於液面以下，在循環管路3中自始端至末端之間，依次設置有抽氣循環裝置4、冷凝吸附裝置5、流量計6以及多孔金屬材料端蓋9，其中：
a.抽氣循環裝置4用於加速循環管路中的氣體循環過程，使循環管路3的始端抽氣、末端排氣，從而加速冷凝吸附裝置5對於雜質的吸附；
b.冷凝吸附裝置5由吸附裝置和冷凝裝置所組成，吸附裝置的主體為一可拆卸式的玻璃管15，玻璃管15的兩端製成磨口塞狀，構成兩磨口端13，能夠插入循環管路3中構成連通，並用夾子固定，以分子篩作為固定板，在玻璃管15中充填有吸附劑，吸附劑按照被吸附雜質的極性選擇樣品，吸附劑可以為塗覆極性吸附劑聚丙烯酸酯(PA)的矽膠等，雙極性聚二甲基矽氧烷-碳分子篩，接有碳十八的矽膠球等，也可以直接用塗有非極性吸附劑聚二甲基矽氧烷(PDMS)的頂空固相萃取柱，按照被分析物質性能可做相應調整，用篩板在兩端固定吸附劑；冷凝裝置具體為冷凝管17，即橡膠管，冷凝管17貼緊設置於玻璃管15的外層，其內通有冷卻水、液態二氧化碳或氮氣，通過冷凝管17通過進水口16以及出水口14構成冷卻液的循環流動，從而降低玻璃管15的溫度，加大吸附裝置的被吸附物含量；
c.流量計6可以是普通的氣體流量計，用於實時監測循環管路3中的氣體流量；
d.多孔金屬材料端蓋9位於循環管路3的末端，其上分布有若干篩孔，氣體經多孔金屬材料端蓋9上的篩孔後排入溶劑中，並上升穿過液面鼓泡而出，因而兩相可以充分接觸，並相互作用，避免了溶劑過分擾動，增加了除雜速率。
如圖1、2所示，利用本實施例中裝置去除四氯化碳溶劑中易揮發性有機雜質的方法如下：
（1）首先根據實驗條件，選擇合適的溶劑容器，以50ml三口燒瓶作為容器1，於其內加入20ml的工業四氯化碳，將攪拌裝置10的轉速調節至300r/min進行攪拌，並通過在恆溫槽11的作用下保持四氯化碳溶劑溫度在35-45℃之間，同時通過溫度測量裝置12測量四氯化碳溶劑的溫度；
（2）在抽氣循環裝置4的作用下，循環管路3的始端（短端）進行抽氣，末端（長口端）上的多孔金屬材料端蓋9處出氣，氣體經冷凝吸附裝置5將其內的雜質進行去除吸附，冷凝吸附裝置5內的吸附劑為聚二甲基矽氧烷；在途經冷凝吸附裝置5後，通過流量計6觀察循環管路3內的流量；在流量計6之後，觀察容器1內的壓力，若壓力過大則通過放空閥釋放；氣體最後經循環管路3的末端多孔金屬材料端蓋9上篩孔進入溶劑中，通過多孔金屬材料端蓋9有效增大了氣體與溶劑的接觸面積；將所得到的除雜後的四氯化碳用氣質檢測其中的雜質量，除雜效率可以達到0.5%。