新型連續流動-固相微萃取的樣品前處理方法及其萃取裝置的製作方法

2023-09-20 11:36:20 1

專利名稱：：新型連續流動-固相微萃取的樣品前處理方法及其萃取裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種樣品的前處理方法及其處理裝置，特別是涉及一種新型連續流動一固相微萃取的樣品前處理方法及其萃取裝置，利用該方法可以實現固相微萃取的在線富集，屬於環境分析與分析化學領域。
背景技術：
：隨著儀器水平和分析技術的不斷提高，樣品前處理已成為整個分析過程的瓶頸，分析樣品成分比較複雜而待測物含量又比較低，必須經過預前處理才能測量微量組分，提高測量方法的準確性和靈敏性。傳統的萃取方法有蒸餾、吸附、離心過濾、層析、索氏萃取、液液萃取、固相萃取等幾十種，但它們都有一定的缺點，例如溶劑量過大、處理時間長、步驟複雜，容易損失樣品，產生誤差。固相微萃取(SolidPhasemicroextraction，SPME)是在固相萃取(SPE)基礎上發展起來的一種樣品前處理技術，其萃取機制，就是通過塗漬在一小段固相載體上的塗層，富集樣品中的分析物，然後再將塗層上所富集的分析物通過高溫解析或溶劑洗脫快速完全地將其解析到分析儀器中進行測定。SPME技術集萃取、富集和解吸於一體，具有無溶劑、可直接進樣、操作簡便快捷、靈敏等特點，已應用於環境分析、醫藥、生物技術、食品檢測等眾多領域。SPME常用的萃取方法有兩種浸入式直接固相微萃取和頂空式固相微萃取。直接固相微萃取指在萃取過程中，萃取頭直接插入樣品進行萃取；頂空式固相微萃取，指萃取頭置於樣品上方，分析物先揮發到頂空氣相，然後再分配到萃取頭的塗層固定相上。然而這兩種萃取方法都是離線的方式，不能滿足樣品的批量連續分析以及在線富集。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種新型連續流動一固相微萃取的樣品前處理方法及其萃取裝置，在保留固相微萃取樣品前處理方法原有優點的基礎上，實現水樣中目標化合物的在線富集。本發明為解決技術問題所採取的技術方案是一種新型連續流動—固相微萃取的樣品前處理方法，它採用了一種連續流動一固相微萃取裝置，其具體操作步驟為在樣品分析前，首先將固相微萃取手柄的下端螺旋插入到三通管的上管口中，通過伸縮杆將固相微萃取手柄中的萃取頭伸出，暴露在三通管內，一定體積的水樣通過進樣管道進入到恆流泵中，再從連通管進入到三通管中，與固相微萃取手柄中的萃取頭接觸，被測組分被萃取後經出樣管道流出，萃取完成後，通過伸縮杆將萃取頭縮入，進入氣相色譜儀進行下一步的檢測分析。在樣品前處理過程中，所述的水樣處於連續流動的狀態。所述水樣的體積為500mL，流速為6mL/min，水樣中多環芳烴的濃度為40yg/L;所述的萃取頭採用聚二甲基矽氧烷萃取纖維製成。上面所述的連續流動一固相微萃取裝置，包括固相微萃取手柄和支架，所述固相微萃取手柄的下端設置有一個三通管，所述三通管的上管口與固相微萃取手柄的下埠連接，所述三通管的下管口通過連通管與恆流泵的出口連通，所述三通管的側管口與出樣管道連接，所述恆流泵的進口與進樣管道連接。所述三通管的各管口分別通過螺紋與所述固相微萃取手柄、所述連通管、和所述出樣管道連接。所述三通管各管口的螺紋連接處設置有密封墊。本發明連續流動一固相微萃取裝置中，其固相微萃取手柄購自美國S叩e丄coInc(Bellefonte，PA，USA)。本發明的新型連續流動一固相微萃取的樣品前處理方法，操作簡單方便，分析時間短，樣品需要量小，無需萃取溶劑，重現性好，可以批量連續分析以及在線富集。本發明的新型連續流動一固相微萃取的樣品前處理方法，使得樣品預處理過程大為簡化，提高了分析速度，同時也提高了方法的靈敏度，可用於環境汙染物分析、水質和食品檢測、生物化學、有機農藥等領域。本發明中申請人對萃取條件的優化選擇實驗報告I.實驗部分1.1.儀器與試劑固相微萃取手柄，以及聚二甲基矽氧烷(PDMS，100Wn)、聚二甲基矽氧垸/二乙烯苯(PDMS/DVB，65Rn)和聚丙烯酸酯(PA,85Wn)均購自SupelcoInc(Bellefonte，PA，USA)。安捷倫6890N氣相色譜配備FID檢測器，色譜柱為DB-5色譜柱(60mX0.25腿，25um)。升溫程序初始溫度80。C，保持3min;以10。C/min的速度升至300。C，保持15min。進樣口為無分流模式，溫度為250。C;吹掃流速15mL/min，吹掃時間0.5min。檢測器溫度為325。C。自製連續流動系統，包括銅製三通，聚四氟乙烯管路(內徑3mm)，鐵架臺，恆流泵等。16種多環芳烴標準溶液購自美國Supelco公司，二氯甲烷一甲醇溶液，200mg/L。採用農殘級丙酮配製成2mg/L的貯備液，再用水稀釋成系列濃度的工作溶液，貯存在冰箱內。實驗所用試劑未加說明時均為分析純，實驗用水為Milipore超純水。1.2.操作步驟萃取裝置參見圖l，在樣品分析前，首先將固相微萃取手柄2的下端螺旋插入到三通管4的上管口中，通過伸縮杆3將固相微萃取手柄2中的萃取頭伸出，暴露在三通管4內，一定體積的水樣通過進樣管道8進入到恆流泵7中，再從連通管6進入到三通管4中，與固相微萃取手柄2中的萃取頭接觸，被測組分被萃取後經出樣管道5流出，萃取完成後，通過伸縮杆3將萃取頭縮入，進入氣相色譜儀進行下一步的檢測分析。在沒有另外說明的情況下，所有實驗均在如下條件下進行水樣體積為500mL，流速為6mL/min，PAHs濃度均為40ug/L，PDMS萃取纖維。II.結果與討論2.1.萃取條件的優化2.1.1.萃取纖維的選擇不同的萃取纖維對待測物的富集作用不同，因此解吸後在GC—FID檢測中的響應值也不同。考察了PDMS、PDMS/DVB和PA三種萃取纖維對多環芳烴的萃取效率，結果表明，對於本實驗的多環芳烴，三種萃取纖維的萃取能力基本相當。因此選用耐用、堅固、抗惡劣操作環境能力強的PDMS塗層萃取纖維。2.1.2.流速對萃取效率的影響對於一定體積的待測溶液，恆流泵流速的變化直接影響樣品與萃取纖維接觸時間的長短。在溶液體積為50mL，PAHs(多環芳烴)濃度為40yg/L的條件下，研究了恆流泵流速對萃取效率的影響，結果如圖2所示。可以看出，PAHs的萃取效率隨流速的增加而降低。因此，對於濃度較高的樣品，可採用較高的流速，而對濃度較低的樣品，可以採用較低的流速，以保證獲得足夠的靈敏度。本實驗綜合時耗和萃取效果等因素，選擇流速為6mL/min。2.1.3.鹽度對萃取效率的影響鹽度對固相微萃取效率的影響是雙方面的。一方面，在溶液中添加鹽可以產生鹽析效應，有利於有機物從溶液向塗層或氣相的遷移，有利於萃取；另一方面，鹽度的增加，增大了溶液的黏度，減小了待測物質的擴散速率，不利於萃取。本實驗在恆流泵流速為6mL/min，常溫條件下，考察了向50mL標準溶液中加入不同量的NaCl對萃取效率的影響(參見圖3)，實驗表明，鹽的加入對目標分析物萃取率的影響是不同的，PAHs的峰面積隨NaCl濃度的增加呈先增加後降低的趨勢，大部分分析物在NaCl含量為5X時萃取效果最好。考慮到本研究的測定對相是針對溼地地表水，鹽度較小，而且鹽對萃取纖維有傷害，特別是反覆高溫後影響萃取效率，因此選擇在不加鹽的情況下進行萃取。2.1.4.溶液體積對萃取效果的影響在流速一定的條件下，研究了溶液體積對萃取效果的影響，結果如圖4所示，可以看出，溶液體積在50—500mL範圍內，萃取量隨溶液體積的增加而成線性增加，相關係數大於0.98。因此，對於被測物濃度較低的樣品，可以通過增加溶液的體積而得到較高靈敏度。2.1.5.解吸溫度與解吸時間的選擇吸附在萃取頭上的被測物能在短時間內高溫解吸，但高溫會影響萃取頭的壽命，且可能導致被測物分解。汽化室的溫度設在24030(TC間，考察溫度對解吸的影響，發現溫度對解吸影響不大。在250。C下，1min內可以完全解吸塗層纖維上吸附的待測物，為保證解吸徹底且不留記憶效應，本方法選擇5min的解吸時間。2.1.6.優化條件的確定綜合以上實驗結果，針對本實驗的測定對象，本實驗採用如下的優化實驗條件PDMS萃取纖維；恆流泵流速選擇6mL/min(根據樣品濃度高低可調)；萃取溶液不調節鹽度；萃取溶液體積為500mL;解析溫度為250°C，解析時間為5min。2.2.方法的線性範圍、精密度、檢出限和定量下限對8種多環芳烴的線性研究發現，都具有較好的線性關係，相關係數大於0.99，定量下限為O.l—lug/L，檢出下限為0.05—0.5ug/L(如下表)，重複測定(n=5)的相對標準偏差小於7%。tableseeoriginaldocumentpage82.3.水樣測定在優化條件下對某濱河溼地地區地表水樣進行了檢測分析(參見圖5)，結果表明，菲、蒽和芘均被檢出。其中，芘的濃度為1.6ug/L，菲和蒽的濃度低於其定量下限，對實際樣品做加標回收，回收率在87%—112%之間。III.結論本發明建立了連續流動-固相微萃取一氣相色譜測定水中的多環芳烴的方法，水樣中的多環芳烴在自製的連續流動系統中與萃取纖維發生物質交換，達到在線富集的目的，然後採用氣相色譜測定。對實際水樣進行了測定，結果滿令人滿意。該系統有望應用於廢水中有機汙染物的在線富集。圖1為本發明連續流動一固相微萃取裝置的結構示意圖；圖2為恆流泵流速的變化對萃取效率影響的曲線圖；圖3為鹽度對萃取效率的影響的曲線圖；圖4為溶液體積對萃取效果的影響的曲線圖；圖5為多環芳烴的標準色譜圖(a)以及實際水樣的色譜圖(b)，其中l一-萘；2-一亞二氫萘；3—-二氫苊;4-—銜；5---菲；6-—蒽；7—-熒蒽；8---芘。具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的說明參見圖l，一種新型連續流動一固相微萃取的樣品前處理方法，它採用了一種連續流動一固相微萃取裝置，該裝置包括固相微萃取手柄2和支架1，所述固相微萃取手柄2的下端設置有一個三通管4，所述三通管的上管口與固相微萃取手柄2的下埠連接，所述三通管4的下管口通過連通管6與恆流泵7的出口連通，所述三通管4的側管口與出樣管道5連接，所述恆流泵7的進口與進樣管道8連接；所述三通管4的各管口分別通過螺紋與所述固相微萃取手柄2、所述連通管6、和所述出樣管道5連接；所述三通管4各管口的螺紋連接處設置有密封墊。在樣品分析前，首先將固相微萃取手柄2的下端螺旋插入到三通管4的上管口中，通過伸縮杆3將固相微萃取手柄2中的萃取頭伸出，暴露在三通管4內，一定體積的水樣通過進樣管道8進入到恆流泵7中，再從連通管6進入到三通管4中，與固相微萃取手柄2中的萃取頭接觸，被測組分被萃取後經出樣管道5流出，萃取完成後，通過伸縮杆3將萃取頭縮入，進入氣相色譜儀進行下一步的檢測分析。在樣品前處理過程中，所述的水樣處於連續流動的狀態；所述水樣的體積為500mL，流速為6mL/min，水樣中多環芳烴的濃度為40ug/L;所述的萃取頭採用聚二甲基矽氧烷萃取纖維製成。上述的新型連續流動一固相微萃取的樣品前處理方法，操作簡單方便，分析時間短，樣品需要量小，無需萃取溶劑，重現性好，可以實現在線監測，能夠廣泛應用於環境汙染物分析、水質和食品檢測、生物化學、有機農藥等領域。權利要求1.一種新型連續流動-固相微萃取的樣品前處理方法，它採用了一種連續流動-固相微萃取裝置，其具體操作步驟為在樣品分析前，首先將固相微萃取手柄的下端螺旋插入到三通管的上管口中，通過伸縮杆將固相微萃取手柄中的萃取頭伸出，暴露在三通管內，一定體積的水樣通過進樣管道進入到恆流泵中，再從連通管進入到三通管中，與固相微萃取手柄中的萃取頭接觸，被測組分被萃取後經出樣管道流出，萃取完成後，通過伸縮杆將萃取頭縮入，進入氣相色譜儀進行下一步的檢測分析。2.根據權利要求1所述的新型連續流動一固相微萃取的樣品前處理方法，其特徵在於在樣品前處理過程中，所述的水樣處於連續流動的狀態。3.根據權利要求2所述的新型連續流動一固相微萃取的樣品前處理方法，其特徵在於所述水樣的體積為500mL，流速為6mL/min，水樣中多環芳烴的濃度為40ug/L;所述的萃取頭採用聚二甲基矽氧烷萃取纖維。4.權利要求13任一項中所述的連續流動一固相微萃取裝置，包括固相微萃取手柄(2)和支架(1)，其特徵在於所述固相微萃取手柄(2)的下端設置有一個三通管(4)，所述三通管的上管口與固相微萃取手柄(2)的下埠連接，所述三通管(4)的下管口通過連通管(6)與恆流泵(7)的出口連通，所述三通管(4)的側管口與出樣管道(5)連接，所述恆流泵(7)的進口與進樣管道(8)連接。5.根據權利要求4所述的連續流動一固相微萃取裝置，其特徵在於所述三通管(4)的各管口分別通過螺紋與所述固相微萃取手柄(2)、所述連通管(6)、和所述出樣管道(5)連接。6.根據權利要求5所述的連續流動一固相微萃取裝置，其特徵在於所述三通管(4)各管口的螺紋連接處設置有密封墊。全文摘要本發明公開了一種新型連續流動—固相微萃取的樣品前處理方法，它採用了一種連續流動—固相微萃取裝置，在樣品分析前，首先將固相微萃取手柄的下端螺旋插入到三通管的上管口中，通過伸縮杆將萃取頭伸出，暴露在三通管內，一定體積的水樣通過進樣管道進入到恆流泵中，再從連通管進入到三通管中，與固相微萃取手柄中的萃取頭接觸，被測組分被萃取後經出樣管道流出，萃取完成後通過伸縮杆將萃取頭縮入進行下一步的檢測分析。本發明新型連續流動—固相微萃取的樣品前處理方法及其萃取裝置，操作簡單方便，分析時間短，樣品需要量小，可以批量連續分析以及在線富集，能夠廣泛應用於環境汙染物分析、水質檢測、有機農藥等領域。文檔編號B01D11/02GK101279146SQ200710304809公開日2008年10月8日申請日期2007年12月28日優先權日2007年12月28日發明者徐華山,俐武,肖春豔,趙同謙,超邰申請人:河南理工大學