一種流化床富集裝置及其使用方法

2023-12-10 00:42:31 2

專利名稱：一種流化床富集裝置及其使用方法
技術領域：
本發 明涉及一種流化床富集裝置及其使用方法。
背景技術：
近紅外光譜分析技術是二十世紀九十年代以來發展最快、最引人注目的光譜分析技術，因其與傳統定量方法相比，檢測方法方便快捷、操作簡單、對樣品無損、對環境友好，現已逐漸成為現代分析技術的重要組成部分，具有良好的應用前景。近紅外光譜分析技術可以應用於實驗室分析，也適用於現場快速檢測和實時在線分析，但與此同時近紅外光譜分析也存在檢測靈敏度低以及無機元素在近紅外光譜區無明顯吸收而難於被檢測的缺陷，限制了其在微量/痕量分析領域的應用。在分析化學中，檢測之前對樣品進行預富集是常用的提高靈敏度的方法。富集是採用特定的吸附材料從大量基體物質中將欲測量的組分集中到較小體積的固體或溶液中，進而提高檢測靈敏度。但是，現有技術中並沒有一種能夠快速、均勻地處理微量或痕量物質的富集裝置，該現狀亟待解決。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服了現有技術中沒有能夠快速、均勻地處理微量或痕量物質的富集裝置，尤其是在近紅外光譜分析技術領域更沒有相關富集裝置存在的缺陷，而提供了一種能夠快速、均勻、高效地進行富集的流化床富集裝置及其使用方法。現有技術中並沒有一種能夠快速、均勻地進行富集待測樣品的裝置，尤其在近紅外光譜分析領域更是鮮有所聞，本發明人就曾嘗試使用常規方法用粉末吸附材料或整體柱材料進行微量分析物的富集並用於低豐度組分的近紅外光譜檢測，但實驗發現富集時間長，僅30mL樣品溶液就需要15min以上，步驟繁瑣、時間長、效率低，顯然不利於快速分析，因此，本發明人經過大量實驗研究嘗試，最終通過下述技術方案解決上述技術問題。本發明的流化床富集裝置包括一料液罐、一第一管道、一富集単元、一第二管道、ー廢液儲槽和ー動力泵；該富集単元包括一裝有富集材料的富集容器、ー用於密封富集容器的開ロ的密封蓋，該密封蓋設置有入口和出ロ ；該料液罐與該第一管道的入口連通，該第一管道的出口通過該密封蓋的入口與該富集容器連通，該第一管道的出口的端ロ位於該富集容器的下部；該第二管道的入口通過該密封蓋的出口與該富集容器連通，該第二管道的入口的端ロ位於該富集容器的上部；該第二管道的出口與該廢液儲槽連通；該動カ泵用於使該料液罐中樣品依次流經該第一管道和該第二管道。本發明中，該富集容器為本領域常規的富集容器。該富集容器的材料不限，可為玻璃或金屬材質；形狀不限，可為圓柱形或方形，體積不限，一般可為lmL-200mL。該富集容器較佳的為以玻璃或石英玻璃為底面質地的均勻平底容器，該流化床富集裝置尤其適用於近紅外光譜儀器聯用。該富集容器的底面直徑或邊長較佳的為10mm-50mm。該富集容器的高度較佳的為5mm-80_有利於富集使用時物質的均勻攪拌。
本發明中，該密封蓋材料一般不限，可為橡膠、玻璃或金屬材質。本發明中，該富集材料為本領域常規所述富集材料，一般根據實際試驗情況依據被吸附物質選用相應的富集材料，常用的富集材料可為活性氧化鋁、活性炭、纖維素、矽膠、合成樹脂以及新型高效吸附分析材料如納米材料、介孔材料、分子印跡聚合物、磁性微球等等。該富集材料市售可得或依據本領域常規技術自行製備。該富集材料一般可為顆粒狀或粉末狀，該富集材料的粒徑大小較佳的為10目-400目。本發明中，該第一管道的出口的埠和/或該第二管道入口的埠上較佳的還設置一微孔篩板。該微孔篩板為本領域常規所用微孔篩板，用於防止該富集容器中的富集材料流失，本領域技術人員應當知道根據富集材料顆粒大小適當調整微孔篩板的孔徑尺寸。本發明中，該第一管道和第二管道的材質不限，可以採用塑料、玻璃或者金屬材 質。本發明中，該富集単元上較佳的還設置ー振蕩器，該振蕩器用于震蕩該富集容器，以便於更好地攪動富集単元中物質達到充分接觸和均勻富集的目的。該振蕩器為本領域常規所述，較佳的為搖床。本發明中，該動カ泵為本領域常規所述，較佳的為蠕動泵、真空泵或壓カ泵。其中，當該動カ泵為蠕動泵時，該動カ泵設置於該第一管道上；當該動カ泵為壓カ泵時，該動カ泵與該料液罐連接；當該動カ泵為真空泵時，該動カ泵與該廢液儲槽連接。該動カ泵控制樣品的流速範圍較佳的為lmL/min-lOOOmL/min。本發明還涉及ー種上述流化床富集裝置的使用方法包括步驟如下開啟動カ泵，將樣品由料液罐經第一管道導入富集容器進行富集，之後樣品經該密封蓋出口和第二管道流至廢液儲槽即可。其中，當該流化床富集裝置設置有振蕩器時開啟動カ泵同時開啟振蕩器。其中，當所述的料液罐中樣品流完較佳的將動カ泵繼續運行至富集容器中的溶液全部除至廢液儲槽。本發明中，該流化床富集裝置用於近紅外光譜儀器聯用時，較佳地，在富集完成後，將富集容器取出並直接放置在近紅外光譜儀器積分球或相應漫反射附件窗口上採集近紅外光譜，即可實現近紅外光譜測定。該方法既可用於有近紅外吸收的微量有機物檢測，也可用於不能用近紅外光譜直接檢測的微量無機元素分析。本發明所用試劑和原料除特殊說明外均市售可得。在符合本領域常識的基礎上，本發明中上述的各技術特徵優選條件可以任意組合得到較佳實例。本發明的積極進步效果在於本發明的流化床富集裝置適用範圍廣，可用於各種不同種類物質，能保證樣品與富集材料充分接觸，提高富集效率，同時富集快速，均勻，其中特定優選條件特別適用於在線近紅外光譜聯用檢測，從而在保持了近紅外光譜分析方法簡單快速和適合現場分析等優點前提下，有效地提高其檢測靈敏度，加快分析速度，達到對微量物質進行近紅外光譜檢測的目的。


圖I為本發明實施例I的流化床富集裝置示意圖。
圖2為圖I的流化床富集裝置中富集裝置的局部放大圖。
具體實施例方式下面通過實施例的方式進ー步說明本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。實施例I本發明的流化床富集裝置如附圖I和2所示，其包括料液罐I、第一管道2、富集單元3、第二管道4、廢液儲槽5和動カ泵21 ；富集單元3包括裝有富集材料34的富集容器32、用於密封富集容器32的開ロ的密封蓋33，密封蓋33設置有入口和出口(未在圖中標出)；富集容器32為本領域常規的富集容器，其材料不限，可為玻璃或金屬材質，形狀不限，可為圓柱形或方形，體積不限，一般可為lmL-200mL。當用於近紅外光譜儀器聯用時，富集容器32為以玻璃或石英玻璃為底面質地的均勻平底容器，該富集容器的底面直徑或邊長較佳的為10mm-50mm;為有利於富集使用時物質的均勻攪拌，富集容器32的高度較佳的為5mm-80mm ;富集材料34可為本領域常規所述富集材料，一般根據實際試驗情況依據被吸附物質選用相應的富集材料，常用的富集材料可為活性氧化鋁、活性炭、纖維素、矽膠、合成樹脂以及新型高效吸附分析材料如納米材料、介孔材料、分子印跡聚合物、磁性微球等等；富集材料34 —般可為顆粒狀或粉末狀，粒徑大小較佳的為10目-400目；料液罐I與第一管道2的入口連通，第一管道2的出ロ通過密封蓋33的入口與富集容器32連通，第一管道2的出口的端ロ位於富集容器32的下部；該密封蓋33的材料一般不限，可為橡膠、玻璃或金屬材質；第二管道4的入口通過密封蓋33的出ロ與富集容器32連通，第二管道4的入口的端ロ位於富集容器32的上部；其中，第一管道2和第二管道4的材質不限，可以採用塑料、玻璃或者金屬材質；第一管道2的出口的埠和/或第二管道4入ロ的埠上較佳的還設置微孔篩板，本實施例附圖中所示的第一管道2的出口的埠上設置微孔篩板22，第二管道4入口的埠上設置微孔篩板41 ；第二管道4的出口與廢液儲槽5連通；動カ泵21用於使料液罐I中樣品第一管道2和第二管道4，該動カ泵較佳的為蠕動泵、真空泵或壓カ泵；本實施例附圖中所示的動カ泵21為蠕動泵，設置於第一管道2上；同樣地，動カ泵也可以為真空泵或壓カ泵，當該動カ泵為壓カ泵時，該動力泵與該料液罐連接即通過壓カ使料液罐I中樣品第一管道和第二管道；當該動カ泵為真空泵時，該動カ泵與該廢液儲槽連接通過真空負壓使料液罐I中樣品第一管道和第二管道；動カ泵21控制溶液的流速範圍較佳的為lmL/min-1000mL/min ；其中，富集単元3上較佳的還設置振蕩器31，用于震蕩富集容器32，以便於更好地攪動富集単元中物質達到充分接觸和均勻富集的目的。振蕩器31可為本領域常規所述，較佳的為搖床。實施例2 下面以D401大孔螯合樹脂為吸附材料，用於微量金屬銅離子的近紅外光譜分析為例，並結合本發明實施例I的設備作進ー步說明。
I、D401大孔螯合樹脂螯合樹脂D401的預處理步驟先將市售的D401樹脂用50 60°C的熱水浸洗，浸洗時不斷攪動，隔15 30min換水一次，浸洗至浸洗水不帶褐色，泡沫很少為止；用Imol/L的HCl將樹脂浸泡3h後，再用超純水清洗到pH為4左右；用lmol/L的NaOH處理3h後，用超純水衝洗到pH為10左右；用lmol/L的HCl將樹脂浸泡3h後，用超純水清洗到pH為6以上，待用。2、流化床富集裝置構建取直徑25mm，高40mm稱量瓶作為富集容器，大小合適的橡膠塞作為密封蓋，在橡膠塞上間隔打兩個直徑4mm的孔，插入第一管道和第二管道，兩管均為硬質PVC管。第二管道入ロ的埠和第一管道出ロ的端ロ都固定有ー個大小相配的細篩板，料液罐與第一管道的入口連通，第二管道的出口與廢液儲槽連通，稱取抽乾的D401樹脂4. Og於富集容器中， 保證將樹脂完全S封在S集各器內部；將惡'封好的S集各器固定在振湯器上。3、富集效率測定取IL I ii g/mL的Cu2+水溶液，在蠕動泵作用下將溶液打入裝有D401樹脂的富集裝置，流速為50mL/min，用ICP-AES (Varian公司710-ES，美國)方法測定流出液中Cu2+的含量，計算富集效率。相同條件下上述實驗重複3次，D401樹脂對IL I U g/mL的Cu2+水溶液的富集效率均為100%。4、富集操作和近紅外光譜測定配製濃度為0. 5 ii g/mL-4. 4 u g/mL的Cu2+水溶液40份,準備40個同批次生產的稱量瓶作為富集容器，每個均裝入4. Og的D401螯合樹脂，分別安裝好如前所述的流化床富集裝置，開啟動カ泵和振蕩器，將樣品由料液罐經第一管道導入富集容器進行富集，之後樣品經該密封蓋出口和第二管道流至廢液儲槽，在50mL/min流速下進行富集；每次樣品溶液流完後，再保持蠕動泵轉動5秒儘量去除掉富集容器中剰餘的溶液至廢液儲槽；之後將富集容器放置在近紅外光譜儀(B&W Tek公司BTC-261E，美國)的積分球窗口上直接測定近紅外漫反射光譜，轉動富集容器在不同的位置測量3次，取平均光譜；每個樣品完成後，進行下一個樣品的富集和測量。對光譜採用多元散射校正(MSC)進行校正，MSC的參比光譜為5次測量的空白樣品(即純水)的平均光譜。取5條樣品光譜為預測集，其餘35條光譜為校正集，用偏最小ニ乘(PLS)方法建立光譜與Cu2+濃度之間的模型,用去一交互檢驗法(leave-one-out)選取合適的隱變量數。研究發現，光譜與濃度之間有良好的線性關係，在1134nm單個波長處，光譜與銅離子濃度的相關係數達到0. 9708 ；PLS建模中當隱變量數為5時，校正誤差為0. 2079 u g/mL。對預測集中5個樣品的平均預測誤差為0. 3696U g/mL，平均相對預測誤差為6. 05%。
權利要求
1.一種流化床富集裝置，其特徵在於該裝置包括一料液罐、一第一管道、一富集單元、一第二管道、一廢液儲槽和ー動カ泵； 該富集単元包括一裝有富集材料的富集容器、ー用於密封該富集容器的開ロ的密封蓋，該密封蓋設置有入口和出口； 該料液罐與該第一管道的入口連通，該第一管道的出口通過該密封蓋的入口與該富集容器連通，該第一管道的出口的端ロ位於該富集容器的下部； 該第二管道的入口通過該密封蓋的出口與該富集容器連通，該第二管道的入口的端ロ位於該富集容器的上部； 該第二管道的出口與該廢液儲槽連通； 該動カ泵用於使該料液罐中樣品依次流經該第一管道和該第二管道。
2.如權利要求I所述的流化床富集裝置，其特徵在於該富集容器為以玻璃或石英玻璃為底面質地的均勻平底容器；和/或，該富集容器的底面直徑或邊長為10mm-50mm ;和/或，該富集容器的高度為5mm-80mm。
3.如權利要求I所述的流化床富集裝置，其特徵在於該富集材料的粒徑大小為10目-400目。
4.如權利要求I所述的流化床富集裝置，其特徵在於該第一管道的出口的埠和/或該第二管道入ロ的埠上設置ー微孔篩板。
5.如權利要求I所述的流化床富集裝置，其特徵在於該富集容器上設置ー振蕩器，該振蕩器用于震蕩該富集容器。
6.如權利要求5所述的流化床富集裝置，其特徵在於該振蕩器為搖床。
7.如權利要求I所述的流化床富集裝置，其特徵在於該動カ泵為蠕動泵、真空泵或壓カ泵；其中，當該動カ泵為蠕動泵時，該動カ泵設置於該第一管道上；當該動カ泵為壓カ泵時，該動力泵與該料液罐連接；當該動カ泵為真空泵時，該動カ泵與該廢液儲槽連接。
8.—種如權利要求I所述的流化床富集裝置的使用方法，其特徵在於其包括步驟如下開啟動カ泵，將樣品由料液罐經第一管道導入富集容器進行富集，之後樣品經該密封蓋出口和第二管道流至廢液儲槽即可。
9.如權利要求8所述的使用方法，其特徵在於該富集容器上設置ー振蕩器，開啟動力泵時同時開啟振蕩器。
10.如權利要求9所述的使用方法，其特徵在於所述的料液罐的樣品在流完時將動カ泵繼續運行至富集容器中的溶液全部除至廢液儲槽。
全文摘要
本發明公開一種流化床富集裝置及其使用方法。該流化床富集裝置包括一料液罐、一第一管道、一富集單元、一第二管道、一廢液儲槽和一動力泵；該富集單元包括一裝有富集材料的富集容器、一用於密封富集容器開口的密封蓋，該密封蓋設置入口和出口；該料液罐與該第一管道入口連通，該第一管道出口通過該密封蓋入口與該富集容器連通，該第一管道出口的埠位於該富集容器下部；該第二管道入口通過該密封蓋出口與該富集容器連通，該第二管道入口的埠位於該富集容器的上部；該第二管道出口與該廢液儲槽連通；該動力泵用於使該料液罐中樣品依次流經該第一管道和該第二管道。該流化床富集裝置能夠快速、均勻、高效地富集目標物。
文檔編號G01N1/34GK102654436SQ20111005275
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者任玉蘭, 吉布仁·伊克巴爾, 向春蘭, 張璇, 張維冰, 杜一平, 馬文婷 申請人:華東理工大學