CN100525875C - 一种用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池及套件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及样品萃取装置，是一种用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，包括萃取池压帽，密封环压帽，样品池，样品池固定套筒，以及密封环，多孔过滤片等组件，样品池为筒状结构，其内部空腔的一端为收口式锥台结构，其外套设有样品池固定套筒；样品池固定套筒两端分别与萃取池压帽螺纹连接，在样品池固定套筒两端与萃取池压帽之间设置有密封环压帽，密封环压帽内设置有密封环，密封环上设置有多孔过滤片；样品池两个端面上设置有凸起的密封刀口，相应的于压帽上设有的凸起的压帽密封刀口，密封环置于密封刀口和压帽密封刀口之间。本发明的套筒式萃取池使用方便，制作成本低，使用成本也低。

Description

一种用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池及套件

技术领域

本发明涉及样品萃取装置，具体的说是一种用于溶剂萃取的耐高压高温萃取池，适用于加温加压条件下对固体或半固体样品中的有机物进行萃取，用于下一步的分析。本发明的萃取池结构还适合小型化，能够制作成100微升级小型萃取池，实现与色谱仪在线联用。

背景技术

样品分析过程包括取样、样品制备与处理、分析测定、数据处理等几步，通过统计发现样品处理所须的时间占整个分析过程的61％，而分析测定的时间仅占了6％，样品制备时间竟是分析测定的10倍。所以高效、快速的样品制备与自动化的前处理方法的研究已成为现代分析化学研究的主要方向之一。目前实验室所使用的样品前处理技术有传统的索氏提取，液—液萃取，微波萃取，超临界流体萃取以及加速溶剂萃取等新型萃取技术也逐渐成熟。

在分析化学中，对固体和半固体样品中的目标组分进行萃取，然后对萃取液进行过滤。萃取池的死体积和死角区要尽可能的小，以减少样品的残留。

加压溶剂萃取是利用在一定温度和压强下，溶剂所具有的极强的溶解和渗透能力来对固体和半固体中的目标组分进行萃取。该方法具有速度快，溶剂使用量少，重复性好等特点。加压溶剂萃取的概念于1995年提出，也称为加速溶剂萃取，加压流体萃取或增强的溶剂萃取。戴安公司(Dionex)对其进行开发并把这项技术商品化，其产品的注册商标即为ASE。戴安公司对自己仪器中所使用的萃取池申请了美国专利(U.S.Pat.No.5647976)。戴安公司的加速溶剂萃取池容积在1mL—100mL，经过氮气吹浓缩至0.05至2mL，然后取1微升或20微升给气相色谱或液相色谱进样分析，样品利用率大约在0.2％～4％，所用溶剂量在2mL-150mL，不利于对微量样品进行萃取分析，也不能应用在气相色谱在线分析上。

加压溶剂萃取(PLE)能够实现微型化(参见公开的专利申请“一种与毛细管气相色谱在线联用的加速溶剂萃取装置及方法”，申请号200510047011.6)，因而有可能利用大体积进样的方式实现在线样品处理及气相色谱检测，或者与液相色谱联用，实现对环境中或生物样品中的一些低含量有机组分的高灵敏度分析检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池及套件，其可以实现高温高压下对样品(固体或半固体)中痕量有机物的溶剂萃取，萃取池中的样品池记忆效应小，密封垫片的使用寿命长，因此使用成本低。套筒结构使得萃取池的高压高温应用更加安全，当有意外发生时，高压高温有机溶剂会首先进入套筒区而卸压，然后沿压帽与套筒之间的螺纹流出。而已有的萃取池专利设计中没有这种防护功能。本发明的设计还特别适合微小萃取池，这种小型化的萃取池可用在与色谱仪在线联用的装置上，可以将萃取液全部或绝大部分转入色谱系统中，样品利用率极高，能大大降低萃取溶剂的用量，对环境友好，适用于微量样品场合，如大气细粒子(气溶胶)、刑事侦察和法医检验中微量固体、半固体样品的化学分析样品前处理上。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，包括萃取池压帽，密封环压帽，样品池，样品池固定套筒，以及密封环，多孔过滤片等组件，

样品池为筒状结构，其内部空腔的一端为收口式锥台结构，其外套设有样品池固定套筒；样品池固定套筒的两端内壁有螺纹，可以与萃取池压帽上的螺纹A配合；样品池与固定样品池及压帽的套筒是分离的；一套萃取池组件可以有多个样品池，方便使用；

样品池固定套筒两端分别与萃取池压帽螺纹连接，在样品池固定套筒两端与萃取池压帽之间设置有密封环压帽，密封环压帽内设置有密封环，密封环上设置有多孔过滤片；

样品池两个端面上设置有凸起的密封刀口，便于装填样品和添加物；相应的于压帽上设有的凸起的压帽密封刀口，密封环置于密封刀口和压帽密封刀口之间。样品池压帽与样品池之间的密封，是靠分别位于压帽上的凸起密封刀口和样品池端面上的凸起密封刀口与位于它们之间的密封环压紧而实现的；

密封环压帽与萃取池压帽螺纹连接，萃取池压帽内侧的多孔过滤片为不锈钢材料，过滤片与萃取池压帽之间形成溶剂分配空间，在中间上端的萃取池压帽上设置有一导孔为溶剂导孔；

密封环压帽用于固定密封环，使密封环压紧并密封多孔滤片与周边的缝隙，避免萃取溶剂从周边缝隙流过。萃取池压帽下部外壁有螺纹B，密封环压帽旋转固定在样品池压帽上，密封环压帽上的螺纹与样品池压帽上的螺纹B配合，从而将密封环和多孔过滤片限位固定，并有利于与样品池形成体积一定的封闭空间；萃取池压帽的外侧壁有螺纹A，可以和样品池固定套筒螺纹连接，从而形成适应不同体积的萃取池的密封体系。

密封环为耐高温高压并有一定变形性的高分子材料，横断面为台阶型，与密封环压帽适配，被密封环压帽所限位固定；

所述萃取池压帽上端内部设置有导向定位台锥槽，导向定位台锥槽下端设有O圈卡槽，其内装置有密封O圈萃取池压帽下内侧有不锈钢多孔过滤片，过滤片与样品池压帽之间形成溶剂分配空间。

密封环压帽下口径比上口径小，可挂住密封环，密封环压帽的内壁有螺纹，与萃取池压帽下端外壁螺纹连接，由此可将密封环和多孔过滤片定位。

所述样品池固定套筒采用不锈钢材料，有足够的机械强度和适当的导热性能；样品池采用惰性好的不锈钢材料制成，内表面抛光，改变样品池长度或内径可以改变样品池的总容积。

所述用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池套件，用于样品池填装样品和密封保存用的密封套件，包括样品池的套桶、桶底垫片、密封盖和样品填装棒：

套桶底部为圆锥形，桶上部外沿设置有螺纹，其上螺合有密封盖，用金属或高分子材料制成；

套桶底部有安装桶底垫片，桶底垫片上面中心设置有一个凸起圆台，下面是锥体，锥体的角度与桶底圆锥的角度相同，圆台与样品池底部的圆孔对应，用于密封。桶底垫片用高分子材料制成。

密封盖内有一个凸起的圆台，圆台外径大于或等于样品池外径，用于与样品池压紧密封。上内侧的螺纹与套桶上的外螺纹适配；

样品填装棒为一圆柱形棒，内径小于样品池直径，用金属或高分子材料制成，用于压实装填的样品。

本发明和已有的专利设计和商品化装置相比具有以下优点：

1)套筒式萃取池提供了更加安全的设计，在萃取池因过压而变形和破裂时，内部的有机溶剂不能直接喷射出来，而是受到外套筒的阻挡，顺着压帽与套筒之间的螺丝缝隙流出，同时卸压至常压；

2)内衬式样品池设计简化了样品池的加工，容易保证样品池高光洁度加工，易于样品池表面惰性化处理，样品池用料减少，可以选用惰性更好的材料，便于使用过程中池体的清洗和保存，易于装填样品和其后的暂存和使用。样品池设计成单收口结构，便于填装样品。

3)内衬式样品池设计，可以通过改变池体长度和内径，方便的改变样品池的容积，满足不同的需求；萃取池的外固定套筒承担组件的定位、样品池加热的热传导、样品池压帽的固定和保护样品池的作用，它不与样品或萃取溶剂接触。样品池放置在固定套筒内，池两端有密封刀口，与样品池压帽上的密封环压紧密封。

4)独有的密封环压帽设计，使密封环、过滤片和样品池压帽整合到一起，不需要任何工具，就能方便的安装固定上述部件。每次拆卸清洗后，用密封环压帽能保证密封环的安装位置重复准确，因此能延长密封环使用寿命；

5)套筒结构的萃取池可以做成容积为100微升的小型萃取池。小型萃取池可以提高样品利用率，溶剂用量小，尤其适用于作加压加温溶剂萃取—色谱在线联用装置中的萃取池。可广泛用于刑事侦察、大气细粒子(气溶胶)等样品量在几十毫克甚至零点几毫克微量样品的预处理(微量固体、半固体样品中痕量有机物的快速萃取和分析检测)。

常规尺寸的萃取池可用于食品、土壤、环境、高分子材料和地质勘探岩心等样品的萃取。套筒结构的萃取池既可做成常规尺寸的加速溶剂萃取池，亦可以做成微型萃取池。

6)内衬式样品池设计和样品池保存密封套件，方便了装入样品和保存装好样品的样品池，可以一次装填多个样品池，萃取1个样品完成后立即更换另1个样品池和密封过滤件，接着萃取下1个样品，极大地提高了工作效率，降低了运行成本。

本发明的套筒式萃取池使用方便，制作成本低，使用成本也低。

附图说明

图1为本发明萃取池整体设计图；

图2为本发明萃取池分解结构设计图；

其中：100—萃取池压帽；101—萃取池压帽螺纹A；102—萃取池压帽密封刀口；103—O圈卡槽；104—溶剂分配空间；105—萃取池压帽螺纹B；106—导向定位台锥槽；200—密封环压帽；201—密封环；202—溶剂导孔；203—密封O圈；204—多孔过滤片；205—密封环压帽螺纹；300—萃取池；301—萃取池收口导孔；302—萃取池密封刀口；400—萃取池固定套筒；401—萃取池固定套筒螺纹；

图3为本发明中与样品池配合使用的密封套件；

其中：500—密封套件；501—样品池套桶；502—套桶螺纹；503—桶底圆锥；510—桶底垫片；511—垫片凸起圆台；520—密封盖；521—密封盖凸起圆台；522—密封盖螺纹；530—样品填装棒

图4为用本发明的小型萃取池与气相色谱联用的设计图；

其中：1—溶剂瓶；2—泵；3—萃取单元；4—压力传感器；5—定量管；6—十通阀；7—稳流阀；8—六通阀；9—柱上进样器；10—预柱；11—压接头；12—分析柱；13—氢火焰离子检测器；14—色谱炉箱。

图5为用本发明的小型萃取池与气相色谱联用在线检测大气颗粒物中正构烷烃含量的色谱图。

图6为用本发明的萃取池萃取海边沙砾中的多环芳烃，之后用液相色谱分离检测的色谱图。

具体实施方式：

实施例1

参见图1、图2及图3所示，一种可以在高温高压下对固体或半固体样品中的有机物进行溶剂萃取的萃取池，主要由萃取池压帽100、密封环压帽200、样品池300、样品池固定套筒400、用于样品池填装样品和密封保存用的密封套件500等五部分组成。

1)萃取池压帽用不锈钢材料制成，下端有密封刀口102，可以与密封环201压接密封；

萃取池压帽上端有导向定位台锥槽106，用于在外部的溶剂导通接头插入样品池压帽实现静压密封时，自动找准定位。导向台锥槽下端有‘O’圈卡槽103，在外接头静压密封时，‘O’圈203受压变形膨胀，内沿与接头压紧形成密封，外沿与槽的直角边沿形成密封。和池体的轴心同心；

萃取池压帽外壁有萃取池压帽螺纹A101，可以和样品池固定套筒螺纹401结合，在旋转上紧的过程中可以将内部的样品池与密封环压紧，实现密封；

萃取池压帽下端外壁有样品池压帽螺纹B105，可以和密封环压帽螺纹205结合，将密封环和萃取池压帽的密封刀口紧密封，同时也将过滤片204固定，由此使萃取池压帽、多孔过滤片、密封环形成一个整体，在后续萃取池的组装中操作更加容易，同时也将密封环、过滤片严格定位，组装后密封性更好又有效保护了密封刀口。

2)密封环压帽为不锈钢材料，内壁有密封盖压帽螺纹，如上所述可以和样品池压帽螺纹B结合，起定位和保护作用；

密封环压帽的底端内径收小，托住圆形台阶形的密封环，起定位和固定密封环的作用。

3)样品池采用惰性良好的不锈钢材料制成，内壁抛光，可承受工作压强20MPa，温度200℃，其腔体内径为5—25mm，长度为6—120mm。

池体的端面有突起的密封刀口302，与密封环形成压接密封；池体内腔一端为收口设计301，可以防止固体或半固体样品的丢失。

4)样品池固定套筒也是不锈钢材料，有足够的机械强度和适当的导热性能，在加速溶剂萃取的过程中，可以将热传递给内部的萃取池，同时对样品池起保护作用，保证实验操作更加安全；

样品池固定套筒内壁端口有螺纹，如前面1)所述，用于和密封环压帽结合，固定萃取池，并形成密闭空间。

5)用于样品池填装样品和密封保存用的密封套件，包括样品池的套桶501、桶底垫片510、密封盖520和样品填装棒530等。501和530用金属或高分子材料制成，510用高分子材料制成，520用高分子材料或复合材料制成；

套桶底部为圆锥形503，便于安装桶底垫片510；桶上部外沿有螺纹502，用于固定密封盖520；

桶底垫片上面中心有一个凸起圆台511，与样品池底部的圆孔对应，用于密封；

桶底垫片下面是锥体，锥体的角度与桶底圆锥502的角度相同；

密封盖内有一个凸起的圆台521，圆台外径大于或等于样品池外径，用于与样品池压紧密封；

密封盖上内侧的螺纹522与套筒上的外螺纹适配。

6)样品池所使用的密封垫片为PEEK或复合材料，其耐温T≥200℃，耐压不低于25MPa，能反复使用，耐有机溶剂，不易老化；萃取池安装过滤片，过滤片的厚度比槽的深度略大，其边沿与密封盖之间会形成一圈缝隙；密封垫片设计的正好压在这个缝隙之上，靠垫片受压后的微变形，将这个缝隙密封。使溶剂只能通过滤片而不能通过边沿的缝隙；

上述设计用手拧紧萃取池压帽，就能满足密封耐压的要求。该装置池体的最高工作压强为20MPa，最高工作温度200℃。

实施例2

参见图1、图2及图3所示，一种能与气相色谱联用进行在线检测的套筒式微型萃取池，池体采用和实施例1相同的设计及材料，样品池尺寸为内径2—5mm，长度3—10mm，最高工作压强为20MPa，最高工作温度200℃。

应用例1 与气相色谱联用在线联用检测大气中可吸入固体颗粒物上正构烷烃的含量

采用图4所示的流程图。样品池容积200微升，将大气标准采样器中采集的PM10样品片放入样品池中，用正己烷/环己烷(1:1)为溶剂，萃取池加压至12MPa，在100℃下萃取8分钟，冷却后用大体积进样技术将萃取液在线转移至毛细管气相色谱系统中的预柱中，经分析柱分离分析，氢火氧离子化检测器检测。图5为加压溶剂萃取—气相色谱联用在线检测大气中可吸入固体颗粒物上正构烷烃含量的色谱图。

应用例2 萃取土壤中的环境污染物

将土壤样品筛过，风干，取10克，用本发明的萃取池，萃取池容积10mL，萃取溶剂采用正己烷/丙酮(1:1)，萃取温度100℃，压力为10MPa，萃取10分钟。将萃取液氮吹浓缩至2mL，分别用毛细管气相色谱—质谱联用仪和液相色谱分析有机污染物。

应用例3 萃取海滩沙砾中的多环芳烃

采用例1中的装置，样品池容积为5mL。将海边取的沙砾5克置于萃取池中，剩余空间用石英沙填满。萃取溶剂采用正己烷，萃取温度100℃，压力为10MPa，萃取10分钟。将得到的萃取溶液用氮气吹浓缩至0.5mL，液相色谱进样0.2微升，采用UV—Vis检测，检测波长254nm，测量萃取液中的多环芳烃，色谱图见图7。

Claims (7)

1.一种用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，包括萃取池压帽(100)，密封环压帽(200)，样品池(300)，样品池固定套筒(400)，以及密封环(201)，多孔过滤片(204)组件，其特征在于：

样品池(300)为筒状结构，其内部空腔的一端为收口式锥台结构(301)，样品池(300)外套设有样品池固定套筒(400)；

样品池固定套筒(400)两端分别与萃取池压帽(100)螺纹连接，在样品池固定套筒(400)两端与萃取池压帽(100)之间设置有密封环压帽(200)，密封环压帽(200)内设置有密封环(201)，密封环(201)上设置有多孔过滤片(204)；

样品池(300)两个端面上设置有凸起的密封刀口(302)，相应的于萃取池压帽(100)上设有的凸起的压帽密封刀口(102)，密封环(201)置于密封刀口(302)和压帽密封刀口(102)之间。

2.按照权利要求1所述用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，其特征在于：密封环压帽(200)与萃取池压帽(100)螺纹连接，萃取池压帽(100)内侧的多孔过滤片(204)为不锈钢材料，过滤片与萃取池压帽之间形成溶剂分配空间(104)，在溶剂分配空间(104)中间上端的萃取池压帽(100)上设置有一导孔为溶剂导孔(202)。

3.按照权利要求1所述用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，其特征在于：所述萃取池压帽(100)的外侧壁有螺纹A(101)，和样品池固定套筒螺纹(401)连接。

4.按照权利要求1所述用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，其特征在于：所述密封环(201)为耐高温高压并有一定变形性的高分子材料，横断面为台阶型，与密封环压帽(200)适配。

5.按照权利要求1所述用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，其特征在于：所述萃取池压帽(100)上端内部设置有导向定位台锥槽(106)，导向定位台锥槽(106)下端设有O圈卡槽(103)，其内装置有密封O圈(203)。

6.按照权利要求1所述用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，其特征在于：所述样品池固定套筒(400)采用不锈钢材料，有足够的机械强度和适当的导热性能；样品池(300)，采用惰性好的不锈钢材料制成，内表面抛光，改变样品池长度或内径可以改变样品池的总容积。

7.按照权利要求1所述用于溶剂萃取的套筒式耐高温高压萃取池，其特征在于：所述密封环压帽(200)下口径比上口径小，可挂住密封环(201)，密封环压帽(200)的内壁有螺纹，与萃取池压帽(100)下端外壁螺纹连接。

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