CN101007219A

CN101007219A - 一种用于溶剂萃取的耐高温高压池

Info

Publication number: CN101007219A
Application number: CN 200610045745
Authority: CN
Inventors: 关亚风; 廉玫; 李金祥; 赵景红
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: CN100446832C

Abstract

本发明涉及样品萃取装置，具体地说是一种用于溶剂萃取的耐高温高压池，包括萃取池体、密封盖、密封盖压帽、密封垫片等组件，萃取池体的端面上设置有萃取池定位台，在萃取池定位台内侧的萃取池体端面上设有突起的密封刀口；密封盖设置于萃取池体的端面之上，密封盖靠近于萃取池体侧设置有密封盖定位台，在密封盖定位台内侧设有突起的密封盖刀口，在密封盖的中部设置有密封盖导孔；在密封刀口与密封盖刀口之间设置有环形密封垫片；密封盖压帽压接于密封盖外侧，密封盖压帽与萃取池体螺纹连接，在密封盖压帽与密封盖之间设置有推力滚珠轴承。本发明使用操作方便，成本低，寿命长，尤其适用于作加速溶剂萃取装置的萃取池。

Description

一种用于溶剂萃取的耐高温高压池

技术领域

本发明涉及样品萃取装置，具体地说是一种用于溶剂萃取的耐高温高压池，其特别适用于加温加压条件下固体或半固体样品中有机物的萃取。

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、总结报告五部分，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除了传统的索氏提取，液-液萃取外，微波萃取，超临界流体萃取及加速溶剂萃取等新型萃取技术也逐渐成熟。

索氏提取已经有100多年的使用历史了。索式提取是把样品置于活动的多孔容器中；回流溶剂不断流过该套管，溶解被测物，把萃取液连续收集到蒸馏瓶中。该技术萃取时间通常长达数小时至数天，且要消耗大量的有机溶剂。

微波萃取法由于可以快速升温而缩短了萃取时间。一项美国专利(U.S.Pat.No.4,554,132)中描述了一种用于微波中干燥样品同时又可在常压下的非密闭容器中进行溶剂萃取的装置。微波萃取技术中也有使用密闭容器的(L.A.Fernando，W.D.Heavner and C.C.Gabrielli，Anal.Chem.，58：511-512(1986)；L.B.Fischer，Anal.Chem.，58：261-263(1986)；H.M.Kingston and L.B.Jassie，Anal.Chem.，58：2534-2541(1986)；R.Rezaaiyan and S.Nikdel，J.ofFood Science，55：1359-1360(1990))。这些密闭容器可以承受高温和高压；比如见报道的有压力变化从40psi(L.A.Fernando，W.D.Heavner and C.C.Gabrielli，Anal.Chem.，58：511-512(1986))到3000psi(W.Lautenschlaeger，Spectroscopy International，2：18-22(1990))。这些体系用来完全溶解或消化样品基体，但是要使用大体积的溶剂。

超临界流体萃取法也已经得到多年的使用(P.Capriel，A.Haisch and S.U.Kahn，J.Agric.Food Chem.，34：70-73(1986)；M.Schnitzer，C.A.Hindle andM.Meglic，Soil Sci.Soc.Am.J.，50：913-919(1986)；M.Schnitzer and C.M.Preston，Soil Sci.Soc.Am.J.，51：639-646(1987))。它对固体和半固体有很好的萃取作用。二氧化碳是最常用的超临界萃取剂。二氧化碳在一个容器或池子中被加温加压至超临界条件成为超临界流体，然后该流体被强制注入到固体样品基质的孔隙中萃取出待测分析物。这种超临界流体技术的适用范围非常广泛。但由于超临界流体的萃取压力较高，因此设备成本较高，再加上气体的膨胀系数极大，在气体超临界化的过程中易产生爆炸，所以这种技术的应用受到限制。

研究发现，在超临界流体中添加少量有机溶剂，比如10％或更少，可以提高超临界流体的萃取能力。添加了有机溶剂的超临界流体在萃取过程中保持的温度和压力比单一溶剂萃取的最优条件要高得多，而萃取的效果要好得多。

基于此，发展出了一种用于萃取固态样品中的有机分析物的高效溶剂萃取技术。它是将有机分析物和非水的有机溶剂在一个施加高温高压的萃取池中充分接触。这个过程在美国专利U.S.Patent application Ser.No.08/259,667中有详尽描述，并被命名为“加速溶剂萃取体系”。

加速溶剂萃取是利用在一定温度和压强下，溶剂所具有的特殊物理化学性质来对固体和半固体物质进行萃取。该方法具有速度快，溶剂使用量少，重复性好等优点。

所有上面提到的萃取技术都需要有合适的萃取池，这种萃取池即要能够允许溶剂流入流出，又要密封性能良好，使萃取剂和分析物可以充分接触，还要求池体材料有优良的惰性，不与被萃取的组分起化学反应。由于这些萃取过程常常在加温加压的条件下进行，这个萃取池要能在宽的温度和压力范围下使用。戴安公司(Dionex)在开发并商品化加速溶剂萃取技术时研制了一种耐高温高压萃取池，并对该池申请了美国专利(U.S.Pat.No.5647976)。美国专利(U.S.Pat.No.5647976)的缺点是：(1)萃取池密封盖结构比较复杂，每次处理完样品后的拆分清洗都需要用专用工具，将弹性卡从密封盖内取出，然后是螺纹圈、密封垫片、不锈钢过滤片等零件；(2)设计上采用旋转压紧-密封结构，密封过程中金属密封刀口与密封垫片之间有旋转运动，操作者要用很大的力量才能保证其咬合完好。密封垫使用1-3次就会损坏，需要经常更换，使用成本很高；(3)即使密封刀口有轻微损伤，密封垫片也会被划坏，无法完成高压密封功能；(4)将萃取池的端头设计成密封刀口，没有任何保护措施，在萃取池的清洗和安装过程中，因零部件相互碰撞或坠落，刀口很容易被损伤。刀口受损伤的萃取池不能实现高压密封，只能返回工厂重新加工，价格高昂；(5)所用的不锈钢过滤片尺寸很大，与萃取池内径相当，但是溶剂和萃取溶液的过滤只需要很小面积的过滤片就行。因过滤片价格与其面积成正比，且滤片必须经常更换，上述设计增加了使用成本。

发明内容

针对上述背景，本发明的目的在于提供了一种用于溶剂萃取的耐高温高压池，其为一种新的池体结构设计，可以实现高温高压下对待分析样品(固体或半固体)进行溶剂萃取，其使用操作方便，成本低，寿命长，尤其适用于作加速溶剂萃取(ASE)装置的萃取池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于溶剂萃取的耐高温高压池，包括萃取池体、密封盖、密封盖压帽、密封垫片等组件，

萃取池体的端面上设置有萃取池定位台，在萃取池定位台内侧的萃取池体端面上设有突起的密封刀口；

密封盖设置于萃取池体的端面之上，密封盖靠近于萃取池体侧设置有密封盖定位台，在密封盖定位台内侧设有突起的密封盖刀口，在密封盖的中部设置有密封盖导孔；在密封刀口与密封盖刀口之间设置有环形密封垫片；

密封盖压帽压接于密封盖外侧，密封盖压帽与萃取池体螺纹连接，在密封盖压帽与密封盖之间设置有推力滚珠轴承。

所述密封盖内侧放置有不锈钢过滤片，在过滤片与密封盖间具有溶剂分配空间；所述密封盖外端设有导向定位台锥槽；导向台锥槽下端的密封盖内部设置有‘O’圈卡槽，其内装置有‘O’形圈；

在密封盖压帽与密封盖之间设置有不锈钢滚珠轴承瓦，在滚珠轴承瓦上端面上设有滚珠定位槽一，在密封盖压帽下部设有与其对应的滚珠定位槽二，在滚珠定位槽一与滚珠定位槽二之间放置有滚珠，构成所述的推力滚珠轴承；在不锈钢滚珠轴承瓦下方的密封盖压帽内侧壁上设置有弹性胀圈卡槽，其内装置有不锈钢弹性胀圈。

本发明与现有的设计和商品化装置相比具有以下优点：

1)结构简单，拆装清洗容易，不需要任何辅助工具；

2)用手旋转压帽时，密封盖是沿轴向平动，金属刀口与密封垫片之间无转动，为垂直方向的压紧密封，因此密封垫片可以重复多次使用，降低使用成本；

3)当密封刀口有轻微损伤时，因密封过程是刀口垂直与密封垫片压紧，没有转动过程，仍然能够密封住并耐受高压，密封垫仍然能重复使用；

4)在萃取池端头增加了定位台102的设计，它有三个作用：(a)装配时与密封盖对准用；(b)保护密封刀口103，在萃取池的清洗、安装或坠落时，都不会损伤刀口；(c)密封垫105对位。

5)将过滤片207的面积减小约50％，能够降低使用成本。

附图说明

图1为本发明萃取池整体示意图；

图2为本发明萃取池分解结构示意图；

其中：100-池体；101-池壁螺纹；102-萃取池定位台；103-密封刀口；104-池体内腔；105-密封垫片；200-密封盖；201-O圈卡槽；202-密封盖定位台；203-密封盖刀口；204-滚珠定位槽一；205-密封盖导孔；206-导向台锥槽；207-过滤片；208-溶剂分配空间；209-O形圈；210-滚珠轴承瓦；300-密封盖压帽；301-压帽螺纹；304-滚珠定位槽二；302-滚珠；303-不锈钢弹性胀圈；305-弹性胀圈卡槽；

图3为采用本发明检测大气颗粒物样品中16种多环芳烃的色谱图；

其中：1-萘(2mg/L)；2-苊(4mg/L)；3-二氢苊(2mg/L)；4-芴(0.4mg/L)；5-菲(0.2mg/L)；6-蒽(0.2mg/L)；7-荧蒽(0.4mg/L)；8-芘(0.2mg/L)；9-1，2-苯并蒽(0.2mg/L)；10-屈(0.2mg/L)；11-苯并(b)荧蒽(0.4mg/L)；12-苯并(k)荧蒽(0.2mg/L)；13-苯并(a)芘(0.2mg/L)；14-茚并(1，2，3-cd)芘(0.2mg/L)；15-二苯并(a，h)蒽(0.4mg/L)；16-苯并(g，h，i)北(0.4mg/L)；IS1、1-氯萘(内标)；IS2、2，4-二硝基甲苯(内标)。

具体实施方式

实施例1

参见图1及图2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，主要由池体100、密封盖200、密封盖压帽300三部分组成。

1)萃取池体的池壁采用惰性良好的不锈钢材料无缝钢管制成，可承受工作压强20MPa，温度200℃，其腔体内径为5-40mm。

池体的端头镶嵌有萃取池定位台102(在此例中其为一定位环)和池体端面突起的密封刀口103，定位环以保证密封盖、密封垫与池体准确入位；萃取池定位台102与池体端头为静配合，在清洗、装配萃取池过程中，当有碰撞甚至坠落情况发生时，此时萃取池定位台102对密封刀口103起保护作用；密封刀口，直径小于定位台阶的直径，与密封垫形成压接密封。

2)密封盖用不锈钢材料制成，密封盖内放置一片不锈钢过滤片，盖体定位台阶上与密封环相应的位置也有突起的密封刀口；

密封盖嵌入萃取池时，盖上的定位台202与池端的萃取池定位台102自然对准，保证密封盖和池体的轴心同心，定位台102还保证密封垫片自然对准正确的位置；

密封盖台阶202上有密封刀口203，与池体端头上的密封刀口103同心，两刀口之间垫有环形密封垫片，压帽旋转压紧时，密封盖不旋转，而是将压帽的转动变为平动，压紧密封垫，保证密封盖与池体的耐压密封；

密封盖台阶202的高度高于密封刀口203的高度两倍以上，目的是在拆卸密封盖、清洗和装配过程中，防止密封刀口损伤；密封盖中间有导孔205供溶剂注入和流出；

密封盖上端有导向定位台锥槽206，用于外部的溶剂导通接头插入密封盖实现静压密封时，自动找准定位。导向台锥槽下端有‘O’圈卡槽201，在外接头静压密封时，‘O’圈受压变形膨胀，内沿与接头压紧形成密封，外沿与槽的直角边沿形成密封。

3)密封盖压帽用于将密封盖与池体压接，密封盖压帽通过推力滚珠轴承与密封盖之间压接，使得密封盖在被压紧过程中是沿轴向平动，避免密封盖转动而对密封垫造成损伤，能延长密封垫的使用寿命，并且增加密封部位的耐压性能；

压帽内形成(或安装)有推力滚珠轴承，滚珠定位槽一204的中心直径与轴承滚珠盘架的中心直径相同；

滚珠轴承的下滚珠定位槽一204直径与压盖内径适配，用弹性胀圈303使它装配入位，将轴承定位在压帽上；

密封时，滚珠轴承的下滚珠定位槽一204通过滚珠与密封盖接触。在旋转压帽时，轴承在压帽与密封盖之间提供了滚动承压摩擦，使压帽的旋转运动改变为密封盖的垂直平动。

4)池体两端外壁有螺纹结构101，与压帽内螺纹301配合，密封盖上的密封盖定位台202与池体端头的萃取池定位台102配合定位；密封盖与池体之间的密封是通过池体密封刀口103与密封盖刀口203对滚珠轴承瓦210的挤压实现，同时密封垫还承担滤片207边沿与密封盖之间的密封；

萃取池所使用的密封垫片105，其耐温T≥200℃，耐压≥20MPa，能反复使用，耐有机溶剂，不易老化；萃取池安装过滤片207，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105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；

上述设计用手拧紧密封盖压帽，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℃。

应用例1 大气中的可吸入固体颗粒物中的16种多环芳烃的检测

采用萃取池溶积为5mL的该装置对大气中的可吸入固体颗粒物进行加压溶剂萃取，萃取溶剂采用正己烷/二氯甲烷(9∶1)，萃取压力10MPa，萃取温度为140℃，萃取时间为10分钟。将萃取后的溶剂+清洗溶剂共10mL通过N₂吹扫浓缩至200μL，注入毛细管气相色谱(Agilent6890plus，美国)检测，分析柱是一根30m×0.53mm I.D.×0.6μm石英毛细管柱(SE-54，科分，中科院大连化学物理研究所)；预柱为10m×0.53mm I.D去活石英毛细管(科分，大连化物所)，利用保留间隔技术实现溶质的聚焦。预柱和分析柱是用石英压接头连接，氢火焰离子化检测器(FID)。进样采用大体积进样法，色谱分析谱图见图3。

应用例2 对土壤中的环境污染物进行加压溶剂萃取

采用30mL容积萃取池。先向池内加入8mL石英沙，然后装填堆积体积15-20mL筛过的土壤样品，用棒压实，最后用石英沙填满萃取池。溶剂采用正己烷/丙酮(1∶1)，萃取压力10Mpa，萃取温度100℃，萃取时间为10分钟。收集萃取液体50mL，用氮吹至2.5mL，然后分别用气相色谱-质谱分析半挥发有机物，用液相色谱-质谱分析难挥发和热不稳定组分。

应用例3对玉米中农药残留进行加压溶剂萃取

采用20mL容积萃取池。将玉米样品破碎成1-3mm大小的颗粒。先向池内加入5mL石英沙，然后填15mL堆积体积的玉米样品，最后用石英沙填满萃取池。溶剂采用丙酮，萃取压力15Mpa，萃取温度120℃。收集萃取液体35mL，用氮吹至2mL，然后分别用气相色谱-质谱分析半挥发有机物，用液相色谱-质谱分析难挥发和热不稳定组分。

应用例4对岩心进行加压溶剂萃取

石油地质钻探工作中需要测量岩心的孔隙率。而岩心的孔中被沥青和重烃所填充。传统方法是用索氏提取法，用苯和甲苯为溶剂。对于直径在36-90mm岩心，萃取时间为72小时到1个月。不仅时间长，而且对操作人员的毒害作用极大。用加压溶剂萃取方法，萃取压强18MPa，温度110℃，萃取溶剂为环己烷/乙酸乙酯(6∶4)。采用内径40mm的萃取池，对36mm直径的岩心萃取两次，第一次30分钟，更换溶剂后再萃取10分钟，能彻底萃取出岩心孔隙中的有机物。经过对比实验测试，萃取效果明显优于索氏提取72小时的结果。

Claims

1.一种用于溶剂萃取的耐高温高压池，包括萃取池体(100)、密封盖(200)、密封盖压帽(300)、密封垫片(105)等组件，其特征在于：

萃取池体(100)的端面上设置有萃取池定位台(102)，在萃取池定位台(102)内侧的萃取池体(100)端面上设有突起的密封刀口(103)；

密封盖(200)设置于萃取池体(100)的端面之上，密封盖(200)靠近于萃取池体(100)侧设置有密封盖定位台(202)，在密封盖定位台(202)内侧设有突起的密封盖刀口(203)，在密封盖(200)的中部设置有密封盖导孔(205)；在密封刀口(103)与密封盖刀口(203)之间设置有环形密封垫片(105)；

密封盖压帽(300)压接于密封盖(200)外侧，密封盖压帽(300)与萃取池体(100)螺纹连接，在密封盖压帽(300)与密封盖(200)之间设置有推力滚珠轴承。

2.根据权利要求1所述的用于溶剂萃取的耐高温高压池，其特征在于：所述密封盖(200)内侧放置有不锈钢过滤片(207)，在过滤片(207)与密封盖(200)间具有溶剂分配空间(208)。

3.根据权利要求1所述的用于溶剂萃取的耐高温高压池，其特征在于：所述密封盖(200)外端设有导向定位台锥槽(206)。

4.根据权利要求3所述的用于溶剂萃取的耐高温高压池，其特征在于：所述导向台锥槽(206)下端的密封盖(200)内部设置有‘O’圈卡槽(201)，其内装置有‘O’形圈(209)。

5.根据权利要求1所述的用于溶剂萃取的耐高温高压池，其特征在于：在密封盖压帽(300)与密封盖(200)之间设置有不锈钢滚珠轴承瓦(210)，在滚珠轴承瓦(210)上端面上设有滚珠定位槽一(204)，在密封盖压帽(300)下部设有与其对应的滚珠定位槽二(304)，在滚珠定位槽一(204)与滚珠定位槽二(304)之间放置有滚珠(302)，构成所述的推力滚珠轴承；在不锈钢滚珠轴承瓦(210)下方的密封盖压帽(300)内侧壁上设置有弹性胀圈卡槽(305)，其内装置有不锈钢弹性胀圈(303)。