CN101670190A - 电场强化中空纤维膜液相微萃取技术及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电场强化条件下的基于中空纤维膜液相微萃取技术及装置，该方法在样品溶液5和萃取相7之间施加适宜的直流电场，用可调的电场强化被分析物在两相中的定向传质过程，从而加快被分析组分在两相之间的平衡，是新型的液相微萃取技术。该技术与以往的液相微萃取方法相比，在兼具了传统基于中空纤维膜的液相微萃取技术所有优势的前提下，充分体现了快速、高效的特点。本发明是多种分析手段的前处理和预富集技术，也是测定液相相平衡参数的方法，可以广泛应用于环境工程、药物研发、食品安全等诸多领域，具有较强的实用价值。

Description

电场强化中空纤维膜液相微萃取技术及装置
技术领域
本发明涉及电场强化条件下的基于中空纤维膜液相微萃取装置及其应用技术，是多种分析手段的前处理和预富集技术，也是测定液相相平衡参数的方法，属于实验室应用范畴。
背景技术
液相萃取技术主要是利用化合物在两个不同相(例如有机相和水相)中溶解度的差异，使化合物在一定条件下达到液相两相平衡的过程。但是，传统萃取过程存在体积大、费时、费力、容易形成乳化层等诸多问题，很难满足快速平衡、高度富集和现代分析技术微型化的要求；为了解决上述问题，研究者开发了以微升级液滴或液膜为微萃取相的液相微萃取装置，虽然这种被称为悬滴式液相微萃取的方法从一定程度上克服了传统萃取方法存在的问题，但是，由于这种方法中的微萃取相是悬挂的液滴，缺乏稳定性，也给操作过程和取样技术增加了难度，很难实现真正意义上的快速和高效；于是，结合近年来迅速发展的中空纤维膜技术，开展了基于中空纤维膜的液相微萃取技术，这种方法利用具有良好通透性能的中空纤维膜作为微萃取相的容器，既可以使得被分析物能够顺利的在两液相进行物质交换也对微萃取相起到了较好的保护效果，在避免了外界因素对微萃取相的影响的同时也大大降低了液相微萃取技术的取样难度；但是，这种基于中空纤维膜的液相微萃取技术的萃取速度仍然并不是很理想，仍然没有彻底实现操作过程的快速平衡和高效富集，往往会影响后续操作的进程。
目前基于中空纤维膜的液相微萃取方法主要有以下几种：(一)一种装置是将U型中空纤维膜的两个末端连接在两根不锈钢针上，一根针用于由微量进样器注入萃取相，另一根针用作萃取相的出口管；(二)另一种基于中空纤维膜的液相微萃取装置是将棒状中空纤维一端封死，使微量进样器可插入纤维腔底部以注入或吸出萃取相溶液；(三)还有一种是将装有萃取相的一小段中空纤维膜两端密封，置于被磁子快速搅拌的样品溶液，待萃取完成后，将装有萃取相的中空纤维膜取出，分析样品。
综上所述，虽然基于中空纤维膜的液相微萃取技术从很大程度上解决了传统萃取技术存在的问题，但其萃取时间一般都还比较长，一般需要20-30min，还不能真正达到快速、高效的要求。本发明公开的采用电场强化被分析物在两液相间的定向传质速率，能够大大加速被分析物在两液相的平衡过程，达到快速平衡和高效富集的目的。本发明能够很好的和其他分析测试手段结合，从而在运行成本、检测速度等方面的优势显而易见，在可以广泛应用于环境工程、药物研发、食品安全等诸多领域，具有较强的实用价值。
发明内容
本发明公开了一种电场强化条件下的基于中空纤维膜液相微萃取装置及其应用技术。本发明采用多孔中空纤维膜作为萃取相的容器，萃取相为有机溶剂；强化传质的手段为电势差，使得相平衡过程能够在很短的时间内完成。其具体的操作步骤如下：
步骤一：将中空纤维膜截取适当长度，封闭一端，清洗、烘干，备用；
步骤二：在内壁用金属涂层的管式小容器中加入适量样品溶液；
步骤三：在中空纤维膜内注入适量萃取相溶液，竖直置于管式小容器中心；
步骤四：将两只电极分别接萃取相溶液和管式小容器内壁的金属涂层；
步骤五：调整到合适的电压，接通直流电源，在电场下进行液相萃取；
步骤六：达到萃取平衡后，用取样器从萃取剂液滴内部定量吸取萃取剂，用分析仪器进行检测。
所述的中空纤维膜是多孔性质的且具有一定的支持性能；
所述中空纤维膜内径优先选择内径为0.5-5mm，膜孔径为0.001-1.0μm，孔密度10-80％的中空纤维膜材料，膜的截取长度为2-20cm，容积为5-50μl；
所述的电萃取相为有机或无机溶剂，也可以使用混合溶剂；
所述的电源为直流电源，电压可在0-100V之间调节，电流量程为0-1A；
所述管式小容器内壁用金属涂层，容积为1-50ml；
所述的管式小容器内壁用金属涂层，其金属涂层优先选择铂涂层。
本发明以传统基于中空纤维膜的液相微萃取技术为基础，在样品溶液和萃取相之间施加适宜的电场强度，用可调的直流电场强化被分析物在两相中的定向传质过程，从而达到快速平衡的目的。该技术与以往的液相微萃取方法相比，在兼具了传统基于中空纤维膜的液相微萃取技术所有优势的前提下，充分体现了快速、高效的特点。本发明是多种分析手段的前处理和预富集技术，也是测定液相相平衡参数的方法，可以广泛应用于环境工程、药物研发、食品安全等诸多领域，具有较强的实用价值。
附图说明
图1、电场强化中空纤维膜液相微萃取装置示意图
图中：1，管式小容器；2，内部涂层；3，4电极；5，样品溶液；6，中空纤维膜；7，萃取相；8，直流电源
图2、电压对富集效率的影响
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术路线。
图1为本发明提出的电场强化中空纤维膜液相微萃取技术及装置的装置示意图。本发明以电场为强化驱动力，强化液相微萃取技术的内部传质，大幅度提高基于中空纤维膜液相微萃取技术的效率，构建更加快速高效的液相微萃取装置。
它的具体操作步骤包括：
(1)将中空纤维膜截取适当长度，用压力封闭一端(或其他密封手段密封)，用甲醇清洗一端密封的中空纤维膜多次，烘干备用；
(2)用移液管将被分析的液体样品溶液定量的加入内壁用金属涂层的管式小容器中，保证样品溶液具有2cm以上深度以保证两液相的充分接触；
(3)在中空纤维膜内注入适量萃取相溶液，竖直置于管式小容器中心，然后将两只电极分别接萃取相溶液和管式小容器内壁的金属涂层，保证在中空纤维膜和管式容器壁之间形成均匀电场；
(4)调整到合适的电压，接通直流电源，在电场下进行液相萃取过程；
(5)达到萃取平衡后，用取样器从萃取剂液滴内部定量吸取萃取剂，用气相色谱(也可以是高压液相色谱、毛细管电泳或其他分析仪器)进行检测。
实施例1：以苯酚为探针化合物测试电压对富集效率的影响
所用膜为中空纤维膜，膜孔径大小为0.02μm，膜孔率40％，中空膜管内直径为1mm。以正辛醇最为萃取相，以苯酚稀水溶液为样品溶液。取5ml的样品溶液于管式小容器，在封闭一端的中空纤维膜内加入20μL正辛醇，将正电极从未封闭端插入中空纤维膜内至于正辛醇接触，负电极接管式小容器。打开电源，在电场下完成萃取，用微量进样器取样，到气相色谱中测定萃取相和萃余相样品浓度。图2就是施加电压对富集效率的影响，从图可以看出，随着施加电压的增加，平衡时间逐渐缩短，但并不是强化电压越高越好，实验表明，如果电压过高会导致中空纤维膜中出现气泡，影响测定结果，因此一般采取较为适中的电压作为操作电压，对于类似实验条件可取为60V。
实施例2：用该装置测定纯有机化合物的logP
分别取苯酚、苯胺、硝基苯为探针化合物，测定这几种纯物质的正辛醇-水分配系数。操作方法同实施例1，施加电压取60V，萃取4min后，分别测定被分析物在正辛醇相和水相中的浓度。计算正辛醇相浓度/水相浓度即为分配系数，分配系数的对数值即为log P。用本装置测定几种化合物的log P，见下表：
有机物               实验值           文献值
硝基苯            1.77             1.85
苯胺              0.93             0.90
苯酚              1.47             1.50
实施例3：电场强化传质与传统方法萃取效果之比较
以硝基苯为探针化合物考察电场强化传质与传统搅拌方法萃取效果的不同，具体操作同实施例2，只是三组对比实验中第一组施加60V的直流强化电压；第二组不加强化电压，而是采用传统的摇瓶法；第三组不施加强化电压，改之以施加磁力搅拌的方法进行强化。实验结果发现，三组方法测得的logP值相同，但平衡时间分别为3min，25min和20min。证实了本发明快速高效的特点。
实施例4：用于药物组分在生物样品中的富集效果测试
氨苯蝶啶是常用的利尿药物之一，患者服药后，有部分药物会随着尿液排出，本实施例在于准确测定患者服药后尿液中氨苯蝶啶的含量。采用传统的液相色谱方法进行直接测定，存在两个问题，一是样品浓度不高，测定误差较大；二是尿液成分复杂且随外界因素变化较大，杂质的干扰非常严重，影响测定结果的准确性。本实施例仍然采用正辛醇为置于中空纤维膜内部的萃取相，样品为人体尿液，经液相微萃取后，用高效液相色谱进行测定。液相微萃取的实验操作同实施例1，强化电压为60V，萃取时间为4min，液相微萃取后进行液相色谱分析的色谱结果表明，本发明的对于氨苯蝶啶的富集效率可达64倍之多，色谱图中杂质峰减少且尚有杂质峰的干扰减小。

Claims (7)

1一种电场强化中空纤维膜液相微萃取技术及装置，其特征在于将直流强化电场引入传统的液相微萃取装置，用该电场强化液相微萃取技术的传质，大幅度提高基于中空纤维膜液相微萃取技术的效率，而且该发明易于实现高通量和自动化，是更加快速高效的液相微萃取装置，其具体的操作步骤如下：
步骤一：将中空纤维膜截取适当长度，封闭一端，清洗、烘干，备用；
步骤二：在内壁用金属涂层的管式小容器中加入适量样品溶液；
步骤三：在中空纤维膜内注入适量萃取相溶液，竖直置于管式小容器中心；
步骤四：将两只电极分别接萃取相溶液和管式小容器内壁的金属涂层；
步骤五：调整到合适的电压，接通直流电源，在电场下进行液相萃取；
步骤六：达到萃取平衡后，用取样器从萃取剂液滴内部定量吸取萃取剂，用分析仪器进行检测。
2按权利要求1所述的电场强化中空纤维膜液相微萃取技术及装置，其特征在于，中空纤维膜是多孔性质的且具有一定的支持性能。
3按权利要求2所述的中空纤维膜是多孔性质的且具有一定的支持性能，其中空纤维膜内径优先选择内径为0.5-5mm，膜孔径为0.001-1.0μm，孔密度10-80％的中空纤维膜材料，中空纤维膜的截取长度为2-20cm，容积为5-50μl。
4按权利要求1所述的电场强化中空纤维膜液相微萃取技术及装置，其特征在于，萃取相为有机或无机溶剂，也可以使用混合溶剂。
5按权利要求1所述的电场强化中空纤维膜液相微萃取技术及装置，其特征在于，电源为直流电源，电压可在0-100V之间调节，电流量程为0-1A。
6按权利要求1所述的电场强化中空纤维膜液相微萃取技术及装置，其特征在于，管式小容器内壁用金属涂层，容积为1-50ml。
7按权利要求6所述的管式小容器内壁用金属涂层，其金属涂层优先选择铂涂层，厚度为1-1000μm。
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