CN102004135B - 解吸池及分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于装载分子印迹搅拌棒的解吸池，包括一上部池体及一下部池体，上部池体的底部连接于下部池体的顶部且两者内部形成一上下贯通的解吸腔，上部池体顶部设有一液流出口，下部池体下部圆周对称地均布有三个液流入口，液流出口及液流入口与所述解吸腔连通；还包括一分子印迹搅拌棒，放置于所述解吸腔中；还包括一密封圈，密封所述上部池体及下部池体的连接部。上述解吸池配以微量注射泵可实现对分子印迹搅拌棒的高效流动加热解吸。另外在该解吸池的基础上，通过与高效液相色谱的联用，可实现具有微流动解吸和解吸物再分离两种功能的联用系统，该联用系统具有对解吸液实时监控、改善色谱峰型、抗基体干扰能力强，灵敏准确等优点。
Description
技术领域
本发明属于分析化学样品前处理领域，尤其涉及分子印迹搅拌棒解吸池，以及分子印迹搅拌棒微萃取技术与高效液相色谱联用装置的设计、方法及应用，适用于环境、食品、医药、生物等复杂样品中痕量有机物的分离、富集与分析。
背景技术
目前少溶剂样品富集技术由于环境友好、分析时间短、可以直接从样品中萃取富集痕量的目标物，得到了广泛的应用。该类技术包括固相萃取技术(SPE)、固相微萃取技术（SPME）、管内SPME、以及搅拌棒吸附微萃取技术(SBSE)等。目前SPE、SPME与气、高效液相色谱，SBSE与气相色谱的联用已经实现，并有了商品化的配套装置。而SBSE与高效液相色谱的联用至今没有出现。
相比于SPME，SBSE具有其独特的优势，如萃取容量大、自身可搅拌等。而目前SBSE表面涂布分子印迹聚合物（MIP）的实现更是进一步拓宽了这一技术的应用范围。MIP是指制备对某一特定的目标分子（模板分子、印迹分子）具有分子识别性能（特异选择性）的分子印迹聚合物的技术。MIP-SBSE因此兼具高富集能力、高选择性的优点。但目前MIP-SBSE的解吸主要是应用溶剂浸泡超声或加热的离线方法，存在操作复杂、容易损伤MIP涂层、解吸溶剂量较大等缺点。而且由于搅拌棒直径、体积较一般的SPME大很多，并没有握柄和保护针套，故SPME型接口不适用于SBSE与HPLC的在线联用，导致SBSE-HPLC在线联用技术还存在空白。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足，设计了一个适合于装载分子印迹搅拌棒并能与高效液相色谱相联接的接口解吸池，其具备了耐高压、可加热、死体积小、搅拌棒容易装卸、可进行动态流动解吸等优点。
本发明的另一个目的是填补目前无搅拌棒与高效液相色谱联用的空白，建立了分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱联用系统，该联用系统结合了分子印迹搅拌棒微萃取技术的高选择性、高富集能力和高效液相色谱的高分离能力和高灵敏度，提高了分析方法的自动化程度，减少了人为误差，提高了准确度。
本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：一种可装载分子印迹搅拌棒的解吸池，其特征在于包括：一上部池体及一下部池体，上部池体顶部设有一液流出口，下部池体下部圆周对称地均布有三个液流入口，上部池体的底部连接于下部池体的顶部且两者内部形成一上下贯通的解吸腔，解吸腔与液流出口及液流入口连通；及一分子印迹搅拌棒，放置于所述解吸腔中；一密封圈，密封于所述上部池体及下部池体的连接部。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
根据本发明的解吸池，所述上部池体及下部池体通过螺纹连接固定，上部池体及下部池体由导热材料制成。
根据本发明的解吸池，所述液流入口及液流出口为适于连接PEEK接头的PEEK螺口。
根据本发明的解吸池，所述解吸腔位于所述上部池体的部分呈圆台形，上底直径为0.8cm，下底直径为2cm，高为10cm；位于下部池体的部分呈狭长的圆柱形，其底面直径与圆台形的下底直径相同，高为10cm。
根据本发明的解吸池，所述分子印迹搅拌棒以直径为1.2-1.4cm、长为2.2cm的玻璃毛细管作为底材，在其内部装有一根1.6cm长的铁芯，毛细管表面涂布分子印迹聚合物，涂布长度约为1.9cm。
本发明还提供了一种分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用系统，该系统包括如上所述的解吸池，还包括：用于加热解吸池的加热台；用于推动微量解吸液体进入解吸池的微量注射泵，泵出口通过一四通连接于所述解吸池液流的入口；六通阀切换I、六通阀切换II；检测器，对流经六通切换阀I的解吸液及对经色谱柱再分离的解吸液进行监控；定量环，对流经六通切换阀II的解吸液进行收集；色谱柱，两端分别连接于六通切换阀I及六通切换阀II之间，对解吸液进行分离；及高压液相泵；其中，所述解吸池的液流出口通过管路分别与六通切换阀I及II形成微流动解吸回路，所述定量环与六通切换阀II、所述色谱柱流及六通切换阀I形成解吸物再分离回路，微流动解吸回路与解吸物再分离回路间的切换由所述检测器获得的监测信号指导确定。
作为优选方式，所述四通为PEEK四通，分别接入四条PEEK管，与解吸池液流入口相接的PEEK管内径为0.1mm，与微量注射泵相接的PEEK管内径为0.25mm。
根据本发明实施例的装置，定量环体积为50μL。
根据本发明实施例的装置，解吸池加热温度设定为60℃。
根据本发明提出的分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用系统，以解吸池作为搅拌棒解吸液的引入装置，并以两个高压六通切换阀作为联接中枢，与高效液相色谱中色谱柱/泵和检测器相联接，实现了分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱的在线联用。本联用系统由具有不同驱动力的两套独立流路组成：一为高效液相色谱流动相流通流路，由高效液相色谱高压恒流泵驱动，用于将待分析组分和流动相输送至色谱柱进行分离，另一为解吸液流通流路，由微量注射泵驱动，用于推动解吸液进入解吸池，流经搅拌棒对其进行流动加热解吸，随后顺序流经检测器流通池和采样定量环；通过对流路中两个六通切换阀进行切换操作，可以更改流路中的各个组成部分的相对位置，实现搅拌棒解吸、监控解吸液、捕获解吸液和解吸液进样等操作。
本发明通过以下技术措施提高方法的精密度：1）在解吸过程中通过切换六通阀使检测器处于定量环上游位置，使流经检测器的液流即时被定量环捕获；2）即时监控检测器信号，当目标物的特征峰出现之后，根据预先测定的滞后时间进行切阀，由此可保证目标物被精确截留于定量环中并随后被冲入色谱柱进行分离分析。3）切阀之后进入色谱分离过程，此时检测器被切换至色谱柱下游位置，监控色谱分离信号。
借用上述技术方案，本发明分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用系统至少具有以下优点：
1）搅拌棒解吸是在加热环境下流动解吸，解吸效率高，解吸速度快。
2）由于通过定量环捕获绝大部分的解吸液，故采用50μL定量环，进样量大、浓度高、富集倍数增加。
3）全过程采用机械驱动和软件控制，自动化程度高，减少人为误差，能有效提高方法精密度。
4）整个分析过程中搅拌棒都是处于色谱柱上游位置，即常压状态下，而且使用解吸液流动解吸，二者均有利于保护涂层免受机械损伤，延长了搅拌棒涂层的寿命。
5）本发明的解吸池适于与搅拌棒大小相近的棒状萃取材料，或经简易改装，可填充颗粒物实现同样目的；此外，本发明的联用流路的设计也可运用于其他萃取技术的联用，适用性广。
根据本发明实施例的分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用装置及其方法，可在线解吸分离分析大米中的三嗪类除草剂及土壤中三唑类杀菌剂。但本装置及系统并不仅限于该较应用，还可适用于环境、食品、医药、生物等复杂样品中痕量有机物的分离、富集与分析。
附图说明
图1为解吸池立体效果图和剖面构造图，图1a为前视图，图1b为仰视图，图1c为剖面爆炸构造图。其中
11：PEEK接头
13：解吸池上部
15：分子印迹搅拌棒
17：解吸腔
12：0.25mm内径PEEK管
14：PDMS材料密封圈
16：解吸池下部
18：0.1mm内径PEEK管
图2为分子印迹搅拌棒解吸池尺寸设计，其中图2a为上部解吸池的尺寸，图2b为下部解吸池的尺寸。
图3为分子印迹搅拌棒微萃取与高效液相色谱在线联用系统示意图。
10：解吸池
30：PEEK四通
50：检测器
70：六通切换阀II
90：采样定量环
20：加热台
40：微量注射泵
60：六通切换阀I
80：色谱柱
100：高压液相泵
图4为解吸液的紫外信号的监控图。曲线a为萃取10μg/L九种三嗪-甲苯萃取液的搅拌棒实时紫外监控图；曲线b为萃取10μg/L九种三嗪-甲苯萃取液的搅拌棒经过30min风干处理，以除去甲苯信号峰；曲线c为已萃取空白甲苯溶液的搅拌棒实时紫外监控图；1、2为三嗪特征信号峰；3、4为甲苯特征信号峰。
图5为特丁津分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用方法与离线超声解吸法、静态加热解吸法比较色谱图；曲线a为在线流动加热解吸：加热温度60℃，流速为60μL/min,切阀时间为55s，使用50μL定量环；曲线b为静置加热解吸：加热温度60℃，解吸10min，150μL解吸液进样50μL；曲线c为超声解吸：解吸6min，150μL解吸液进样50μL；曲线d为10μg/L九种三嗪混合标准溶液进样50μL；1、氰草津，2、西玛津，3、西草净，4、莠去津，5、莠灭净，6、扑灭津，7、特丁津，8、扑草净，9、特丁津。
图6为三唑酮分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用方法与离线超声解吸法、静态加热解吸法比较色谱图；曲线a为在线流动加热解吸：加热温度60℃，流速为60μL/min，切阀时间为55s，使用50μL定量环；曲线b为静置加热解吸：加热温度60℃，解吸10min，150μL解吸液进样50μL；曲线c为超声解吸：解吸20min，150μL解吸液进样50μL；曲线d为10μg/L八种三唑混合标准溶液进样50μL；1、粉唑醇，2、三唑醇；3、多效唑，4、烯效唑，5、三唑酮，6、戊唑醇，7、己唑醇，8、烯唑醇。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明以达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及两个较佳实施例，对依据本发明提出的解吸池及分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
实施例1：特丁津分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用分析大米中的三嗪类除草剂。
解吸池结构如图1所示。解吸池分为螺纹互补的上下两部分13和16，装载后的池体内部形成一上下贯通的解吸腔17。在装载时，旋开上部池体13，将分子印迹搅拌棒15装进解吸腔17中，放入聚四氟乙烯O型密封圈14，再旋上解吸池上部池体13拧紧即完成密封。上部池体顶部设有一液流出口，下部池体下部圆周对称地均布有三个液流入口，液流出口与液流入口均为标准的PEEK螺口，用于接入四个PEEK接头11，引入和导出解吸液或清洗液，并能承受高达15Mpa的高压。另外，有四条溶液通道，一条0.25mm内径的PEEK管12作为溶液流出口，三条0.10mm内径的PEEK管作为溶液流入口。
解吸池尺寸如图2所示，图2a为上部池体，其内的上部解吸腔171为圆台型，上底直径d1为0.8mm，下底直径d2为2mm，长度L1为10mm；图2b为下部池体，其内的下部解吸腔172为圆柱型，直径d3为2mm，长度L2为20mm；解吸腔17的总体积约为88μL，减去搅拌棒15的体积约能容纳50μL解吸液。
分子印剂搅拌棒装载完成之后，采用如图3所示的特丁津分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用系统分析大米中三嗪类除草剂，其中特丁津分子印迹搅拌棒为实验室自制，其制作方法可见公开号为CN101590394中国发明专利申请。本发明的分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用装置包括：解吸池10，加热台20，连接解吸池10和微量注射泵40的PEEK四通30，用于驱动解吸液或清洗液的微量注射泵40，用于检测流经六通切换阀60的液体的检测器50，六通切换阀I60、六通切换阀II70，用于色谱分离的色谱柱80，连接在六通切换阀II的定量环90及驱动流动相的高效液相色谱泵100。解吸池10放置于加热台20之上加热。
在本联用系统中根据目标物的驱动力不同，具体分为两个分析过程：微流动加热解吸和分析物进样再分离。在微流动解吸过程中，首先解吸溶液由微量注射泵40推动解吸液流进入四通30的流液入口，再分成三份进入解吸池的三个入口，三液流进入解吸腔17内围绕搅拌棒形成稳定的层流向上进行传送，到达解吸池出液口管路12。流出的解吸液经过第一个六通阀60，进入检测器50，得到解吸液信号（图4）。解吸液流出检测器后进入第二个六通阀70，该六通阀中的50μL定量环90对解吸液进行收集，此后流入废液缸。
在信号监控的过程中（见图4），当目标物洗脱信号出现以后，标志着目标解吸物已成功从搅拌棒上被解吸下来进入检测器50。由于检测器与定量环之间存在一定的死体积，需等待目标解吸物经过一定时间流经定量环之后才能切换六通阀60和70进行进样操作。根据优化条件，目标物洗脱信号出现一定时间后（由具体管路死体积确定，本实施例为55s），即解吸液流到定量环90并被捕获之后，切换六通阀60和70进入色谱分离步骤。此后定量环中被捕获的解吸液被切换至色谱柱的入口处，并被冲入色谱柱80进行分离，另外，检测器50被切换至色谱柱80出口下游位置，起到检测色谱流出液信号的功能。
图5为特丁津分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用系统分析大米中三嗪类除草剂的色谱图。通过与超声和静态加热两种离线分析方法进行对比，可以明显看出联用方法得到的背景简单、基线平稳、九种三嗪类除草剂的信号峰更加尖锐，方法灵敏度得到提高。
实施例2：三唑酮分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用分析土壤中的三唑类杀菌剂。
在该联用系统中，使用三唑酮分子印迹搅拌棒萃取土壤中八种三唑杀菌剂。其搅拌棒装载方法、联用流路和分析方法与实施例1相同。
图6为三唑酮分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用系统分析土壤中三唑类杀菌剂的色谱图。通过与超声和静态加热两种离线分析方法进行对比，可以明显看出联用方法得到的背景简单、基线平稳、八种三唑杀菌剂的信号峰更加尖锐，方法灵敏度得到提高。
另外，在上述实施例中，是采用三嗪除草剂和三唑杀菌剂为对象说明分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用接口装置及其联用系统的应用。但本发明不仅适用于该两个体系，也不止适用于搅拌棒微萃取，通过采用不同的分子印迹搅拌棒或其他具有萃取性能的棒状聚合物材料，通过设定合适的实验参数，还可应用于其他环境污染物、生物样品、医药等复杂样品的分析检测。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例说明如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出更动或修饰等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种适于装载分子印迹搅拌棒的解吸池，其特征在于：包括一上部池体及一下部池体，上部池体的底部连接于下部池体的顶部且两者内部形成一上下贯通的解吸腔，上部池体顶部设有一液流出口，下部池体下部圆周对称地均布有三个液流入口，液流出口及液流入口与所述解吸腔连通；还包括一分子印迹搅拌棒，放置于所述解吸腔中；还包括一密封圈，密封于所述上部池体及下部池体的连接部。
2.根据权利要求1所述的解吸池，其特征在于：所述上部池体及下部池体通过螺纹连接固定，上部池体及下部池体由导热材料制成。
3.根据权利要求1所述的解吸池，其特征在于：所述液流入口及液流出口为适于连接PEEK接头的PEEK螺口。
4.根据权利要求1所述的解吸池，其特征在于：所述解吸腔位于所述上部池体的部分呈圆台形，上底直径为0.8cm，下底直径为2cm，高为10cm；位于下部池体的部分呈狭长的圆柱形，其底面直径与圆台形的下底直径相同，高为10cm。
5.根据权利要求1所述的解吸池，其特征在于：所述分子印迹搅拌棒以直径为1.2-1.4cm、长为2.2cm的玻璃毛细管作为底材，在其内部装有一根1.6cm长的铁芯，毛细管表面涂布分子印迹聚合物，涂布长度为1.9cm。
6.一种分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用装置，其特征在于包括如权利要求1～5任一权利要求所述的解吸池，还包括：
用于加热解吸池的加热台；
用于推动微量解吸液体进入解吸池的微量注射泵，泵出口通过一四通连接于所述解吸池液流入口；
六通切换阀I、六通切换阀II；
检测器，连接于六通切换阀I，并对解吸液及对经色谱柱再分离的解吸液进行监控；
定量环，连接于六通切换阀II，并对解吸液进行收集；
色谱柱，两端分别连接于六通切换阀I及六通切换阀II，对解吸液进行分离；
用于驱动流动相的高压液相泵，泵出口连接于六通切换阀II；
其中，所述解吸池的液流出口通过管路分别与六通切换阀I及II形成微流动解吸回路，所述高压液相泵与定量环、六通切换阀II、色谱柱及六通切换阀I形成解吸物再分离回路，微流动解吸回路与解吸物再分离回路间的切换时间由所述检测器获得的监测信号指导确定。
7.根据权利要求6所述的在线联用装置，其特征在于：所述四通为PEEK四通，分别接入四条PEEK管，与解吸池液流入口相接的PEEK管内径为0.1mm，与微量注射泵相接的PEEK管内径为0.25mm。
8.根据权利要求6所述的在线联用装置，其特征在于：所述定量环体积为50μL。
9.根据权利要求6所述的在线联用装置，其特征在于：所述解吸池加热温度为60℃。
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