CN103439171B - 一种便携式野外在线固相膜萃取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式野外在线固相膜萃取装置，包括萃取装置箱体，其内部安装有：固相萃取组件、电源、控制模块、第一蠕动泵、第二蠕动泵、替代物容器、废液容器、样品液容器；固相萃取组件包括固相萃取膜支撑件和导流盖，第一蠕动泵的进液口与替代物容器通过管路连接，第一蠕动泵的出液口与导流盖的第一进液孔通过管路连接；第二蠕动泵的进液口与样品液容器通过管路连接，第二蠕动泵的出液口与导流盖的第二进液孔通过管路连接；样品液容器与样品液供给管路连接；控制模块控制第一蠕动泵和第二蠕动泵的运行及流速。本发明克服了固相萃取柱萃取过程时间长，易堵塞，质量不可控的问题，解决了有机分析的时效性和替代物的准确加入问题。

Description

一种便携式野外在线固相膜萃取装置

技术领域

本发明涉及水中有机物分析技术领域，更具体的是涉及一种便携式野外在线固相膜萃取装置。

背景技术

传统有机水样存储、运输存在问题。水中有机物的分析有一个长期困扰我们的瓶颈，即有机物在水体环境中能保持相对稳定，但是一旦进入采样瓶这个小环境中，就会迅速发生变化，所以很多水中有机物分析方法要求即采即分析，最多不能超过4个小时，可一般情况是，水样回到实验室的时间就远远超过4小时，水样久放，受下列因素影响，某些组分可能会发生变化。生物因素：微生物的代谢活动，如细菌、藻类和其他生物的作用可以改变许多被测物的化学形态，可影响许多测定指标的浓度。化学因素：测定组分可能被氧化或还原，可能导致测定结果与水样实际情况不符。物理因素：测定组分被吸附在容器上或悬浮物的表面上，某些有机化合物以及某些易挥发组分的挥发损失。传统水样保存方法，采用4℃冷藏，存于暗处，可以抑制生物活动，减缓物理作用和化学反应速度，但不能阻止样品性状发生改变。并且传统有机样品的运输，样品存储于1L棕色玻璃瓶中，需放在特制冷藏箱中，放入冰袋。体积较为庞大，稍有不慎，易发生破瓶，运输效率低，导致运输成本高。

在科学分析仪器日益发达，有机物定量分析方法渐趋完善的今天，影响有机水样的准确定量分析的因素中，科学仪器和前处理方法已退居次要地位，而水样在送入实验室前的存储时间、运输等环节存在的负面问题正在被放大。样品性质发生了变化，分析结果的可靠性将会受到质疑。如何能够快速地采到具有代表性的样品并且安全的送抵实验室已成为许多专家们头疼的问题。

自从70年代后期固相萃取方法(SolidPhaseextraction,SPE)问世以来,发展较为迅速,SPE是一种使用固相吸附剂进行萃取,不仅适于萃取富集空气中痕量有机化合物,而且也广泛用于水样的预处理。国外有做过固相萃取技术保存有机物的研究工作，有报道，有机物在固相萃取小柱或固相萃取膜中在4℃环境下保存180天，目标物的回收率仍能在79%到93%，但是没有作为一项取样技术来研究。目前国内也没有适合大规模野外取样的痕量物质的富集提取方法和装置。同济大学的郜洪文发明了一项“痕量物质现场提取方法及便携式固相萃取仪”（专利号：201010100226），该装置包括搅拌器、蠕动泵、样品反应槽、导流管和萃取柱，样品反应槽置于搅拌器上，导流管一端插到样品反应槽内，将另一端与萃取柱上口连接，萃取柱下端连接蠕动泵进水口。此装置使用固相萃取柱进行野外萃取工作，在实际使用过程中是存在有一定问题的，比如固相萃取柱的柱径较窄，流速不能太大，萃取时间太长，柱体容易堵塞等，这些问题的存在导致它不适合大规模的野外在线萃取。而且由于环境样品基底复杂，目标物的含量低，需要通过预处理去除干扰和富集浓缩。预处理操作繁琐，失误也多，引进的分析误差也较多。如果没有数据质量控制方法，分析者难以得知和验证样品分析是否准确。通常实验室内通过添加替代物对前处理过程进行监控。而以上发明专利并未解决替代物的准确添加问题，所以即便装置能够用于野外萃取，但是萃取的过程是不可控的，最后测得的结果也是不可控的。

发明内容

本发明提供一种便携式野外在线固相膜萃取装置。本发明装置的固相萃取膜采用盘状结构的薄膜作为萃取载体，比表面积大，反压降低，可采用较高的流速，能有效避免固相萃取柱的堵塞问题，在野外在线萃取方面有着固相萃取小柱无法比拟的优势。由于本装置使用了固相萃取膜，萃取速度可达200mL/min，这样可以通过两台独立的蠕动泵同时使水样和替代物过膜萃取，能够实现替代物的准确添加，进而使整个野外萃取过程质量可控。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种便携式野外在线固相膜萃取装置，包括萃取装置箱体，所述萃取装置箱体内部安装有：固相萃取组件、第一蠕动泵、第二蠕动泵、替代物容器、废液容器、样品液容器、电源、控制模块；

所述固相萃取组件包括固相萃取膜支撑件和导流盖，

所述固相萃取膜支撑件的下端设有液体流出管，所述液体流出管与废液容器通过管路连接；所述固相萃取膜支撑件的内部设有第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件位于第二支撑件的上方；第一支撑件和第二支撑件上分别设有支撑网；第二支撑件的支撑网上铺设固相萃取膜；

所述导流盖上设有第一进液孔和第二进液孔，并且所述导流盖密封连接到所述固相萃取膜支撑件的上端；

所述第一蠕动泵的进液口与替代物容器通过管路连接，第一蠕动泵的出液口与导流盖的第一进液孔通过管路连接；

所述第二蠕动泵的进液口与样品液容器通过管路连接，第二蠕动泵的出液口与导流盖的第二进液孔通过管路连接；

所述样品液容器与样品液供给管路连接；

所述控制模块分别与电源、第一蠕动泵、第二蠕动泵电连接，控制模块控制第一蠕动泵和第二蠕动泵的运行及流速。

进一步，所述固相萃取膜支撑件为圆柱形，其包括依次衔接的第一柱状本体、第二柱状本体和第三柱状本体，第一柱状本体的内部具有第一柱状空腔，第二柱状本体的内部具有第二柱状空腔，第三柱状本体的内部具有第三柱状空腔，且第三段柱状本体的下端与液体流出管连通；第一柱状空腔、第二柱状空腔和第三柱状空腔的直径依次减小，第一柱状本体和第二柱状本体的衔接处为第一支撑件，第二柱状本体和第三柱状本体的衔接处为第二支撑件。所述第一支撑件及第二支撑件上设置有盘状结构的薄膜。

由于固相萃取膜采用盘状结构的薄膜作为萃取载体，比表面积大，反压降低，可采用较高的流速，能有效避免固相萃取柱的堵塞问题。

进一步，所述控制模块包括第一蠕动泵流速设定器、第一蠕动泵流速控制器、第二蠕动泵流速设定器、第二蠕动泵流速控制器；

通过第一蠕动泵流速设定器输入第一流速信息给第一蠕动泵流速控制器，第一蠕动泵流速控制器控制第一蠕动泵流速；通过第二蠕动泵流速设定器输入第二流速信息给第二蠕动泵流速控制器，第二蠕动泵流速控制器控制第二蠕动泵流速。

进一步，所述第二柱状空腔的直径为48mm，所述固体萃取膜的直径为47mm。

进一步，第一支撑件的支撑网上放置助滤剂。

本发明的有益效果是：实现了在线野外萃取，克服了固相萃取柱萃取过程中时间长，易堵塞，质量不可控的问题，解决了有机分析的时效性和替代物的准确加入问题，本装置简化了结构、易于制造、体积小，重量轻，便于携带与操作。

附图说明

图1为本发明一种实施例的便携式野外在线固相膜萃取装置示意图；

图2为本发明固相萃取膜支撑件示意图；

图3为图2的A-A剖面图；

图4为本发明固相萃取膜支撑件的切面示意图；

图5为本发明导流盖的切面示意图。

图6为本发明电池、控制模块、第一蠕动泵、第二蠕动泵连接示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、萃取装置箱体，2、固相萃取组件，21、固相萃取膜支撑件，211、第一柱状本体，212、第二柱状本体，213、第三柱状本体，214、液体流出管，215、支撑网，216、固相萃取膜，22、导流盖，221、第一进液孔，222、第二进液，3、第一蠕动泵，4、第二蠕动泵，5、替代物容器，6、废液容器，7、样品液容器，8、电源，9、控制模块，91、第一蠕动泵流速设定器，92、第二蠕动泵流速设定器，93、第一蠕动泵流速控制器，94、第二蠕动泵流速控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明一种实施例的便携式野外在线固相膜萃取装置，包括萃取装置箱体1，萃取装置箱体内部安装有：固相萃取组件2、第一蠕动泵3、第二蠕动泵4、替代物容器5、废液容器6、样品液容器7、电源8、控制模块9。

固相萃取组件2包括固相萃取膜支撑件21和导流盖22，

固相萃取膜支撑件的下端设有液体流出管214，液体流出管214与废液容器6通过管路连接；固相萃取膜支撑件的内部设有第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件位于第二支撑件的上方；第一支撑件和第二支撑件上分别设有支撑网215；第二支撑件的支撑网上铺设固相萃取膜216。在进行检测时，第一支撑件的支撑网215上可选择性的放置助滤剂。

导流盖上22设有第一进液孔221和第二进液孔222，并且导流盖22密封连接到固相萃取膜支撑件21的上端；

第一蠕动泵3的进液口与替代物容器5通过管路连接，第一蠕动泵3的出液口与导流盖的第一进液孔221通过管路连接；

第二蠕动泵4的进液口与样品液容器7通过管路连接，第二蠕动泵4的出液口与导流盖的第二进液孔222通过管路连接；

样品液容器7与样品液供给管路连接；

控制模块9分别与电源8、第一蠕动泵3、第二蠕动泵4电连接，控制模块9控制第一蠕动泵3和第二蠕动泵4的运行及流速。

如图2至图5所示，本发明一种实施例的固相萃取膜支撑件21为圆柱形，其包括依次衔接的第一柱状本体211、第二柱状本体212和第三柱状本体213，第一柱状本体211、第二柱状本体212和第三柱状本体213优选为圆柱形柱状本体，且外径相同。第一柱状本体211的内部具有第一柱状空腔，第二柱状本体212的内部具有第二柱状空腔，第三柱状本体213的内部具有第三柱状空腔，且第三段柱状本体213的下端与液体流出管214连通；第一柱状空腔、第二柱状空腔和第三柱状空腔的直径依次减小，第一柱状本体211和第二柱状本体212的衔接处为第一支撑件，第二柱状本体212和第三柱状本体213的衔接处为第二支撑件。

在本实施例中第一柱状本体211上端边缘设有丝扣，导流盖22的相应位置设有用于螺丝穿过的圆孔，通过螺丝将固相萃取膜支撑件21和导流盖22密封固定到一起。采用这种固定连接方式制造加工工艺简单，在后续使用中拆卸方便。

另一种实施例的控制模块9包括第一蠕动泵流速设定器91、第一蠕动泵流速控制器93、第二蠕动泵流速设定器92、第二蠕动泵流速控制器94；

通过第一蠕动泵流速设定器91输入第一流速信息给第一蠕动泵流速控制器93，第一蠕动泵流速控制器93控制第一蠕动泵3流速；通过第二蠕动泵流速设定器92输入第二流速信息给第二蠕动泵流速控制器94，第二蠕动泵流速控制器94控制第二蠕动泵4流速。

由于设置了上述控制模块9，可以分别设定第一蠕动泵和第二蠕动泵的流速，进而在检测过程中，根据检测需要可以准确的控制替代液和样品液的加入量，加入过程简单，不需要人工操作。

对上述实施例进行进一步改进，所述第二柱状空腔的直径为48mm，固体萃取膜的直径为47mm。

采用上述直径的固体萃取膜能够样品液进液解决流速不能太大，萃取时间太长，柱体容易堵塞的问题。

上述实施例中的便携式野外在线固相膜萃取装置的使用过程和工作原理如下：

在检测过程中替代物加入的量一般是非常少的（如替代物的浓度为1.0mg/L，加入量约为50μL左右），在实验室内通常是先向1L水样中加入50μL的替代物，混合均匀后再通过固相萃取小柱进行萃取。如果是野外在线萃取，如此小的体积很难准确加入，所以可以通过稀释替代物的浓度，从而加大加入的体积，如：可以调整替代物的浓度为1.0μg/L，那么加入的体积就为50mL。一般水样的取样体积为1L，本发明固相萃取膜组件2的上样速度可以达到200mL/min，这样上样时间为5min；替代物和水样应该尽量控制同时开始加入，并且同时加完，这样可以保证替代物与样品是比较均匀的通过固相萃取膜；与固相萃取膜200mL/min的流速，在5min之内完成相匹配，替代物的流速需要达到10mL/min，这个流速采用本发明的蠕动泵能够进行准确控制，比较容易实现。如果是用固相萃取小柱进行萃取，这一点是无法实现的。因为用固相萃取小柱萃取1L水样，一般需要用1h左右，如果样品比较浑浊，小柱堵塞，有可能所需时间更多，为了与之相匹配，替代物的流速需要达到50mL/60min=0.83mL/min，如此小的流速很难准确控制。因此固相萃取膜在野外在线萃取方面有着固相萃取小柱无法比拟的优势。

以样品液体积1L，样品液加入流速为200mL/min，替代液加入流速为10mL/min为例进行说明，本领域技术人员根据测定样品液和替代液比例的不同，可以计算其他具体的流速参数，均落入本发明的保护范围。

1、通过第一蠕动泵流速设定器91输入10mL/min的流速信息；通过第二蠕动泵流速设定器92输入200mL/min的流速信息。2、将替代液加入替代物容器5中，将样品液供给管路与样品液水源连通。3、开启蠕动泵，第一蠕动泵和第二蠕动泵按照设定流速将替代液和样品液泵入固相萃取膜支撑件21中，进行萃取。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种便携式野外在线固相膜萃取装置，包括萃取装置箱体(1)，其特征在于，所述萃取装置箱体内部安装有：固相萃取组件(2)、第一蠕动泵(3)、第二蠕动泵(4)、替代物容器(5)、废液容器(6)、样品液容器(7)、电源(8)、控制模块(9)；

所述固相萃取组件(2)包括固相萃取膜支撑件(21)和导流盖(22)，

所述固相萃取膜支撑件的下端设有液体流出管(214)，所述液体流出管(214)与废液容器(6)通过管路连接；所述固相萃取膜支撑件的内部设有第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件位于第二支撑件的上方；第一支撑件和第二支撑件上分别设有支撑网(215)；第二支撑件的支撑网上铺设固相萃取膜(216)；

所述导流盖上(22)设有第一进液孔(221)和第二进液孔(222)，并且所述导流盖(22)密封连接到所述固相萃取膜支撑件(21)的上端；

所述第一蠕动泵(3)的进液口与替代物容器(5)通过管路连接，第一蠕动泵(3)的出液口与导流盖的第一进液孔(221)通过管路连接；

所述第二蠕动泵(4)的进液口与样品液容器(7)通过管路连接，第二蠕动泵(4)的出液口与导流盖的第二进液孔(222)通过管路连接；

所述样品液容器(7)与样品液供给管路连接；

所述控制模块(9)分别与电源(8)、第一蠕动泵(3)、第二蠕动泵(4)电连接，控制模块(9)控制第一蠕动泵(3)和第二蠕动泵(4)的运行及流速；

所述固相萃取膜支撑件(21)为圆柱形，其包括依次衔接的第一柱状本体(211)、第二柱状本体(212)和第三柱状本体(213)，第一柱状本体(211)的内部具有第一柱状空腔，第二柱状本体(212)的内部具有第二柱状空腔，第三柱状本体(213)的内部具有第三柱状空腔，且第三柱状本体(213)的下端与液体流出管(214)连通；第一柱状空腔、第二柱状空腔和第三柱状空腔的直径依次减小，第一柱状本体(211)和第二柱状本体(212)的衔接处为第一支撑件，第二柱状本体(212)和第三柱状本体(213)的衔接处为第二支撑件。

2.根据权利要求1所述的便携式野外在线固相膜萃取装置，其特征在于，所述控制模块(9)包括第一蠕动泵流速设定器(91)、第一蠕动泵流速控制器(93)、第二蠕动泵流速设定器(92)、第二蠕动泵流速控制器(94)；

通过第一蠕动泵流速设定器(91)输入第一流速信息给第一蠕动泵流速控制器(93)，第一蠕动泵流速控制器(93)控制第一蠕动泵(3)流速；通过第二蠕动泵流速设定器(92)输入第二流速信息给第二蠕动泵流速控制器(94)，第二蠕动泵流速控制器(94)控制第二蠕动泵(4)流速。

3.根据权利要求1所述的便携式野外在线固相膜萃取装置，其特征在于，所述第二柱状空腔的直径为48mm，所述固相萃取膜的直径为47mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的便携式野外在线固相膜萃取装置，其特征在于，第一支撑件的支撑网(215)上放置助滤剂。