CN103454135A

CN103454135A - 样品富集与分析仪器联用的装置

Info

Publication number: CN103454135A
Application number: CN2012105608391A
Authority: CN
Inventors: 张晓辉; 丁明玉; 胡克; 邓宛梅
Original assignee: BEIJING LABTECH Ltd
Current assignee: BEIJING LABTECH Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN103454135B

Abstract

样品富集与分析仪器联用的装置，包括固定板；样品容器，用于容纳样品液，所述样品液中加入有磁性颗粒；活动板，能转动的与所述固定板固定，所述活动板上固定有U形管，所述U形管位于可控磁场内；第一连接器，装于U形管的一端，所述第一连接器上装有连接管，所述连接管的一端伸入所述U形管内；第二连接器，装于所述U形管的另一端，所述第二连接器上装有截止阀；两位三通阀，具有COM口、A口和B口，所述COM口连接所述连接管的另一端；所述A口经吸液管连通至所述样品容器内，所述B口连接毛细管的一端；蠕动泵，具有第一蠕动泵管，所述第一蠕动泵管经所述第二连接器与所述U形管内相通；控制模块，通过控制电路连接所述蠕动泵和所述两位三通阀。

Description

样品富集与分析仪器联用的装置

技术领域

本发明属于微量化学分析检测领域，是一种将大体积样品中的低浓度分析物富集提取并进行仪器分析的方法和装置。

背景技术

对于环境和食品分析检测工作来说，现场的取样和检测往往省去了样品保存和运输的麻烦，避免了样品在保存和运输过程中的变质，并在第一时间得到检测结果，特别适合于应急响应。目前已有多种现场快速检测的手段，如便携式的光谱仪等。但由于快速检测手段常常不具有较高的灵敏度，需要将样品浓缩富集再检测。当样品中分析物浓缩很低时，对样品体积要求就很大，这增加了富集的难度。因此，快速、方便、有效的富集方法将给现场检测带来很大好处。不仅如此，对于现场采样后的实验室分析检测，现场富集装置也可以将大体积的样品转化为小体积的萃取液，便于带回实验室进行更深入的分析检测。

在传统的富集方式，如固相萃取，得到广泛应用的同时，一种新型的在磁性颗粒表面附着富集载体的富集方法也开始被大量关注。这种方法避免了传统柱式或盘式固相萃取介质对样品液有阻力而造成处理时间长的问题，也没穿透或沟流等固有问题，因此有很好的应用前景。对大体积样品中微量分析物的富集是该技术的重要应用领域之一。

磁性颗粒富集方法的一般步骤包括：（1）向待萃取样品液中加入带有适当富集载体的磁性颗粒，并超声使磁性颗粒分散，进行萃取；（2）对样品液施加磁场，使其中分散的磁性颗粒聚集在磁场最强处并固定在那里，倒掉经萃取的样品液；（3）取消磁场，向磁性颗粒加入洗脱液，再次超声分散，将分析物从磁性颗粒表面洗脱；（4）再次使用磁场聚集磁性颗粒，将富集液移入试管，进行分析检测。

在将磁性颗粒富集应用于大体积样品的现场富集中时，有以下问题需要克服：（1）传统的磁性颗粒富集所处理的样品体积不大，一般在100毫升以内，大多数只有几毫升，因此磁场很容易将磁性颗粒完全聚集。而在大体积样品中，如几百至几千毫升的样品液，经分散的磁性颗粒则不易迅速和完全地被磁场聚集。（2）当样品体积不大时，磁性颗粒富集在一个容器中进行萃取和洗脱即可。例如，100毫升以内的样品用5毫升洗脱液，浓缩倍数20，在一个容器中是适当的。而当浓缩倍数很大，如，将1000毫升水样萃取后用5毫升洗脱液洗脱，则容器相对洗脱液过大。

目前一种以钨丝为样品附着和激发载体的便携式钨丝发射光谱仪已有多次报导，可对50多种金属元素进行快速地光谱检测。这种便携式钨丝发射光谱仪目前所采用的上样方式是用移液枪向钨丝上点样。但这种方式虽然简单，但有以下问题：（1）手工进行微量液体操作，容易点样失败或引入误差；（2）上样量不能达到最大化。

本发明针对上述问题，提出了一种快速、方便的大体积样品中微量分析物富集并向分析仪器，如便携式钨丝发射光谱仪，上样的方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于克服磁性颗粒富集技术用于大体积样品时的快速分离的问题，和样品液体积与洗脱液体积相差过大时用同一个容器操作不便的问题，并提供一种与分析仪器联用的方式，特别是与钨丝发射光谱仪联用的装置，可实现对大体积样品，如环境水，中的多种元素进行现场富集和检测。本发明的内容既可用于采样现场样品处理，也可用于实验室中的样品处理。

为此，本发明的一种样品富集与分析仪器联用的装置，包括固定板；样品容器，用于容纳样品液，所述样品液中加入有磁性颗粒；活动板，能转动的与所述固定板固定，所述活动板上固定有U形管，所述U形管位于可控磁场内；第一连接器，装于所述U形管的一端，所述第一连接器上装有连接管，所述连接管的一端伸入所述U形管内；第二连接器，装于所述U形管的另一端，所述第二连接器上装有截止阀；两位三通阀，具有COM口、A口和B口，所述COM口连接所述连接管的另一端；所述A口经吸液管连通至所述样品容器内，所述B口连接毛细管的一端；蠕动泵，具有第一蠕动泵管，所述第一蠕动泵管经所述第二连接器与所述U形管内相通；控制模块，通过控制电路连接所述蠕动泵和所述两位三通阀。

其中，包括电磁铁，位于所述U形管的U形弯内，提供所述可控磁场。

其中，包括连杆，能转动的与所述固定板固定，所述连杆上装有磁铁，提供所述可控磁场。

其中，还包括超声池，所述样品容器置于所述超声池中；所述U形管具有两个工作位置，一个位于所述超声池内，另一个位于所述超声池外。

其中，所述固定板上设有与水平面呈45度角的旋转轴，所述旋转轴上装有以所述旋转轴为轴转动的所述活动板，所述活动板转动时，所述U形管在两个工作位置间切换。

其中，所述活动板绕所述旋转轴在水平位置和垂直位置之间转动。

其中，所述毛细管的另一端连通容器底部，钨丝发射光谱仪的钨丝设于所述容器内。

其中，所述截止阀连接装有洗脱液的注射器。

其中，所述蠕动泵上还设有排废液用的第二蠕动泵管。

本发明的一种样品富集与分析仪器联用的装置，可用于实验室或采样现场样品前处理，并可与多种检测分析仪器，如便携式钨丝发射光谱仪等联用，实现对多种元素的现场富集和检测。本发明样品中的分析物被磁性颗粒富集，并在流经U形管时被磁铁聚集，分析物脱离磁场后经洗脱进入富集液，富集液被蠕动泵输送到分析仪器中，如容纳便携式钨丝发射光谱仪的钨丝的容器中，富集液附着在钨丝上，实现上样。本发明适合现场大体积样品处理和分析。

附图说明

图1是本发明中用蠕动泵将萃取后的样品液从样品容器中抽出的过程和组成示意图；

图2是两位三通阀的端口示意图；

图3是将U形管置于超声池中并加入洗脱液超声洗脱的过程和组成示意图；

图4是用蠕动泵将U形管中的富集液向分析仪器上样的过程和组成示意图；

图5是富集装置与钨丝发射光谱仪联用时，上样用容器与钨丝的示意图。

附图标记说明

1-样品容器；2-超声池；3-固定板；4-旋转轴；5-活动板；6-磁铁孔；7-磁铁；8-连杆；9-U形管；10-两位三通阀；11-吸液管；12-第一连接器；13-毛细管；14-连接管；15-第二连接器；16-截止阀；17-蠕动泵；18-第一蠕动泵管；19-第二蠕动泵管；20-控制模块；21-注射器；22-容器；23-钨丝。

具体实施方式

为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例并结合附图进行详细说明。

磁性颗粒有多种制作方法，优选的制作方法如下：（1）Fe₃O₄磁性颗粒的制备：采用共沉淀法，所用铁盐既可为无机盐，也可为有机铁盐；缓冲液控制PH在碱性；通过搅拌或超声等辅助手段减少共沉淀过程中的团聚，在制备完成后尽快进入下一步的复合或表面修饰工艺，以避免保存时间过长引起团聚；为防止氧化，在制备过程中通N₂保护。

共沉淀法制备Fe₃O₄磁性颗粒的一个实例操作如下：在150mL已通N₂除氧的去离子水中加入5.6mmol/L FeCl₂·4H₂O和11.2mmol/L FeCl₃·6H₂O，加热至50℃，在500rpm的搅拌速率、在通N₂的条件下加入12.5mL氨水，反应30分钟。反应结束后在外加磁场下使磁性颗粒与水溶液分离，并用去离子水清洗3次，在60℃真空干燥6小时。（2）磁性颗粒表面功能化修饰：磁性颗粒的表面功能修饰可以采用两种方法，一种方法是先在磁性颗粒外包覆SiO₂中间层，再利用SiO₂中间层的硅羟基键合各种类型的功能分子，如对于金属离子的富集，可以键合含阳离子交换基团的有机分子（如马来酸、有机磺酸）；另一种方法是直接在磁性颗粒表面制备功能层。一个水热法在磁性颗粒表面直接制备含阳离子交换功能层（即富集载体）的实例操作如下：称取上述(1)中制备的Fe₃O₄磁性颗粒0.2g加入到40mL 0.1mol/L的硝酸溶液中，超声振荡10分钟，之后弃去硝酸溶液，用去离子水清洗3次。所得Fe₃O₄磁性颗粒重新分散在含有3.6g葡萄糖的35mL去离子水溶液中，超声振荡10分钟，然后将所得悬浮液转移至50mL的反应釜中，加热至180℃并保持6小时，冷却至室温。利用磁铁分离固体和液体，用去离子水和无水乙醇交替清洗3-5次，所得产物在干燥箱中60℃干燥6小时，备用。

本发明的一种样品富集与分析仪器联用的装置，包括固定板3；样品容器1用于容纳样品液，所述样品液中加入有磁性颗粒；活动板5，能转动的与所述固定板3固定，所述活动板5上固定有U形管9，所述U形管位于可控磁场内。

所述可控磁场通过磁铁或电磁铁提供，通过磁铁提供时，装置还包括连杆8，能转动的与所述固定板3固定。所述连杆8上装有磁铁7，分别转动所述活动板5和连杆8，所述磁铁7靠近所述U形管9或分离。所述磁铁7靠近所述U形管9时位于所述U形管9的U形弯内。通过电磁铁提供时，电磁铁固定于所述U形管的U形弯内，通过通断电控制磁场。

第一连接器12，装于所述U形管9的一端，所述第一连接器12上装有连接管14，所述连接管14的一端伸入所述U形管9内；第二连接器15，装于所述U形管9的另一端，所述第二连接器15上装有截止阀16，所述截止阀16连接装有洗脱液的注射器21。

两位三通阀10，具有COM口、A口和B口，所述COM口连接所述连接管14的另一端；所述A口经吸液管11连通至所述样品容器1内，所述B口连接毛细管13的一端，所述毛细管13的另一端连通容器22底部，钨丝发射光谱仪的钨丝23设于所述容器22内。所述容器22上沿高于所述钨丝23的卷曲部分。

蠕动泵17，具有第一蠕动泵管18，所述第一蠕动泵管18经所述第二连接器15与所述U形管9内相通。所述蠕动泵17上还设有排废液用的第二蠕动泵管19。控制模块20，通过控制电路连接所述蠕动泵17和所述两位三通阀10。

所述固定板3上设有与水平面呈45度角的旋转轴4，所述活动板5和连杆8装在所述旋转轴4上并能够以所述旋转轴4为轴转动，使得所述活动板5和连杆8在水平位置和垂直位置之间转动。

本装置还可以设超声池2，所述样品容器1置于所述超声池2中。所述固定板3固定在所述超声池2上，所述U形管9具有两个工作位置，一个位于所述超声池2内，另一个位于所述超声池2外。所述活动板5转动时，所述U形管9在两个工作位置间切换。除超声池2外还可以采用其他分散装置，比如摇振装置等，分散装置将磁性颗粒分散，更有利于吸附样品液中的分析物。

富集时，如图1和图2所示，首先将优选最多1000毫升样品液加入置于盛有水的超声池2中的样品容器1中，将连杆8及所装磁铁7绕旋转轴4转至水平方向，将活动板5绕旋转轴4转至水平方向，此时U形管9两臂处于水平方向且第一连接器12在第二连接器15的上方，磁铁7穿过活动板5上的磁铁孔6处于U形管9的U形弯中。将三通阀10置于A-COM连通状态。将截止阀16截止，截止阀16优选的带有鲁尔接头。向样品液中加入带有适当富集载体的磁性颗粒，进行超声分散萃取。此过程中，样品液中的分析物被磁性颗粒表面的富集载体所吸附。

通过控制模块20启动蠕动泵17，将样品液从样品容器1中经吸液管11抽出。样品液进入U形管9，富集了分析物的磁性颗粒被聚集在U形管9内壁上靠近磁铁7的地方。与磁性颗粒分离的样品液从第一蠕动泵管18流出，从第二蠕动泵管19排废液排掉。如需要处理更多的样品液，可重复以上步骤。

样品液抽完后，如图3，将活动板5转至垂直方向，使U形管9两臂垂直立于超声池2内的水中。打开截止阀16，用注射器21向U形管9内加入洗脱液，并使磁性颗粒浸于洗脱液中，注射器21优选的带有鲁尔接头，洗脱液优选为5-10毫升。关闭截止阀16，超声分散洗脱。此过程中，分析物从磁性颗粒表面被洗脱，洗脱液成为富集液。由于富集液的体积远远小于样品液体积，因此浓缩显著提高，实现了分析物的富集。

如图4，转动连杆8使磁铁7处于U形管9的U形弯内。将两位三通阀10置于B-COM连通的状态。控制蠕动泵17向U形管9内鼓入空气，推动富集液从连接管14流出U形管9，并经过两位三通阀10的B端口沿毛细管13流向所联用的分析仪器，本例中分析仪器是钨丝发射光谱仪。富集液中的磁性颗粒在U形管9内被磁铁7的磁场拦截，不能流出。

与钨丝发射光谱仪联用时采用浸泡上样的方式。如图5钨丝发射光谱仪的钨丝23处于与毛细管13相连的容器22中。富集液经毛细管13进入容器22中。当容器22中的液面高于钨丝23的卷曲部分时，蠕动泵17改变输送方向，将富集液抽离容器22，钨丝23的卷曲部分附着了一部分富集液。这种方式所得到的上样量是钨丝23所能负载的最大量，高于用移液枪所能加载的量。运行钨丝发射光谱对钨丝23上的富集液进行分析。

本装置不限于与钨丝发射光谱仪联用，使用蠕动泵17也可向其他类型的分析仪器上样，因为有多种分析仪器本身就是用蠕动泵上样。

本装置也可仅用于样品处理而不与钨丝发射光谱仪等分析仪器联用，在进行多个样品处理后，将富集液再进行分析仪器检测。例如，在现场进行富集后，再回到实验室进行分析，免去大体积样品的运输。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，包括

固定板；

样品容器，用于容纳样品液，所述样品液中加入有磁性颗粒；

活动板，能转动的与所述固定板固定，所述活动板上固定有U形管，所述U形管位于可控磁场内；

第一连接器，装于所述U形管的一端，所述第一连接器上装有连接管，所述连接管的一端伸入所述U形管内；

第二连接器，装于所述U形管的另一端，所述第二连接器上装有截止阀；

两位三通阀，具有COM口、A口和B口，所述COM口连接所述连接管的另一端；所述A口经吸液管连通至所述样品容器内，所述B口连接毛细管的一端；

蠕动泵，具有第一蠕动泵管，所述第一蠕动泵管经所述第二连接器与所述U形管内相通；

控制模块，通过控制电路连接所述蠕动泵和所述两位三通阀。

2.如权利要求1所述的样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，包括电磁铁，位于所述U形管的U形弯内，提供所述可控磁场。

3.如权利要求1所述的样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，包括连杆，能转动的与所述固定板固定，所述连杆上装有磁铁，提供所述可控磁场。

4.如权利要求1所述的样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，还包括超声池，所述样品容器置于所述超声池中；所述U形管具有两个工作位置，一个位于所述超声池内，另一个位于所述超声池外。

5.如权利要求4所述的样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，所述固定板上设有与水平面呈45度角的旋转轴，所述旋转轴上装有以所述旋转轴为轴转动的所述活动板，所述活动板转动时，所述U形管在两个工作位置间切换。

6.如权利要求5所述的样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，所述活动板绕所述旋转轴在水平位置和垂直位置之间转动。

7.如权利要求1所述的样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，所述毛细管的另一端连通容器底部，钨丝发射光谱仪的钨丝设于所述容器内。

8.如权利要求1所述的样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，所述截止阀连接装有洗脱液的注射器。

9.如权利要求1所述的样品富集与分析仪器联用的装置，其特征在于，所述蠕动泵上还设有排废液用的第二蠕动泵管。