CN103698428B - 一种车载便携式液相色谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载便携式液相色谱仪，所述液相色谱仪包括双马达直带输液泵、进样阀、荧光和紫外-可见吸收一体化流通池、光纤、光纤光谱仪、光源、内置无线路由器；双马达直带输液泵连接进样阀进口，进样阀出口连接高效色谱柱，高效色谱柱出口连接流通池，光源通过光纤导入流通池，流通池的透射光或者荧光通过光纤导入光纤光谱仪，转换成吸光度或荧光信号输出，控制模块通过无线网络对输液泵、进样阀和光纤光谱仪进行控制、数据采集和处理。本发明的液相色谱仪功能完善、精度高、体积小、抗震性能好，适合食品安全和环境保护的现场快速检测。

Description

一种车载便携式液相色谱仪

技术领域

本发明涉及色谱技术领域，具体地，本发明涉及一种车载便携式液相色谱仪。

背景技术

高效液相色谱仪（HPLC）作为一种常规的实验室设备，有着广泛的用途。高效液相色谱法可以分离热不稳定和非挥发性的、离解的和非离解的以及各种分子量范围的物质。与试样预处理技术相配合，其达到的高分辨率和高灵敏度，使分离和同时测定性质上十分相近的物质成为可能，能够分离复杂相体中的微量成分。随着固定相的发展，有可能在充分保持生化物质活性的条件下完成其分离HPLC成为解决生化分析问题最有前途的方法。由于HPLC具有高分辨率、高灵敏度、速度快、色谱柱可反复利用，流出组分易收集等优点，因而被广泛应用到生物化学、食品分析、医药研究、环境分析、无机分析等各种领域。

目前，实验室HPLC已经广泛应用于食品安全的检测。像奶制品中的三聚氰胺及黄曲霉毒素，火腿中的瘦肉精，食品中的有毒色素，地沟油等，目前已经具有实验室液相色谱的检测标准。应用HPLC可以精确地对食品是否安全、可靠进行定性、定量检定，并给出是否合格的属性判定。尽管HPLC有着上述优势，但由于受到仪器结构及应用的局限性，在很多实用场合也存在着局限性，如食品安全的现场检测监督等领域。常规的实验室液相色谱仪往往体积庞大，操作复杂，抗冲击能力差，不适合携带等因素，制约了作为现场检测设备的使用。例如实验室HPLC采用凸轮推进，弹簧制退的机制驱动柱塞杆往复运动，在单向阀的配合下驱动流动相，这种结构很容易受到震动的影响；又如传统的荧光或者紫外-可见吸收检测器光栅需要电机驱使转动以选择检测波长，这种可以转动的结构抗震性能较弱；再如仪器需要用计算机软件控制，仪器和计算机之间需要用串口、USB或者网线进行连接，这种连接一方面增加了设备的体积和复杂程度，另一方面在震动过程中很容易断开连接。

近几年发展的车载或者便携式液相色谱仪为了达到车载或者便携的效果，会牺牲某些方面的性能，例如工作压力、流速、色谱柱尺寸、检测灵敏度等。虽然同样能实现分析检测的功能，但由于很难到达常规实验室HPLC的性能，因此在使用范围上会大大受限。

目前我国对食品安全检测等方面的要求越来越严格，对其中的有害物质检测限要求较低，如国家标准规定用HPLC-紫外检测法测定原料乳与乳制品中三聚氰胺的检测定量限为2mg/kg，HPLC-荧光检测法测定食品中黄曲霉毒素总量检出限为1μg/kg，牛奶中黄曲霉毒素B1为0.002μg/kg，奶粉中黄曲霉毒素B1为0.02μg/kg。因此，如何在保证HPLC满足车载便携的要求，即小型化、抗震动的同时，保证仪器的功能和灵敏度不降低，是车载便携式液相色谱仪必须要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种车载便携式液相色谱仪，该液相色谱仪功能完善、灵敏度高、体积小、抗震性能好的，用于食品安全和环境分析等方面的现场监督检测。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种车载便携式液相色谱仪，所述液相色谱仪包括荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10，所述流通池包括池体11和用于固定池体11的池座12，所述池体11内设液体流路116，所述池体11上还设置有与液体流路116相连通的进液管111和出液管112，所述液体流路116的两端分别为光线入口113和光线出口114，所述池体11还设置有与光线入口113和光线出口114相垂直的荧光窗口115，池体11除光线入口113、光线出口114和荧光窗口115之外的部位均做黑化处理；

所述池座12上对应于池体11的光线入口113、光线出口114和荧光窗口115的位置分别设置第一光纤接口121、第二光纤接口122、第三光纤接口123，并在荧光窗口115和与其对应的第三光纤接口123之间安装有聚焦透镜124，用于将荧光窗口115的光聚焦到第三光纤接口123上。

进一步地，所述液相色谱仪还包括双马达直带输液泵2、进样阀1、光源7、内置无线路由器13和控制模块14，所述双马达直带输液泵2连接进样阀1进口，进样阀1出口连接高效色谱柱3进口，高效色谱柱3出口连接荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10的进液口；

所述光源7通过光纤将光导入荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10的光线入口，通过流通池的荧光或者透射光分别通过光纤导入第一光纤光谱仪8和第二光纤光谱仪9，并转换成荧光或吸光度信号输出；

所述控制模块14通过内置无线路由器13对双马达直带输液泵2、进样阀1和两个光纤光谱仪进行控制、数据采集和处理。

更进一步地，所述高效色谱柱3与荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10之间的管路上设置第一切换阀4和第二切换阀6，所述第一切换阀4和第二切换阀6之间设置与上述管路并联的柱后衍生装置5，通过切换阀的切换使流出高效色谱柱3的样品通过柱后衍生装置5后再通入流通池进行荧光检测。

优选地，所述双马达直带输液泵2包括两台直线电机21、联轴器22、高精密滚珠螺旋丝杠副23、具有单向阀的柱塞组件25、泵头组件26，直线电机21通过联轴器22连接高精密滚珠螺旋丝杠副23，传动给柱塞组件25，柱塞组件25外侧的泵体上设置有导向光杆24，泵头组件26由一主泵头和一副泵头组成，两泵头采用并联结构，主泵头和副泵头间相互补偿实现无脉动输液。

优选地，所述光源7采用脉冲氙灯，可输出190nm到1100nm波长的光。

优选地，本发明中控制模块10可以选用平板电脑，本领域技术人员也可以根据需要选择其他设备，只要其能实现控制的功能即可。

本发明的双马达直带输液泵，包括由驱动器带动的两台直线电机，两台直线电机分别通过传动机构来带动泵执行机构，泵头组件由一主泵头和一副泵头组成，两泵头采用并联结构，主泵头和副泵头间相互补偿实现无脉动输液。传动机构为高精密滚珠螺旋丝杠副，泵执行机构为具有单向阀的柱塞组件，柱塞组件外侧的泵体上设置有导向光杆。

本发明的荧光和紫外-可见吸收一体化流通池池体使用玻璃或者石英制作，也可选择其他制作材料，比如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）等。

本发明的光源采用脉冲氙灯，可提供190nm到1100nm的波长输出，可直接作为紫外光源，或者通过带通滤光片在190nm到1100nm的范围内选择某个波长作为荧光的激发光源。

本发明的荧光和紫外-可见吸收检测采用二台光纤光谱仪，可提供多波长（多通道）同时检测的要求，用于荧光检测的光纤光谱仪可选择样品的最大发射波长进行荧光强度的检测，用于紫外-可见吸收检测的光纤光谱仪可选择样品的最大吸收波长进行吸光度的检测。

本发明采用无线工作站方式，车载便携式液相色谱仪内置无线路由器，色谱软件安装于控制模块上，控制模块通过无线网络对输液泵、进样阀和光纤光谱仪进行控制、数据采集和处理。

本发明的双马达直带高压输液泵无凸轮弹簧机构，具有体积小、精度高、抗震性能好的优点。

本发明的荧光和紫外-可见吸收一体化流通池在一个池体上设计了荧光和紫外-可见吸收光路，增大了荧光窗口，并对荧光进行了聚焦，同时对非光路部分进行了黑化处理，具有灵敏度高，杂散光小的优点。

本发明采用的光纤光谱仪体积小，而且由于光栅固定，抗震性能好。

本发明的无线工作站方式，体积小，可在本地操作或通过色谱仪内置的无线网络进行数据采集及处理。

此外，本发明可添加柱后衍生装置，用于将样品进行柱后衍生后，再进入荧光和紫外-可见吸收一体化流通池，进行荧光检测。

综上所述，本发明在不牺牲功能和检测灵敏度的前提下，保证了仪器的小型化，增大了仪器的抗震性能。

附图说明

图1为本发明的车载便携式液相色谱仪的结构示意图；

图2为本发明的双马达直带输液泵的结构示意图；

图3为本发明的双马达直带输液泵的三维结构示意图；

图4为本发明的荧光和紫外-可见吸收一体化流通池示意图；

图5为本发明的荧光和紫外-可见吸收一体化流通池池体示意图；

图6为本发明的荧光和紫外-可见吸收一体化流通池池座示意图；

图7为本发明实施例以荧光检测模式检测黄曲霉毒素标准品的信号图；

图8为本发明实施例以荧光检测模式检测黄曲霉毒素标准品检测限的信号图；

图9为本发明实施例以紫外-可见吸收模式检测三聚氰胺标准品的信号图；

图10为本发明实施例以紫外-可见吸收模式检测三聚氰胺标准品检测限的信号图；

附图标识：

1、进样阀；2、双马达直带输液泵；21、直线电机；22、联轴器；23、高精密滚珠螺旋丝杠副；24、导向光杆；25、柱塞组件；26、泵头组件；3、高效色谱柱；4、第一切换阀；5、柱后衍生装置；6、第二切换阀；7、光源、8、第一光纤光谱仪；9、第二光纤光谱仪；10、荧光和紫外-可见吸收一体化流通池；11、池体；111、进液管；112、出液管；113、光线入口；114、光线出口；115、荧光窗口；116、液体流路；12、池座；121、第一光纤接口；122、第二光纤接口；123、第三光纤接口；124、聚焦透镜；13、内置无线路由；14、控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种车载便携式液相色谱仪，所述液相色谱仪包括双马达直带输液泵2、进样阀1、光源7、第一光纤光谱仪8、第二光纤光谱仪9、荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10、内置无线路由器13和控制模块14，所述双马达直带输液泵2连接进样阀1进口，进样阀1出口连接高效色谱柱3进口，高效色谱柱3出口连接荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10的进液口；

所述光源7通过光纤将光导入荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10的光线入口，通过流通池的荧光或者透射光分别通过光纤导入第一光纤光谱仪8和第二光纤光谱仪9，并转换成荧光或吸光度信号输出；

所述控制模块14通过内置无线路由器13对双马达直带输液泵2、进样阀1和两个光纤光谱仪进行控制、数据采集和处理。

所述控制模块14为平板电脑。

所述高效色谱柱3与荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10之间的管路上设置第一切换阀4和第二切换阀6，所述第一切换阀4和第二切换阀6之间设置与上述管路并联的柱后衍生装置5，通过切换阀的切换使流出高效色谱柱3的样品通过柱后衍生装置5后再通入流通池进行荧光检测。

如图4所示，所述荧光和紫外-可见吸收一体化流通池10包括池体11和用于固定池体11的池座12，

如图5所示，所述池体11内设液体流路116，所述池体11上还设置有与液体流路116相连通的进液管111和出液管112，所述液体流路116的两端分别为光线入口113和光线出口114，所述池体11还设置有与光线入口113和光线出口114相垂直的荧光窗口115，池体11除光线入口113、光线出口114和荧光窗口115之外的部位均做黑化处理；

如图6所示，所述池座12上对应于池体11的光线入口113、光线出口114和荧光窗口115的位置分别设置第一光纤接口121、第二光纤接口122、第三光纤接口123，并在荧光窗口115和与其对应的第三光纤接口123之间安装有聚焦透镜124，用于将荧光窗口115的光聚焦到第三光纤接口123上。

本发明通过双马达直带输液泵驱动流动相，可以进行流动相梯度洗脱；泵后连接两位六通进样阀的入口，进样阀出口连接高效液相色谱柱，色谱柱出口直接连接荧光和紫外-可见吸收一体化流通池，或者连接切换阀，通过切换阀连接柱后衍生装置，用于将样品进行柱后衍生后，再进入荧光和紫外-可见吸收一体化流通池，进行荧光检测；光源通过光纤导入流通池，流通池的透射光或者荧光通过光纤导入光纤光谱仪，转换成吸光度或荧光信号，经过流通池的废液输出到废液瓶中储存；控制模块（平板电脑）通过无线网络对输液泵、进样阀和光纤光谱仪进行控制、数据采集和处理。

如图2和图3所示，双马达直带输液泵泵头部分包括一单驱动器带动的两台直线电机1，两台直线电机分别通过传动机构来带动泵执行机构，传动机构为高精密滚珠螺旋丝杠副3，丝杠副3和电机1之间用联轴器2连接，泵执行机构为具有单向阀的柱塞组件5，柱塞组件5外侧的泵体上设置有导向光杆4。泵头组件6部分由一主泵头和一副泵头组成，两泵头采用并联结构，主泵头和副泵头间相互补偿实现无脉动输液。双驱动直线电机设定为1600至3000步的分步驱动方式，有足够大的调整空间。

本发明的荧光和紫外-可见吸收一体化流通池进行荧光检测时，由光纤导出光源的光，通过池座12的第一光纤接口121进入池体11的光纤入口113，对液体流路116中的样品进行激发，所激发的荧光从荧光窗口115发射，并由聚焦透镜124聚焦后，进入第三光纤接口123，通过光纤导出后，由检测器进行荧光检测。

本发明的荧光和紫外-可见吸收一体化流通池进行紫外-可见吸收检测时，由光纤导出光源的光，通过池座12的第一光纤接口121进入池体11的光纤入口113，被液体流路116中的样品吸收部分光能量，从光线出口114射出，进入第二光纤接口122，通过光纤导出后，由检测器进行紫外-可见吸收检测。

本发明的荧光和紫外-可见吸收一体化流通池可同时进行荧光和紫外-可见吸收检测，由光纤导出光源的光，通过池座12的第一光纤接口121进入池体11的光纤入口113，对液体流路116中的样品进行激发，所激发的荧光从荧光窗口115发射，并由聚焦透镜124聚焦后，进入第三光纤接口124，通过光纤导出后，由检测器进行荧光检测；穿过液体流路116的光被其中的样品吸收部分光能量，从光线出口114射出，进入第二光纤接口122，通过光纤导出后，由检测器进行紫外-可见吸收检测。

图7和图8为本发明实施例以荧光检测模式检测黄曲霉毒素标准品的信号图。图7和图8中，横坐标为时间t(min)，纵坐标为荧光强度（LU）。车载便携式液相色谱仪的色谱条件为，色谱柱：Thermo Hypersil ODS-2(4.6mm I.D.×250mm)；流动相组成：甲醇-水（45+55）；流速0.8mL/min；柱后衍生系统衍生溶液：0.05%碘溶液，衍生溶液流速0.2mL/min，反应管温度：70oC，反应时间：2min；荧光激发波长为360nm，发射波长为420nm，黄曲霉毒素标准品进样100μL。其中图7的黄曲霉毒素标准品G2、G1、B2、B1总量浓度为100μg/L；图8的黄曲霉毒素标准品G2、G1、B2、B1总量浓度为1μg/L。

图7和图8证明了本发明的车载便携式液相色谱仪可以用于黄曲霉毒素的分析检测，总量检出限达到了国家标准规定的食品中黄曲霉毒素总量检出限1μg/L的标准。

图9和图10为本发明实施例以紫外-可见吸收模式检测三聚氰胺标准品的信号图。图9和图10中，横坐标为时间t(min)，纵坐标为吸光度（mAU）。车载便携式液相色谱仪的色谱条件为，色谱柱：Agela Venusil SCX-M(4.6mm I.D.×250mm)；流动相组成：0.05mol/L磷酸盐缓冲液(pH4.7)-乙腈（70+30）；流速1.5mL/min；检测波长为240nm；三聚氰胺标准品进样20μL；图9中三聚氰胺浓度为2mg/L，图10中三聚氰胺浓度为0.5mg/L。

图9和图10证明了本发明的车载便携式液相色谱仪可以用于三聚氰胺的分析检测，总量检出限达到了国家标准规定的牛奶中三聚氰胺检出限0.5mg/L的标准。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种车载便携式液相色谱仪，其特征在于，所述液相色谱仪包括荧光和紫外-可见吸收一体化流通池，所述流通池包括池体(11)和用于固定池体(11)的池座(12)，所述池体(11)内设液体流路(116)，所述池体(11)上还设置有与液体流路(116)相连通的进液管(111)和出液管(112)，所述液体流路(116)的两端分别为光线入口(113)和光线出口(114)，所述池体(11)还设置有与光线入口(113)和光线出口(114)相垂直的荧光窗口(115)，池体(11)除光线入口(113)、光线出口(114)和荧光窗口(115)之外的部位均做黑化处理；

所述池座(12)上对应于池体(11)的光线入口(113)、光线出口(114)和荧光窗口(115)的位置分别设置第一光纤接口(121)、第二光纤接口(122)、第三光纤接口(123)，并在荧光窗口(115)和与其对应的第三光纤接口(123)之间安装有聚焦透镜(124)，用于将荧光窗口(115)的光聚焦到第三光纤接口(123)上；

所述池体上沿液体流路长度设置荧光窗口，该荧光窗口完全覆盖液体流路。

2.根据权利要求1所述的车载便携式液相色谱仪，其特征在于，所述液相色谱仪还包括双马达直带输液泵(2)、进样阀(1)、光源(7)、内置无线路由器(13)和控制模块(14)，所述双马达直带输液泵(2)连接进样阀(1)进口，进样阀(1)出口连接高效色谱柱(3)进口，高效色谱柱(3)出口连接荧光和紫外-可见吸收一体化流通池(10)的进液口；

所述光源(7)通过光纤将光导入荧光和紫外-可见吸收一体化流通池(10)的光线入口，通过流通池的荧光或者透射光分别通过光纤导入第一光纤光谱仪(8)和第二光纤光谱仪(9)，并转换成荧光或吸光度信号输出；

所述控制模块(14)通过内置无线路由器(13)对双马达直带输液泵(2)、进样阀(1)和两个光纤光谱仪进行控制、数据采集和处理。

3.根据权利要求2所述的车载便携式液相色谱仪，其特征在于，所述高效色谱柱(3)与荧光和紫外-可见吸收一体化流通池(10)之间的管路上设置第一切换阀(4)和第二切换阀(6)，所述第一切换阀(4)和第二切换阀(6)之间设置与上述管路并联的柱后衍生装置(5)，通过切换阀的切换使流出高效色谱柱(3)的样品通过柱后衍生装置(5)后再通入流通池进行荧光检测。

4.根据权利要求2所述的车载便携式液相色谱仪，其特征在于，所述双马达直带输液泵(2)包括两台直线电机(21)、联轴器(22)、高精密滚珠螺旋丝杠副(23)、具有单向阀的柱塞组件(25)、泵头组件(26)，直线电机(21)通过联轴器(22)连接高精密滚珠螺旋丝杠副(23)，传动给柱塞组件(25)，柱塞组件(25)外侧的泵体上设置有导向光杆(24)，泵头组件(26)由一主泵头和一副泵头组成，两泵头采用并联结构，主泵头和副泵头间相互补偿实现无脉动输液。

5.根据权利要求2所述的车载便携式液相色谱仪，其特征在于，所述光源(7)采用脉冲氙灯，可输出190nm到1100nm波长的光。