CN104014162B - 萃取装置 - Google Patents

Abstract

一种用于萃取待萃取材料特别是用于固相微萃取的装置(1)，包括萃取器(130)和用于穿刺分离层的尖头(100)，其中，所述萃取器(130)连接至所述尖头(100)。在一种用于以萃取装置(1)从容器中萃取待萃取材料的方法中，所述容器的分离层由萃取器(130)的尖头(100)穿透，并且所述待萃取材料被萃取。

Description

萃取装置

技术领域

本发明涉及用于萃取待萃取材料的装置，其包括萃取器和用于穿刺分离层的尖头。本发明还涉及用于以萃取装置从容器中萃取待萃取材料的方法。

背景技术

固相微萃取(SPME)自从1990年代早期就已被公知。SPME装置的中心部分通常是纤维。所述纤维以各种形式存在，特别是极性不同。根据纤维材料的极性，可以该方法从基体中萃取具有大致相同极性的分析物，所述基体可为气体以及液体。基体的分析物因此蓄积在纤维上，于是纤维上的分析物可被解除吸附，例如在气相色谱仪中，并被分析。

EP0794822B1(Varian)涉及带振动的固相微萃取。SPME注射器包括具有纤维的针和具有柱塞的活塞。样品容器的隔膜被针穿刺。在样品已经被收集之后，柱塞被驱动返回，于是纤维被引导返回保护性套筒内进入针中。纤维被紧固在注射器内，并与活塞一起在筒体内移动。空心针连接至筒体并容纳纤维。当筒体内的活塞被按下时，纤维伸出超过针的自由端部。当活塞相对于筒体被拔出时，纤维定位在针内。

WO91／15745A1(Supelco)和WO2007／032039A2(Degli)也涉及SPME装置，其包括在空心针中被引导的纤维。在该方法中，隔膜在每个情况下也被空心针穿刺，并且纤维然后被驱动到空心针之外用于萃取。

已知装置的缺点是纤维在方法的操作过程中特别是在收集样品时可能受到损伤。为了确保确保隔膜在穿刺期间不被损伤，即确保隔膜的一部分不被“冲出”，针的直径不得过大。然而，这同时还意味着纤维表面是有限的，因此分析物的可能吸附量是有限的。

发明内容

本发明的目的是提供一种装置，其属于前述技术领域，并且其容许萃取待萃取材料，且具有特别简单和坚固的构造。

该目的通过本发明的一个技术方案的特征得以实现。根据本发明，萃取器连接至尖头。这样，避免了在穿刺到分离层中例如穿过隔膜时对萃取器的损伤。在常规萃取装置中，纤维不能直接被尖头保护，所述尖头形成在包括纤维的针上。根据本发明，萃取器现在事实上在穿透到分离层中的期间被该尖头保护。当然，这并不排除萃取器额外地在具有尖头的针中被引导的可能性。在该情况下，萃取器的尖头可以仅仅简化向分离层中的穿透。

在已知萃取装置中，尖头在每个情况下都由针提供，其中萃取器被安装成是可移动的。由于根据本发明尖头现在连接至萃取器的这个事实，获得了一种萃取装置，其能在特别是狭窄尺寸条件中使用。由于尖头连接至萃取器，事实上能够省略针。如果需要，反而可提供更简单、更有成本效益和／或尺寸更小的套筒。这样，萃取装置作为整体可被做得更紧凑，并更有成本效益地得到生产。

在包括针的已知萃取装置中，其中尖头和萃取器可在针中移动，存在分离层的一部分被冲出的危险。因此，这类萃取装置的针在每个情况下都具有最小的可能截面面积，这意味着萃取器有必要具有相应地小的截面。根据本发明，由于萃取器现在连接至尖头，所以现在能够提供具有更大截面的萃取器，而不必接受分离层被冲出的危险。这样，萃取器的活性表面面积可进而被选择得更大，特别是达5～20的系数，通常达大约10的系数，在该情况下，最终地，萃取的敏感度能或多或少成比例地上升。

而且，由此能够很大程度上防止以下情况：分离层的颗粒可能进入萃取装置中并且／或者可能干扰测量结果。具体地，更坚固的、硬的、弹性的或厚的分离层也可被连接至萃取器的尖头穿刺。

容器的底部现在也可被尖头接触，而不污染萃取器，由此容许所谓的“底部传感”，这是在容器的底部通过被萃取装置(在该情况下是被实际的尖头)接触而得到检测时。

萃取器被设计为用于从基体中萃取待萃取材料，所述基体例如可以作为溶液、气溶胶、气体混合物、乳化液、悬浮液和类似物而存在。

尖头适合于穿刺分离层。分离层在这里可被设计为坚固或柔性层或容器壁。该层可由塑料例如由合成聚合物或橡胶制成。而且，分离层也可被织造，例如由合成或天然纤维织造。然而，分离层也可被形成为例如纤维素层或类似物。其它可能的分离层也是本领域技术人员已知的。例如，分离层可作为容器壁或作为盖特别是作为隔膜或类似物而存在。而且，还有可能通过尖头穿透或穿刺多于一个的分离层。例如，具有隔膜的薄膜包装样品容器也可通过尖头直接穿过薄膜和隔膜而被穿透。

尖头优选具有圆锥的形状，且分离层被圆锥的尖端穿透。圆锥形状作为尖头特别有效，并且还易于生产。

然而，在多个变型中，尖头也可具有不同的设计。例如，尖头可设计为具有多边形底表面的锥体。而且，尖头也可具有渐缩的楔形形状或者是平坦的。尖头优选由固体材料制成，但是也可替代地被设计为中空体。

在一种用于从容器中萃取待萃取材料的方法中，以下步骤被执行：通过萃取器的尖头穿透容器的分离层，并且萃取待萃取材料。

萃取装置优选包括引导套筒，其中萃取器在引导方向上被引导。这容许特别简单地操作萃取装置，因为萃取器和引导装置在引导方向上相对于彼此移动。引导套筒的使用还具有以下优点：萃取器可被屏蔽于环境，使得环境与萃取器之间的物质交换能被阻止或者甚至是被防止。

在多个变型中，还有可能省略用于引导萃取器的引导套筒。在该情况下，萃取器可仅仅在其近端端部设置有致动装置。在吸附过程之后，萃取器还可被提供涂层，以防止与环境的物质交换。还可在消毒环境中执行分析过程，使得不需要防止物质交换。

尖头和萃取器优选在引导方向上平齐。尖头因此连接至萃取器的远端端部。如果萃取器现在沿分离层的方向移动，则尖头优选首先接触分离层并穿透或穿刺它，使得萃取器然后可被尽可能平缓地引导穿过分离层。

替代地，还有可能省略尖头相对于萃取器的平齐配置。

在分离层已经被穿透之后，萃取器优选被驱动到引导套筒之外。这意味着：在分离层的穿透期间，萃取器可被引导套筒屏蔽于环境。特别地，因此可避免环境与萃取器之间的物质交换。

在多个变型中，当萃取器处于引导套筒外时，也可穿透分离层。该方法可在特别是以下时候执行：在存在很少的物质交换干扰分析的危险时，以及在萃取器相对于分离层被做得足够牢固时。

在萃取之后，萃取器优选被驱动到引导套筒中，在该情况下特别地引导套筒由尖头封闭。因此，在实际萃取之后避免了萃取器与环境之间的物质交换。

在多个变型中，还有可能省略该方法步骤。

尖头优选在与引导方向成直角的方向上具有外径，该外径大于萃取器的与引导方向成直角地测得的外径。术语“外径”在这里应理解为萃取器或尖头在与引导方向成直角的平面中的最大直径。特别地，如果萃取器和尖头被配置为沿引导方向平齐，则这具有以下优点：尖头可在分离层中做出一开口，其大于与引导方向成直角地测得的外径。因此，萃取器可被特别平缓地引导穿过分离层，特别是不接触分离层。这样可避免对萃取器的损伤。

在多个变型中，尖头也可与引导方向成直角地具有外径，该外径小于或等于与萃取器的引导方向成直角的相应外径。这在以下情况中可能是有用的或足够的：例如，分离层在被尖头穿刺之后被削弱，使得穿刺孔可被萃取器弄大，而这不对萃取器造成危险。而且，这在以下情况中也可能是足够的：萃取器相对于分离层是适宜地牢固的。

在一个变型中，其中尖头具有与萃取器相同的直径，引导套筒的远端端部可被斜切，使得尖头经由引导套筒延续。也就是说，引导套筒可在远端区域中具有圆形截顶锥体的外部轮廓，其中圆形截顶锥体的顶部区域对应于尖头的底表面。

优选地，引导套筒的与引导方向成直角地测得的外径对应于尖头的与引导方向成直角地测得的外径。这种尺寸具有以下优点：在萃取器被驱动到引导套筒中的状态下，尖头与引导套筒平齐。在该方法中，被驱动到引导套筒中的萃取器现在优选被插入到待萃取材料中，且分离层通常被尖头穿刺。由于尖头现在与引导套筒横向地平齐，也就是说在引导方向上，这防止分离层能够挂在萃取装置上。这样，萃取装置，特别是引导套筒和具有尖头的萃取器，可被特别平缓地引导穿过分离层。该设计在以下时候特别有利：即当分离层被设计为柔性特别是弹性分离层时，例如被设计为弹性膜片或类似物，其中由尖头导致孔的尺寸在每个情况下适应于所插入的物件，并且如果适当，在萃取装置缩回之后再次闭合。再一优点是尖头在穿透期间被引导套筒保护。萃取装置的特别牢固的操作因此得以实现。而且，尖头可这样用作引导套筒的封闭件，使得一方面在分离层被穿刺时没有分离层的材料可到达萃取器，而另一方面可避免萃取前后与环境的物质交换。根据使用领域，可附加地在尖头与引导筒之间提供密封件，使得在萃取器被驱动到引导套筒中时，可进一步避免环境与萃取器之间的物质交换。

然而，在多个变型中，也有可能省略外径的对应性。例如，尖头的外径可小于引导套筒的外径。在该情况下，从引导套筒的远端端部向尖头的过渡可被斜切成圆形截顶锥体的形状。最后，尖头也可特别地对应于引导套筒的内径。在该情况下，引导套筒的远端区域中的壁可渐缩成圆形截顶锥体的形状。尖头因此也可以是萃取器的一体化组成部分，并且因此可以被设计为例如渐缩玻璃杆，其具有化学活性涂覆的和／或多孔性的护套表面。

优选地，尖头包括圆锥，以及在近端或在圆锥的背面上的圆柱形延伸部，其具有对应于引导套筒的内径的外径。圆柱形延伸部可这样用作引导套筒中的封闭件，可以说作为插塞，其可不受力地插入引导套筒中。一方面，这样可改善尖头与引导套筒之间的密封作用。然而，另一方面，当萃取器被引入时，稳定性也得到增加。尖头自身经由围绕圆柱形延伸部在背面上形成的肩部沿引导方向得到支承。在与引导方向成直角的方向上，尖头被圆柱形延伸部支承。这防止以下情况：作用在已插入尖头上的力可直接作用在包括萃取器件(means)的区域上。

在多个变型中，省略圆柱形延伸部也是可能的。

优选地，萃取器包括线材和中空体，其中线材处于中空体中。对于萃取器的这种设计，可获得特别稳定和牢固的萃取装置。线材用作用于中空体的支承件。中空体优选自身被设计为萃取器件例如软管、多孔性玻璃毛细管或类似物，或者包括例如呈涂层形式的萃取器件。

在多个变型中，还有可能省略线材，特别是在萃取器的必要稳定性可以其它方式实现的情况下。例如，这可通过更大的截面表面面积或通过材料的选择来得以实现。因此，例如，萃取器可包括玻璃杆，其具有足够大的直径来确保稳定性。

本领域的技术人员显而易见的是：也可在线材的远端端部没有尖头的情况下使用具有线材的中空体。尖头也可由在一个端部即在远端端部闭合的中空体形成。例如，这种萃取装置可以基本上包括具有嵌入线材的纤维。

而且，萃取器件也可被配置在载体上，例如纤维，其不被设计为中空体但是仍然包括用于支承纤维的线材。在该情况下，线材可延伸平行于例如纤维，使得纤维在两个相对的端部处连接至线材。具体地，纤维也可以C形保持器中的细绳的方式被紧固和保持。

优选地，线材连接至尖头。在分离层的穿刺期间，包括萃取器件的中空体因此就沿引导方向作用的力而言可被卸载。当分离层正被穿刺时，于是可发生从尖头经由线材向致动装置(线性驱动器，例如心轴或类似物)的传力。该设计在易损物或脆弱中空体的情况下特别有利。尖头可被熔焊、钎焊、螺接或以其它方式连接至线材。最后，尖头也可与线材一体地形成。

在多个变型中，如果尖头仅仅与线材触摸接触就可以是足够的，使得只可在分离层的方向上沿引导方向发生力解除。在该情况下，尖头将连接至中空体。

优选地，萃取器包括管状护套，其中线材处于管状护套中，使得中空体被配置在尖头与管之间。通常，中空体包括萃取器件。中空体的整个长度因此可移出引导套筒，使得萃取器件可横跨其整个表面与待萃取材料交互作用。为此原因，萃取器优选沿近端方向在中空体后具有管状护套，使得萃取器即使在中空体被驱出时仍然在引导套筒中被足够地引导。

优选地，管状护套以粘结方式结合至中空体，使得在护套与中空体之间既不能形成肩部也不能形成间隙。

在多个变型中，有可能省略管状护套。在该情况下，例如，中空体可被设计得更长，并且可只在前部区域被活性物质涂覆。然而，中空体也可沿着其整个长度被涂覆。在后一情况下，对于萃取方法将确定中空体被推出引导套筒多远。因此可能影响萃取的敏感度或萃取率。而且，沿近端方向配置在中空体后的线材也可包括适宜大小的加厚区域，其可接管以上描述护套的功能。

优选地，线材由金属或金属合金制成，优选由不锈钢制成，特别是由铬钢制成。这样实现尖头的特别稳定的支承。线材优选是化学惰性的。尖头可被熔焊、钎焊、螺接或以其它方式连接至线材。最后，尖头也可与线材一体地形成。

在多个变型中，塑料例如纤维增强塑料也可用于线材。关于化学耐性的要求取决于用途，特别是取决于待萃取材料和基体，因此它们可变化。

优选地，管状护套的外径对应于中空体的外径。一方面，萃取器即使在中空体被驱动到引导套筒之外用于萃取时，也在引导套筒中被引导。另一方面，当中空体被驱动到引导套筒中时，如此获得小的死区容积，使得在引导套筒内可尽可能不发生与环境的物质交换。本领域的技术人员将显而易见的是：术语“对应”也覆盖外径的微小偏差。通常，中空体的外径事实上略小于管状护套的外径，使得中空体上的活性涂层在它进入和离开引导套筒时可被保留。

在多个变型中，护套的外径也可充分大于也就是说超过略微大于中空体的外径。因此仍然确保萃取器不被引导或不被专门引导在中空体之上。

优选地，中空体包括软管，特别是热缩软管。软管由硅树脂制成，特别是高纯度硅树脂或PDMS(聚二甲基硅氧烷)、丙烯酸脂或Carboxen。为了能够在线材之上更容易地引导软管，它可在溶剂膨胀，使得内径增大。然后，通过溶剂的蒸发或汽化，软管可再次收缩，于是软管牢固地坐置在线材上。如此获得了特别有成本效益的萃取器，其可使用膨胀和收缩技术被容易地组装。

在多个变型中，线材可被直接涂覆，在该情况下，将可能省略附加的中空体。而且，由另一材料制成的毛细管也可被引导到线材上，例如玻璃毛细管。

优选地，萃取器包括物理活性物质。这样可使萃取最佳化。活性物质可具有可有利于吸附各种性质，取决于萃取物。这些性质包括极性和孔径等。在例如用于生产软管的方法中，该物质可被添加至起始材料，特别是添加至硅树脂，以便然后生产软管。

在多个变型中，萃取器也可具有化学活性物质，其可与萃取物生产可逆化学反应。

优选地，所述物理活性物质包括以下物质中的至少一种：活性碳、聚丙烯酸酯、聚乙烯二醇(Carbowax)、聚二乙烯基苯、Carboxen、聚二甲基硅氧烷。

通过活性碳，可获得特别有成本效益的吸附剂，其通过特别高的比表面积而附加地引人注目。然而，其它物质也可被用作活性物质，取决于使用领域。

优选使用吸附剂。然而，取决于应用，吸附剂也可被提供为活性物质。

从以下详细描述以及从作为整体的权利要求书中本发明的再一些有利实施例和特征组合将变得清楚明了。

附图说明

在用于说明说明性实施例的附图中：

图1示出了萃取装置的个体部分的示意图；

图2示出了处于输送位置的萃取装置的示意图；

图3示出了处于萃取位置的如图2所示的萃取装置；并且

图4示出了处于输送位置的萃取装置的一替代设计的示意图。

原则上，图中的相同部分被提供相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了本发明的萃取装置1的个体组成部分。所述萃取装置包括尖头100、线材110、纤维130、管状护套140和引导套筒150。

在图1中，箭头指示萃取装置1可被如何组装。

尖头10包括圆锥101，其在背面上，即背离锥尖102的面上，具有圆柱形延伸部103，其与引导方向成直角，具有比圆锥101小的直径。因此，在圆锥101与圆柱形延伸部103之间形成肩部104。圆柱形延伸部103的直径在这里对应于引导套筒150的内径。尖头100在这里由不锈钢制成，并且被设计为一体式。

线材110同样由不锈钢制成，并且在一个端部处焊接至尖头100。

纤维130在这里被设计为软管130，也就是说大致为由硅树脂制成的圆柱。软管可附加地包含活性物质。所述活性物质可包括活性碳。软管用作萃取器件来在基体中吸附待萃取材料，所述基体例如可被提供在由隔膜或类似分离层封闭的样品容器中(未示出)。

软管130在溶剂中膨胀，然后在线材110之上被引导。在溶剂汽化或蒸发之后，软管130收缩，使得它被线材110支承。管状护套140然后被引导在线材110之上，且软管130被保持在管状护套140与尖头100之间。管状护套140在本例中同样呈圆柱形状，并具有与软管130相同的外径。管状护套140在这里由塑料制成。

圆筒形引导套筒150，其在近端端部处包括凸缘160，被引导在管状护套140和软管130之上。经由凸缘160，引导套筒150可被保持在例如自动分析仪器上和／或在其上移动。引导套筒150的内径对应于软管130的外径，并对应于圆柱形延伸部103的外径。引导套筒150的外径对应于尖头100的外径。

为了在引导方向上紧固管状护套140从而紧固软管130，并获得用于移动软管130的把手，将凸缘120紧固在线材110的近端端部上。

图2示出了在分析仪器中的萃取物的萃取期间或者解吸附或蒸发期间处于操作状态的萃取装置1。在该状态下，引导套筒150被拉回，使得在尖头100与引导套筒150之间，具有活性涂层的软管130被至少部分地暴露出。在图2中，这里，软管130被完全暴露出来。

在萃取装置1的输送期间，特别是去往容纳待萃取材料的容器或者在容器与分析仪器之间，如图3那样的软管130在尖头100经由凸缘120或160进入引导套筒150中的状态下移动，以便避免与环境的物质交换以及避免损伤。

在该状态下，隔膜可被尖头100穿刺。尖头100经由由肩部104形成的台阶在引导套筒150上沿引导方向被支承，同时在引导套筒150内的圆柱形延伸部103确保相对于引导方向成直角的横向稳定性。同时，引导套筒150的内部因此被尖头100的肩部104紧紧地封闭。

尖头100还可以另一方式连接至线材110。例如，圆柱形延伸部103可在引导方向上居中地具有带内螺纹的孔，其中线材110在一个端部具有对应的外螺纹，使得线材110可通过螺纹连接方式连接至尖头100。而且，线材110和尖头100还可形成为一体。

软管130还可由另一材料例如塑料制成，并且可包括优选具有大表面面积的其它涂层，例如氧化硅凝胶或类似物。这些材料通常被调整为适于应用。

尖头100并不一定必须连接至线材110，省略线材110也是可能的。在该情况下，常规纤维将在没有线材稳定的情况下直接连接至尖头100。

图4示出了萃取装置的一替代实施例，其中引导套筒150.1的远端端部具有圆形截顶锥体的外部轮廓，也就是说引导套筒150.1在远端端部处渐缩。在该情况下的尖头100.1具有与引导套筒150.1的远端端部的圆形截顶锥体的项部区域相对应的外径。尖头100.1具有圆锥的形状，其在底表面上具有沿近端方向的圆柱形延伸部，其中所述圆柱形延伸部具有与圆锥相同的直径。然而，省略圆柱形延伸部也是可能的。在该实施例中，萃取器130具有与尖头100.1相同的外径，并且在线材110之上被引导，所述线材110连接至尖头100.1。

可以总结性地陈述的是：根据本发明，可获得一种特别坚固并且使用上可靠的萃取装置。

Claims (17)

1.用于萃取待萃取材料的用于固相微萃取的装置(1)，包括萃取器(130)和用于穿刺分离层的尖头(100)，其中所述萃取器(130)连接至所述尖头(100)，其特征在于：所述装置(1)包括引导套筒(150)，其中所述萃取器(130)沿引导方向被引导。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于：所述尖头(100)在与所述引导方向成直角的方向上具有外径，该外径大于所述萃取器(130)的与所述引导方向成直角地测得的外径。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于：所述引导套筒(150)的与所述引导方向成直角地测得的外径对应于所述尖头(100)的与所述引导方向成直角地测得的外径。

4.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于：所述萃取器(130)包括线材(110)和中空体，其中所述线材(110)处于所述中空体中。

5.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于：所述线材(110)连接至所述尖头(100)。

6.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于：所述萃取器(130)包括管状护套(140)，其中所述线材(110)处于所述管状护套(140)中，使得所述中空体被配置在所述尖头(100)与所述管状护套(140)之间。

7.根据权利要求5或6所述的装置(1)，其特征在于：所述线材(110)由金属或金属合金制成。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，其特征在于：所述线材(110)由不锈钢制成。

9.根据权利要求8所述的装置(1)，其特征在于：所述线材(110)由铬钢制成。

10.根据权利要求6所述的装置(1)，其特征在于：所述管状护套(140)的外径对应于所述中空体的外径。

11.根据权利要求5-6 或8-10中任一项所述的装置(1)，其特征在于：所述中空体包括软管。

12.根据权利要求11所述的装置(1)，其特征在于：所述软管是热缩软管。

13.根据权利要求1-2、 5-6或8-10中任一项所述的装置(1)，其特征在于：所述萃取器(130)包括物理活性物质。

14.根据权利要求13所述的装置(1)，其特征在于：所述物理活性物质包括以下物质中的至少一种：活性碳、聚丙烯酸酯、聚乙烯二醇、聚二乙烯基苯、Carboxen、聚二甲基硅氧烷。

15.用于以根据权利要求1-14中任一项所述的萃取装置（1）从容器中萃取待萃取材料的用于固相微萃取的方法，其中以下步骤被执行：

- 由萃取器(130)的尖头(100)穿透所述容器的分离层；

- 所述萃取器(130)被驱动到引导套筒(150)之外；

- 萃取所述待萃取材料。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：在萃取之后，所述萃取器(130)被驱动到所述引导套筒(150)中。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述引导套筒(150)由所述尖头(100)封闭。