CN104792603B - 纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法，该方法采用具有吸附能力的纳米纤维材料富集提取待测物中各种挥发性组分，之后，将富集有挥发性组分的纳米纤维作为传递媒介置于一个小的密闭容器中，适当提高环境温度，解析下挥发性组分，结合顶空固相微萃取技术，可显著提高原有的顶空固相微萃取技术检测灵敏度，由此建立了新的更灵敏的样品中挥发性组分的检测方法。

Description

纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法

技术领域

本发明属于挥发性组分微量或痕量检测技术领域，涉及一种利用纳米纤维材料特性辅助检测信号放大的样品前处理技术。

背景技术

随着社会的进步，人们对各领域样品中微量、痕量挥发性组分检测需求日益增加。如食品领域中的肉制品、精油物质检测等，通过对气体挥发性成分的检测更容易得到准确的定性检测结果；环境领域中对水的挥发性物质进行检测，可以更全面、准确地获取水样本质量状况；生命科学领域中通过对生物样品（血、唾液、尿液等）的挥发性物质检测通常会获得更丰富、多元的信息。然而由于样品的挥发性物质浓度很低，难以检测，因此需要更加有效的富集方法以放大检测信号。

目前，国内外对样品挥发性组分的检测方法主要采取顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术进行检测。然而，由于样本基质复杂，挥发性组分种类多且含量极低，检测的灵敏度还是不够理想。因此，如何进一步提高样品中挥发性组分检测灵敏度仍然是关注的重点。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：

本发明提供一种纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法，该方法利用新型的纳米材料作为待测样品中挥发性组分的富集和传递媒介，结合已有的成熟的固相微萃取技术，用于提高样品中微量和痕量挥发性组分的检测灵敏度，解决了待测样品中挥发性组分种类多且含量极低时检测灵敏度不够理想的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法，其具体步骤如下：

Ⅰ采用具有吸附能力的纳米纤维材料富集提取待测物中各种挥发性组分；

Ⅱ将富集有挥发性组分的纳米纤维作为传递媒介置于一个密闭容器中；

Ⅲ用固相微萃取探头插入密封的容器中，提高密闭容器中的温度，使得纳米纤维材料中的挥发性组分充分解析，并再次富集于固相微萃取探头中；

Ⅳ将萃取平衡好的固相微萃取探头注入气相色谱仪器中进行检测分析。

其中，步骤Ⅰ中所述纳米纤维材料为有机、无机、或有机与无机材料混杂、或天然聚合物溶于一定溶剂中经高压静电纺丝法制成，其中有机材料包括聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、丙烯酸树脂、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚醋酸乙烯等及其衍生物中的一种或混合物；无机材料为硅、钛的氧化物、金属的氧化物或盐、碳等中的一种或混合物；天然聚合物为多糖、多肽、纤维素、聚乳酸、干酪素等及其衍生物中的一种或混合物，溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、丙酮、甲酸、冰乙酸、水、卤代烃和芳香烃等中的一种或混合物。

此外，步骤Ⅰ中纳米纤维材料富集提取各种挥发性组分的过程可通过以下三种方式进行：

Ⅰ静态浸入富集法，用长臂萃取配件套圈中的纤维膜夹夹住膜型纳米纤维，放入顶空瓶中，扣好配件套圈，使膜型纳米纤维浸没于液体待测样品中，密封顶空瓶，低速搅拌待测样品，进行充分富集；

Ⅱ静态顶空富集法，用短臂萃取配件套圈中的纤维膜夹夹住膜型纳米纤维，放入顶空瓶中，扣好配件套圈，使纤维膜夹置于含有一定体积液体待测样品的顶空瓶的上部，注意膜型纳米纤维不能沾浸液体，密封顶空瓶，低速搅拌待测样品，进行充分富集；若富集样品为气体，可先安置好装有纳米纤维膜的萃取配件套圈，密封顶空瓶，注射器抽出一定体积气体，再注入一定体积的被富集气体，进行充分富集。

Ⅲ动态过柱富集法，取可加压式柱状固相萃取器件，该器件的样品管下端填充有纳米纤维材料，将液体样品置于样品管中，将注射器吸气，紧密连接到样品管上端，过柱一定体积的液体。对于气体样品，可用合适的软管连接抽样品管和气泵，以抽气的方式过柱。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，该方法利用纳米纤维材料高效、快速的对目标物吸附/脱附的特性，首次将其作为样品中挥发性组分的富集和传递媒介，并结合现有的顶空固相微萃取技术，实现各种形态样品中挥发性有机物的高效富集、提高检测灵敏度。

在相同操作条件下，与不用纳米纤维辅助的固相微萃取技术相比，本发明对样品中挥发性组分的富集效果显著，分析检测到的物质峰个数增多，且峰的响应值增大，显著提高了样品中微量和痕量挥发性组分的检测灵敏度，为相关领域的研究和应用提供了一项新技术和方法。

附图说明

图1为纳米纤维辅助的顶空固相微萃取装置；

图2为动态过柱富集示意图；

图3为气相色谱图，a—无纳米纤维辅助的固相微萃取技术；b、c、d—有纳米纤维辅助的固相微萃取技术（b为静态浸入富集法，c为动态过柱富集法，d为静态顶空富集法）;

附图标记：图A: 1—萃取瓶螺旋盖，2—萃取配件套圈，3—纤维膜夹，4—搅拌子；图B：短臂萃取配件。

具体实施方式

本发明提出了用新型的功能纳米纤维材料富集提取各种挥发性有机物，再将纳米纤维作为传递媒介置于一个小的密闭空间里（如一个改良后的顶空瓶，见图1），适当提高环境温度，解析下挥发性组分，结合顶空固相微萃取技术，可显著提高原有的顶空固相微萃取技术检测灵敏度，由此建立了新的更灵敏的样品中挥发性组分的检测方法。

下面将结合实施例，对本发明作进一步的说明：采集某人员的唾液，对其中的挥发性组分进行检测。

实施例一：纳米纤维膜的制备

将2.00 g 聚苯乙烯（PS）溶于二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合液中（二者体积分别为8 ml和12 ml）制得10wt％PS溶液，将制得的PS溶液加入到一个玻璃注射器内（直径约2cm），进行静电纺丝。纺丝电压为8.3 kV，极距为12 cm，推进速度为：1.5 mL/h。待纺丝结束后，从接收板上取下纳米纤维膜毡，置于真空干燥箱中，于70℃下热烘1.5 h，以除去残留的溶剂，保证所用材料的清洁性。由此，得到可用于富集挥发性有机物的纳米纤维（膜）。

实施例二：挥发物富集

（1）静态浸入富集

取出洁净的萃取瓶；放入搅拌子；加入采集、离心好的唾液上清液1 mL；称取5 mg纳米纤维膜，使用如图1A所示纳米纤维辅助的顶空固相微萃取装置，用长臂萃取配件套圈的纤维膜夹夹住，放入顶空瓶中，扣好配件套圈，使纤维膜完全浸没在唾液样品中；旋紧萃取瓶盖子；打开磁力搅拌器，低速旋转搅拌子。于室温下，避光静止放置12 h。

（2） 静态顶空富集

取一个洁净的萃取瓶；放入搅拌子；加入采集、离心好的唾液上清液1 mL；称取5mg纳米纤维膜，使用如图1B所示纳米纤维辅助的顶空固相微萃取装置中的短臂萃取配件套圈的纤维膜夹夹住，放入顶空瓶中，扣好配件套圈，使纤维膜完全悬挂在唾液样品的上方，注意纤维膜不能沾浸液体；旋紧萃取瓶盖子；打开磁力搅拌器，低速旋转搅拌子。于室温下，避光静止放置12 h。

（3）动态过柱富集

取出洁净的可加压式柱状固相萃取器件，如图2所示，把1 mL唾液上清液置于样品管中，将注射器吸气，紧密连接到样品管上端，在一定时间内将样品过柱完毕。

实施例三：升温解析——纤维辅助顶空固相微萃取

静态富集完成后，将以静态浸入富集和静态顶空富集方法进行富集的顶空瓶中的配件套圈各自放入一个新的顶空瓶中，密封；动态过柱富集完成后，将其纳米纤维取出放入另一个新的顶空瓶中，密封。用固相微萃取探头，即：涂有聚二甲硅氧烷、碳分子筛/聚二甲硅氧烷、聚二甲基硅烷/二乙烯基苯和二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲硅氧烷等成分的固相微萃取装置分别插入上述密封的顶空瓶中，再次富集经纳米纤维热解析释放出来的挥发性组分，80 ℃下萃取0.5 h。与此同时，设置不用纳米纤维辅助的固相微萃取对照试验。

实施例四：检测

将萃取平衡好的固相微萃取头直接进样到气相色谱仪中。气相色谱的检测条件为：FID检测器；检测器温度：280 ℃；进样口温度：250 ℃；柱箱升温程序：40 ℃保持5 min，以每分钟10℃的速度升至260℃，保持2 min；不分流模式进样。结果如气相色谱图3所示，在相同操作条件下，与不用纳米纤维辅助的固相微萃取技术相比，本发明对样品中挥发性组分的富集效果显著；尽管本发明所列的纤维固相萃取方法不同，其提高目标组分信号强度的效果略有不同，但都明显优于不用纤维辅助的固相微萃取技术。

本发明中的纳米纤维材料除上述实施例中提到的聚苯乙烯溶于二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合液中制成外，还包括已经在专利号为200510123148.5；200610041556.0；201310659434.8；201410143082.5中有所揭示的纳米纤维材料。例如有机、无机、或有机与无机材料混杂、或天然聚合物溶于一定溶剂中制成。其中有机材料包括聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、丙烯酸树脂、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚醋酸乙烯等及其衍生物中的一种或混合物；无机材料为硅、钛的氧化物、金属的氧化物或盐、碳等中的一种或混合物；天然聚合物为多糖、多肽、纤维素、聚乳酸、干酪素等及其衍生物中的一种或混合物。溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、丙酮、甲酸、冰乙酸、水、卤代烃和芳香烃等中的一种或混合物。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法，其特征在于，其具体步骤如下：

Ⅰ采用具有吸附能力的纳米纤维材料富集提取待测物中各种挥发性组分；

Ⅱ将富集有挥发性组分的纳米纤维作为传递媒介置于一个密闭容器中；

Ⅲ用固相微萃取探头插入密封的容器中，提高密闭容器中的温度，使得纳米纤维材料中的挥发性组分充分解析，并再次富集于固相微萃取探头中；

Ⅳ将萃取平衡好的固相微萃取探头注入气相色谱仪器中进行检测分析；

所述步骤Ⅰ中纳米纤维材料富集提取各种挥发性组分的过程可通过以下三种方式进行：

Ⅰ静态浸入富集法，用长臂萃取配件套圈中的纤维膜夹夹住膜型纳米纤维，放入顶空瓶中，扣好配件套圈，使膜型纳米纤维浸没于液体待测样品中，密封顶空瓶，低速搅拌待测样品，进行充分富集；

Ⅱ静态顶空富集法，用短臂萃取配件套圈中的纤维膜夹夹住膜型纳米纤维，放入顶空瓶中，扣好配件套圈，使纤维膜夹置于含有一定体积液体待测样品的顶空瓶的上部，注意膜型纳米纤维不能沾浸液体，密封顶空瓶，低速搅拌待测样品，进行充分富集；若富集样品为气体，可先安置好装有纳米纤维膜的萃取配件套圈，密封顶空瓶，注射器抽出一定体积气体，再注入一定体积的被富集气体，进行充分富集；

Ⅲ动态过柱富集法，取可加压式柱状固相萃取器件，该器件的样品管下端填充有纳米纤维材料，将液体样品置于样品管中，将注射器吸气，紧密连接到样品管上端，过柱一定体积的液体；对于气体样品，可用合适的软管连接抽样品管和气泵，以抽气的方式过柱。

2.根据权利要求1所述一种纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法，其特征在于，步骤Ⅰ中所述纳米纤维材料为有机、无机、或有机与无机材料混杂、或天然聚合物溶于一定溶剂中经高压静电纺丝法制成，其中有机材料包括聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、丙烯酸树脂、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚醋酸乙烯及其衍生物中的一种或混合物；无机材料为硅、钛的氧化物、金属的氧化物或盐、碳中的一种或混合物；天然聚合物为多糖、多肽、纤维素、聚乳酸、干酪素及其衍生物中的一种或混合物，溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、丙酮、甲酸、冰乙酸、水、卤代烃和芳香烃中的一种或混合物。

3.根据权利要求1所述一种纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法，其特征在于，步骤Ⅲ中所述固相微萃取探头为涂装有聚二甲硅氧烷、碳分子筛/聚二甲硅氧烷、聚二甲基硅烷/二乙烯基苯和二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲硅氧烷成分的固相微萃取装置，其富集条件为80℃下萃取0.5 h。

4.根据权利要求1所述一种纳米纤维辅助的顶空固相微萃取法，其特征在于，步骤Ⅳ中气相色谱的检测条件为：FID检测器；检测器温度：280 ℃；进样口温度：250 ℃；柱箱升温程序：40 ℃保持5 min，以每分钟10℃的速度升至260℃，保持2 min；不分流模式进样。