CN104792769A - 水溶液样品中化合物的动态微萃取、检测联合装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种水溶液样品中化合物的动态微萃取、检测联合装置及方法，包括单滴液相微萃取装置、流动注射仪和电化学发光检测仪，单滴液相微萃取装置包括微量注射器、萃取池和样品溶液池，微量注射器吸取离子液体萃取剂后插置于萃取池液面中部，萃取池和样品溶液池通过流动注射仪控制的流路系统连接成循环萃取系统，萃取池底部设有阀门与废液池相连，解析液池、萃取池和电化学发光检测仪通过流路系统连接起来成检测装置。本发明采用电化学发光分析仪替代色谱类分析仪器进行测定，将流动注射仪、单滴液相微萃取装置、电化学发光分析仪通过管路系统组装成联用装置，整个装置结构简单，易于组装和调整，操作方便，方法步骤简单、灵活性和自动化程度高，具有较强的使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及环境化学与分析化学检测技术领域，具体指一种水溶液样品中化合物的动态微萃取、检测装置以及采用该装置进行萃取、检测复杂体系中化合物的方法。
背景技术
针对复杂样品中痕量物质的分析测定需要，不仅需要电化学发光、色质联用等高灵敏度的检测仪器，还需要配合先进的样品预处理技术才能实现快速高效的测定。在已经开发的各种富集分离技术中，液液微萃取因其具有操作简单快速、绿色环保、溶剂和样品用量少、更适合痕量目标物的萃取分析等优点，已经逐步取代传统的液相萃取技术，广泛应用在食品安全、环境检测、生物样品分析等领域。根据萃取形式的不同，液液微萃取可分为：单滴液相微萃取、中空纤维膜支撑的液膜微萃取、连续流动液液微萃取、多分散液液微萃取等。其中，单滴液相微萃取(single drop liquid-phase micro-extraction，SDLPME)技术系将一滴萃取溶剂悬于常规的微量注射器针头尖端，然后浸于样品溶液或者悬于样品顶部空间，使分析物从水相转移至有机相(萃取溶剂)，经一定时间将有机微滴抽回注射器并转移至色谱、光谱、电化学等分析仪器系统完成定性定量测定。SDLPME集采样、萃取和浓缩于一体，具有成本低、装置简单、环境友好，适用底物范围广、无交叉污染、萃取效率高，而且易与气相色谱GC、高效液相色谱HPLC、毛细管电泳CE等仪器实现联用。
单滴液相微萃取所需要的有机溶剂很少(几至几十微升)，是一种环境友好的样品前处理新技术，在痕量分析领域具有广泛的应用前景。近年来开发的新型高效绿色溶剂离子液体(ionic liquids，ILs)因其具有无显著蒸气压、热稳定性好、对环境友好、可溶解多种有机物及无机物等优点，成为了当代化学研究的前沿和热点。将离子液体用作单滴液相微萃取的萃取剂可以有效避免传统有机溶剂的一些缺点，所以在单滴液相微萃取中采用离子液体作为萃取剂成为目前研究的热点之一。但是单滴液相微萃取由于接触面积小和离子液体粘度大的特点，使得萃取时间比较长，降低了分析效率。
为了解决以上问题，本发明将以离子液体作为萃取剂的单滴液相微萃取与流动注射仪联用，利用其自动化、多通道的特点提高分析效率。同时，本发明以检测灵敏度更高、操作简单、成本低廉的电化学发光分析仪替代传统的色谱类检测仪器，实现更低含量分析物的测定。并且，现有技术中未见关于流动注射单滴液相微萃取电化学发光联合使用的报道。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种水溶液样品中化合物的动态微萃取、检测联合装置，具有结构简单、组装调整方便、易操作的特点，同时检测灵敏度高且成本低廉。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种采用上述动态微萃取、检测联合装置对水溶液样品中化合物进行动态微萃取、检测的方法，具有检测灵敏度高、操作简单、成本低廉的特点。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种水溶液样品中化合物的动态微萃取、检测联合装置，其特征在于包括单滴液相微萃取装置、流动注射仪和电化学发光检测仪，其中单滴液相微萃取装置包括控制单滴液相离子液体萃取剂的微量注射器、盛放溶液的萃取池和样品溶液池，微量注射器吸取离子液体萃取剂后插置于萃取池的液面中部，盛放溶液的萃取池和样品溶液池通过流动注射仪控制的流路系统连接成循环萃取系统，萃取池的底部设有阀门与废液池相连接，解析液池、盛放溶液的萃取池和电化学发光检测仪也通过流动注射仪控制的流路系统连接起来成检测装置。
作为改进，所述的电化学发光检测仪是由超微弱发光分析仪、电化学工作站和三电极系统构成。
作为改进，所述电化学工作站包括电化学发光电解池，三电极系统采用玻碳电极作为工作电极、铂丝电极作为辅助电极、Ag/AgCl电极作为参比电极。
作为改进，所述流路系统是由管路和流路控制阀、蠕动泵组成的。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种采用权利要求1所述的动态微萃取、检测联合装置对水溶液样品中的化合物进行动态微萃取并检测的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)动态微萃取过程：将流动注射仪与萃取池通过管路连接，用蠕动泵和流路控制阀控制样品溶液在萃取池和样品溶液池之间循环流动，用微量注射器吸取离子液体萃取剂并插入萃取池液面中部，进行萃取，萃取完成后关闭流动注射仪，开启萃取池底部阀门，将萃取池中的溶液排入废液池中，排净后关闭底部阀门；
2)解析过程：切换流路，将萃取池与解析液池和电化学发光电解池连接，用流动注射仪将解析液泵入萃取池中，溶解萃取后的液滴，再一并泵入电化学发光电解池中；
3)工作曲线绘制：在电化学发光电解池中加入适当的缓冲溶液和电化学发光物质，玻碳电极作为工作电极，铂丝电极作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，开启电化学发光检测仪，同步记录ECL强度-电位曲线(IECL-E)、循环伏安曲线(CV)，直到获得稳定的循环伏安曲线和发光强度(I0)，将目标分析物的系列标准溶液，分别经过步骤1)中的微萃取过程和步骤2)中的解析过程，加入到电化学发光电解池中，记录对应的发光强度(Is)，计算ΔI＝I0-Is，绘制ΔI～lgc工作曲线；
4)样品定量测定：将萃取池中的标准溶液更换为待测溶液，参照上述操作步骤1)、2)、3)进行操作，记录此时的ECL强度(Ix)，计算ΔIx＝(I0-Ix)，利用ΔI～lgc工作曲线计算实际样品中目标分析物的含量。
作为改进，所述步骤1)的样品溶液在萃取池中循环流动的速度在0.6～1.0mL/min之间。
作为优选，所述离子液体萃取剂采用1-丁基-3-(3-乙基苯基膦酰基)丙基咪唑六氟磷酸盐离子液体、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体或者1-丁基-3-(3-二苯基膦酰基)丙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体。
作为改进，所述玻碳电极在使用前依次用1.0μm、0.3μm和0.05μmα-Al2O3粉抛光至镜面，清洗干净，将玻碳电极放入0.2mol/L KNO3和1×10-3mol/L K3Fe(CN)6的混合溶液中扫描循环伏安曲线，控制电位为-0.1～0.6V，扫描速度为50mV/s，得到的循环伏安曲线峰电位差在78mV以下，表明玻碳电极清洗干净。
作为改进，所述缓冲液为pH值在8～11，浓度为0.05～0.1mol/L的NaHCO3-Na2CO3缓冲溶液，缓冲液的加入量为3～7mL；所述电化学发光物质为30～50μL 0.01mol/L鲁米诺或者60～80μL 0.01mol/L Ru(bpy)3 2+、60～80μL 0.01mol/L 2-(二丁氨基)乙醇。
作为改进，所述电化学发光检测仪的电位范围为-0.2V～0.6V，扫速速度为100mV/s。
作为优选，所述解析液池中的解析液为分析纯丙酮或分析纯乙醇。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)离子液体作为单滴液相微萃取的萃取剂
利用离子液体的低蒸气压、环境友好、稳定性高的优点，有效克服传统有机萃取剂易损失导致精密度低的不足；利用离子液体良好的溶解性，提高萃取效率和测定灵敏度；
(2)流动注射与单滴液相微萃取联用
浸入式单滴液相微萃取通常需要搅拌样品溶液以加快传质速率，然而搅拌带来的问题是悬挂在微量注射器尖端的液滴容易脱落，导致实验失败。但是如果不采取搅拌的方式，仅仅依靠静态的浓度扩散实现平衡式萃取，则需要的时间将非常多，其低效率难以获得实际应用价值；
本发明实现了单滴液相微萃取与流动注射仪的联用，利用流动注射仪实现全自动化的在线动态微萃取，均匀稳定的流速可以充分保证液滴不掉落，样品的动态循环流动能够显著增加两相接触面积和传质更新速度，从而缩短萃取时间提高萃取效率；
(3)流动注射单滴液相微萃取与电化学发光联用
传统的单滴液相微萃取在萃取完成后，先将微量注射器尖端的液滴抽回到内部，再从萃取样品瓶中移出，然后直接注射进入液相色谱的进样阀或气相色谱的进样器完成测定，本发明不仅采用了灵敏度更高、成本低廉的电化学发光分析仪替代通用的色谱类分析仪器进行测定，而且将流动注射仪、单滴液相微萃取装置、电化学发光分析仪通过管路系统组装成联用装置，实现了自动化操作。提高了分析效率和精密度。
本发明的装置结构简单，易于组装和调整，操作方便；本发明的方法步骤简单、灵活性和自动化程度高，可广泛应用于环境监测、食品安全、医药卫生等领域，尤其是具有电化学发光活性的化合物，具有较强的使用价值。
附图说明
图1是本发明的水溶液样品中化合物的动态微萃取检测装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
按照图1所示，搭建好装置，从而构建成一种水溶液样品中化合物的动态微萃取、检测联合装置，它包括单滴液相微萃取装置、流动注射仪和电化学发光检测仪，其中单滴液相微萃取装置包括控制单滴液相离子液体萃取剂的微量注射器、盛放溶液的萃取池和样品溶液池，微量注射器吸取离子液体萃取剂后插置于萃取池的液面中部，盛放溶液的萃取池和样品溶液池通过流动注射仪控制的流路系统如采用管路、流路控制阀和蠕动泵连接成循环萃取系统，萃取池的底部设有阀门与废液池相连接，解析液池、盛放溶液的萃取池和电化学发光检测仪也通过流动注射仪控制的流路系统如采用管路、流路控制阀和蠕动泵连接起来成检测装置。
解析液池中加入分析纯丙酮。样品池中加入浓度为10-3μg/mL～10μg/mL的中性红标准水溶液。电化学发光电解池中加入3mL 0.1mol/L NaHCO3-Na2CO3(pH＝11)缓冲溶液、30μL 0.01mol/L鲁米诺。
玻碳电极作为工作电极，铂丝电极作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。将玻碳电极依次用1.0μm、0.3μm和0.05μmα-Al2O3粉抛光至镜面，清洗干净。将电极放入0.2mol/L KNO3和1×10-3mol/L K3Fe(CN)6的混合溶液中扫描循环伏安曲线，控制电位为-0.1～0.6V，扫描速度为50mV/s，得到的循环伏安曲线峰电位差在78mV以下，表明电极清洗干净。开启电化学发光检测仪，同步记录ECL强度-电位曲线(IECL-E)、循环伏安曲线(CV)，其电位范围：-0.2V～0.6V，扫速速度：100mV/s。直至获得稳定的循环伏安曲线和发光强度(I0)。
开启流动注射仪，控制流路系统，使中性红水溶液以0.8mL/min的流速在萃取池和样品溶液池之间循环流动。
用50μL微量注射器吸取1-丁基-3-(3-乙基苯基膦酰基)丙基咪唑六氟磷酸盐离子液体，轻推柱塞使液相萃取剂在尖端形成一个稳定的液滴，小心插入萃取池，距离底部1cm处。萃取10～20min，关闭流动注射仪，开启萃取池底部阀门，将萃取池中的溶液排入废液池中，排净后关闭底部阀门。
切换流路，将解析液池、萃取池、电解池连接，开启流动注射仪，将1mL丙酮解析液泵入萃取池中，溶解萃取后的液滴，再一并泵入电解池中。关闭流动注射仪。
用电化学发光检测仪记录此时的ECL强度(Is)。可得到发光强度的变化值ΔI＝(I0-Is)。依次改变中性红标准水溶液的浓度，绘制ΔI～lgc工作曲线。
取河水样品10mL作为实验样品，用0.22μm滤膜净化后，加入到样品溶液池中，按照上述方法进行萃取、解析、检测，将得到的发光强度变化值ΔIx＝(I0-Ix)，利用ΔI～lgc工作曲线计算出实际样品中中性红的浓度。采用标准加入法验证方法的准确度，结果显示回收率在98.6～109.1％之间，变异系数小于5％，结果满意。
实施例2
按照图1所示，搭建好装置。解析池中加入分析纯乙醇。样品池中加入浓度为10-3μg/mL～10μg/mL的酸性橙标准水溶液。电化学发光电解池中加入5mL 0.1mol/LNaHCO3-Na2CO3(pH＝11)缓冲溶液、50μL 0.01mol/L鲁米诺。
玻碳电极作为工作电极，铂丝电极作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。将玻碳电极依次用1.0μm、0.3μm和0.05μmα-Al2O3粉抛光至镜面，清洗干净。将电极放入0.2mol/L KNO3和1×10-3mol/L K3Fe(CN)6的混合溶液中扫描循环伏安曲线，控制电位为-0.1～0.6V，扫描速度为50mV/s，得到的循环伏安曲线峰电位差在78mV以下，表明电极清洗干净。开启电化学发光检测仪，同步记录ECL强度-电位曲线(IECL-E)、循环伏安曲线(CV)，其电位范围：-0.2V～0.6V，扫速速度：100mV/s。直至获得稳定的循环伏安曲线和发光强度(I0)。
开启流动注射仪，控制流路系统，使酸性橙水溶液以0.6mL/min的流速在萃取池和样品溶液池之间循环流动。
用50μL微量注射器吸取1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，轻推柱塞使液相萃取剂在尖端形成一个稳定的液滴，小心插入萃取池，距离底部1cm处。萃取5～15min，关闭流动注射仪，开启萃取池底部阀门，将萃取池中的溶液排入废液池中，排净后关闭底部阀门。
切换流路，将解析液池、萃取池、电解池连接，开启流动注射仪，将1mL乙醇解析液泵入萃取池中，溶解萃取后的液滴，再一并泵入电解池中。关闭流动注射仪。
用电化学发光检测仪记录此时的ECL强度(Is)。可得到发光强度的变化值ΔI＝(I0-Is)。依次改变酸性橙标准水溶液的浓度，绘制ΔI～lgc工作曲线。
取市售饮料10mL作为实验样品，用0.22μm滤膜净化后，加入到样品溶液池中，按照上述方法进行萃取、解析、检测，将得到的发光强度变化值ΔIx＝(I0-Ix)，利用ΔI～lgc工作曲线计算出实际样品中酸性橙的浓度。采用标准加入法验证方法的准确度，结果显示回收率在94.5～110.3％之间，变异系数小于5％，结果满意。
实施例3
按照图1所示，搭建好装置。解析池中加入分析纯丙酮。样品池中加入浓度为10-3μg/mL～10μg/mL的四环素标准水溶液。电化学发光电解池中加入7mL 0.05mol/LNaHCO3-Na2CO3(pH＝8)缓冲溶液、70μL 0.01mol/L Ru(bpy)3 2+、70μL 0.01mol/L 2-(二丁氨基)乙醇(DBAE)。
玻碳电极作为工作电极，铂丝电极作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。将玻碳电极依次用1.0μm、0.3μm和0.05μmα-Al2O3粉抛光至镜面，清洗干净。将电极放入0.2mol/L KNO3和1×10-3mol/L K3Fe(CN)6的混合溶液中扫描循环伏安曲线，控制电位为-0.1～0.6V，扫描速度为50mV/s，得到的循环伏安曲线峰电位差在78mV以下，表明电极清洗干净。开启电化学发光检测仪，同步记录ECL强度-电位曲线(IECL-E)、循环伏安曲线(CV)，其电位范围：-0V～1.5V，扫速速度：100mV/s。直至获得稳定的循环伏安曲线和发光强度(I0)。
开启流动注射仪，控制流路系统，使四环素水溶液以1.0mL/min的流速在萃取池和样品溶液池之间循环流动。
用50μL微量注射器吸取1-丁基-3-(3-二苯基膦酰基)丙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体，轻推柱塞使液相萃取剂在尖端形成一个稳定的液滴，小心插入萃取池，距离底部1cm处。萃取15～30min，关闭流动注射仪，开启萃取池底部阀门，将萃取池中的溶液排入废液池中，排净后关闭底部阀门。
切换流路，将解析液池、萃取池、电解池连接，开启流动注射仪，将1mL丙酮解析液泵入萃取池中，溶解萃取后的液滴，再一并泵入电解池中。关闭流动注射仪。
用电化学发光检测仪记录此时的ECL强度(Is)。可得到发光强度的变化值ΔI＝(I0-Is)。依次改变四环素标准水溶液的浓度，绘制ΔI～lgc工作曲线。
取人尿液10mL作为实验样品，用0.22μm滤膜净化后，加入到样品溶液池中，按照上述方法进行萃取、解析、检测，将得到的发光强度变化值ΔIx＝(I0-Ix)，利用ΔI～lgc工作曲线计算出实际样品中四环素的浓度。采用标准加入法验证方法的准确度，结果显示回收率在94.5～110.3％之间，变异系数小于5％，结果满意。
从以上实施例可以得到本发明的动态微萃取检测联合装置结构简单，易于组装和调整，操作方便；本发明的方法不仅步骤简单、灵活性和自动化程度高，而且成本低廉，可广泛应用于环境监测、食品安全、医药卫生等领域，尤其是具有电化学发光活性的化合物，具有较强的使用价值。
Claims (11)
1.一种水溶液样品中化合物的动态微萃取、检测联合装置，其特征在于包括单滴液相微萃取装置、流动注射仪和电化学发光检测仪，其中单滴液相微萃取装置包括控制单滴液相离子液体萃取剂的微量注射器、盛放溶液的萃取池和样品溶液池，微量注射器吸取离子液体萃取剂后插置于萃取池的液面中部，萃取池和样品溶液池通过流动注射仪控制的流路系统连接成循环萃取系统，萃取池的底部设有阀门与废液池相连接，解析液池、萃取池和电化学发光检测仪通过流动注射仪控制的流路系统连接起来成检测装置。
2.根据权利要求1所述的动态微萃取、检测联合装置，其特征在于：所述电化学发光检测仪是由超微弱发光分析仪、电化学工作站和三电极系统构成。
3.根据权利要求2所述的动态微萃取、检测联合装置，其特征在于：所述电化学工作站包括电化学发光电解池，三电极系统采用玻碳电极作为工作电极、铂丝电极作为辅助电极、Ag/AgCl电极作为参比电极。
4.根据权利要求1所述的动态微萃取、检测联合装置，其特征在于：所述流路系统是由管路和流路控制阀、蠕动泵组成的。
5.一种采用权利要求1所述的动态微萃取、检测联合装置对水溶液样品中的化合物进行动态微萃取、检测的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)动态微萃取过程：将流动注射仪与萃取池通过管路连接，用蠕动泵和流路控制阀控制样品溶液在萃取池和样品溶液池之间循环流动，用微量注射器吸取离子液体萃取剂并插入萃取池液面中部，进行萃取，萃取完成后关闭流动注射仪，开启萃取池底部阀门，将萃取池中的溶液排入废液池中，排净后关闭底部阀门；
2)解析过程：切换流路，将萃取池与解析液池和电化学发光电解池连接，用流动注射仪将解析液泵入萃取池中，溶解萃取后的液滴，再一并泵入电化学发光电解池中；
3)工作曲线绘制：在电化学发光电解池中加入适当的缓冲溶液和电化学发光物质，玻碳电极作为工作电极，铂丝电极作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，开启电化学发光检测仪，同步记录ECL强度-电位曲线(IECL-E)、循环伏安曲线(CV)，直到获得稳定的循环伏安曲线和发光强度(I0)，将目标分析物的系列标准溶液，分别经过步骤1)中的微萃取过程和步骤2)中的解析过程，加入到电化学发光电解池中，记录对应的发光强度(Is)，计算ΔI＝I0-Is，绘制ΔI～lgc工作曲线；
4)样品定量测定：将萃取池中的标准溶液更换为待测溶液，参照上述操作步骤1)、2)、3)进行操作，记录此时的ECL强度(Ix)，计算ΔIx＝(I0-Ix)，利用ΔI～lgc工作曲线计算实际样品中目标分析物的含量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤1)的样品溶液在萃取池中循环流动的速度为0.6～1.0mL/min之间。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述离子液体萃取剂采用1-丁基-3-(3-乙基苯基膦酰基)丙基咪唑六氟磷酸盐离子液体、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体或者1-丁基-3-(3-二苯基膦酰基)丙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述玻碳电极在使用前依次用1.0μm、0.3μm和0.05μmα-Al2O3粉抛光至镜面，清洗干净，将玻碳电极放入0.2mol/L KNO3和1×10-3mol/L K3Fe(CN)6的混合溶液中扫描循环伏安曲线，控制电位为-0.1～0.6V，扫描速度为50mV/s，得到的循环伏安曲线峰电位差在78mV以下，表明玻碳电极清洗干净。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述缓冲液为pH值在8～11，浓度为0.05～0.1mol/L的NaHCO3-Na2CO3缓冲溶液，缓冲液的加入量为3～7mL；所述电化学发光物质为30～50μL 0.01mol/L鲁米诺或者60～80μL 0.01mol/L Ru(bpy)3 2+、60～80μL0.01mol/L 2-(二丁氨基)乙醇。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述电化学发光检测仪的电位范围为-0.2V～0.6V，扫速速度为100mV/s。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述解析液池中的解析液为分析纯丙酮或分析纯乙醇。
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