CN106404965B - 一种用于pm2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置 - Google Patents

Abstract

一种用于PM2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置，包括注射泵、八位选择阀、缓冲盘管、液体分配管路、溶液器皿和液相色谱仪，所述注射泵通过缓冲盘管连接至八位选择阀，所述八位选择阀上设有A、B、C、D、E、F、G、H八个旋转位，所述旋转位通过液体分配管路连接至相应的溶液器皿或液相色谱仪，所述的溶液器皿包括提取瓶、废液瓶、提取试剂瓶、洗脱试剂瓶、换相瓶、极性溶剂瓶。结合注射泵、缓冲盘管和多位阀的系统设计实现了复杂操作的自动化，保障了固相萃取过程中操作一致性问题，提高了分析的精密度。

Description

一种用于PM2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置

技术领域

本发明涉及固相萃取和流体自动控制技术领域，具体涉及一种PM2.5中多环芳烃样品自动前处理装置。

背景技术

在 PM 2.5的有机化合物中，多环芳烃（PAHs）是一种致癌、致畸、致突变物质，危害最为显著。

由于PAHs具有半挥发性和不挥发性的特点，通常采用HPLC来实现定性定量检测。现代化学分析技术越来越向着快速、微量、准确、自动的方向发展，样品的分析时间大大缩短，基本在20-30分钟内可以完成，但在样品的前处理方面，往往步骤繁琐，因此样品前处理的效果往往决定检测工作的成败。目前，用HPLC法测定多环芳烃的样品前处理方法主要有两种：索氏提取法和超声提取法。索氏提取法技术成熟，但是时间长，提取剂用量大，需人工完成，费时费力。超声提取法相比索氏提取法缩短了时间，但是与索氏提取法一样，大量的溶剂消耗和废液的处理。两种方法主要由人工操作完成，对操作者要求高，加之提取剂往往有一定的毒性，危害操作者健康。

固相萃取（Solid Phase Extraction，简称SPE） 是一种包括液相和固相的萃取过程。它通过填料的键合官能团和待分离化合物之间的作用力，将目标化合物与样品基质分离，以达到除去杂质和富集目标组分的目的。与传统的液液萃取法相比较可以提高分析物的回收率，更有效的将分析物与干扰组分分离，减少样品预处理过程，操作简单、省时、省力。大气颗粒物是悬浮于大气中的各种液态和固态颗粒状物质的总称。大气颗粒物巨大的比表面，可成为其它致畸物致癌物的载体。粒径在2.5 µm以下的细颗粒物（PM2.5），不易被阻挡，被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发疾病。

发明内容

本发明的目的在于针对现有局限性，提供一种结构简单、操作过程简便、且自动化运行并用于PM2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于PM2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置，包括注射泵、八位选择阀、缓冲盘管、液体分配管路、溶液器皿和液相色谱仪，试剂的准确量取和加入由注射泵抽取和注入实现，所述注射泵通过缓冲盘管连接至八位选择阀，所述八位选择阀上设有A、B、C、D、E、F、G、H八个旋转位，所述旋转位通过液体分配管路连接至相应的溶液器皿或液相色谱仪，所述的溶液器皿包括提取瓶、废液瓶、提取试剂瓶、洗脱试剂瓶、换相瓶、极性溶剂瓶。进一步的技术方案为，所述A旋转位连接至提取瓶，所述提取瓶下方设有超声提取仪；所述B旋转位连接至废液瓶，所述B旋转位连接至废液瓶的连接管上依次设有固相萃取柱和回收盘管，所述回收盘管的管路内径和长度决定于固相萃取过程中洗脱液的体积；所述C旋转位连接至提取试剂瓶；所述D旋转位连接至洗脱试剂瓶；所述E旋转位连接至换相瓶，且换相瓶上连接有氮气管，所述氮气管上设有电磁阀；所述F旋转位连接至极性溶剂瓶；所述G旋转位连接至液相色谱仪。

所述提取瓶内盛放有蒸馏水；所述对应废液瓶的液体分配管路的管口设于废液瓶瓶口；所述提取试剂瓶内盛放有正己烷；所述洗脱试剂瓶内盛放有二氯甲烷；所述极性溶剂瓶内盛放有甲醇，所述液体分配管路对应废液瓶的管口设于废液瓶瓶口上，所述液体分配管路上对应提取瓶、提取试剂瓶、洗脱试剂瓶、换相瓶、极性溶剂瓶的管口均分别插至其对应瓶内的底部。前处理整体流程包括超声提取PM2.5空气滤膜上的多环芳烃，固相萃取完成样品的提纯和浓缩，用氮气吹干非极性洗脱液，加入极性溶剂完成样品前处理。流程中的液体转移原理和各过程原理如下所述。

实现定量抽取试剂的操作过程是：多位选择阀转到目标试剂位，启动注射泵定量抽取试剂，目标试剂通过多位选择阀进入缓冲盘管，暂存在缓冲盘管内。实现定量注入试剂的过程是：多位选择阀转到目标反应位，启动注射泵定量注射操作，之前暂存在缓冲盘管内的试剂通过多位选择阀注入目标反应瓶内。反应完成后产物液体亦可通过定量抽取操作取出转移到其他试剂瓶或管路中。因此通过多位选择阀的切换能完成多种试剂和溶液在不同试剂瓶或反应容器间的自由定量、定速转移和分配。

超声提取自动化操作原理：提取瓶和提取液试剂瓶都通过管路分别连接到多位选择阀。将PM2.5空气滤膜中的置入提取瓶，多位选择阀转到提取试剂位，连通试剂瓶和注射泵，用注射泵定量吸取提取液到缓冲盘管，然后多位选择阀转到提取瓶位，注射泵将缓冲盘管内的提取试剂注射到提取瓶，最后开启提取仪进行超声提取。

固相萃取自动化操作原理：固相萃取自动化操作是在超声提取完成的基础之上进行的。固相萃取柱的下端连接的回收盘管管路内径和长度决定于固相萃取过程中洗脱液的体积。注射泵将超声提取完的样品溶液缓慢注射通过萃取柱，接着注射泵再抽取气体将残留在萃取柱和回收盘管内的样品溶液推出到废液瓶，然后注射泵再抽取洗脱液通过萃取柱进入回收盘管，完成目标物质洗脱，最后注射泵再将洗脱液从回收盘管中通过萃取柱抽回到缓冲盘管，再转移到目标换相瓶瓶中备用。

溶剂换相自动化操作原理：溶剂换相自动化操作是在固相萃取基础上进行的。换相瓶上方连接的氮气管氮气的通断由管上的电磁阀控制。开启氮气吹扫进行样品浓集，浓缩完成后，转动多通阀连通极性溶剂位，注射泵抽取极性溶剂到缓冲盘管，多通阀转到换相位，将极性溶剂注入到换相瓶的样品中，实现非极性溶剂到极性溶剂的换相。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所设计的多环芳烃样品前处理装置，其实施的优点在于采用固相萃取技术显著简化了常规索氏提取等的工作流程，结合注射泵、缓冲盘管和多位阀的系统设计实现了复杂操作的自动化，保障了固相萃取过程中操作一致性问题，提高了分析的精密度。同时固相萃取柱后端的回收盘管设计，取消了流路切换阀的需求，使得洗脱液能在回收盘管内缓存，大大简化了系统，降低了实施成本，同时还达到两次洗脱的效果，从而使得萃取更加的彻底，进而提高了检测的准确性。通过系统的整体设计和实施，为PM2.5中多环芳烃的分析提供了一种简便、快速的前处理系统。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明工作流程示意图。

图中：1. 注射泵，2.八位选择阀，3.缓冲盘管，4.超声提取仪，5.提取瓶，6.提取试剂瓶，7.洗脱试剂瓶2，8.换相瓶，9.极性溶剂瓶，10.回收盘管，11.固相萃取柱，12.废液瓶，13.电磁阀，14.液相色谱仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

请参阅图1-2，本发明提供一种用于PM2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置。

如图1所示，一种用于PM2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置，包括注射泵1、八位选择阀2、缓冲盘管3、液体分配管路、溶液器皿和液相色谱仪14，所述注射泵1通过缓冲盘管3连接至八位选择阀2，所述八位选择阀2上设有A、B、C、D、E、F、G、H八个旋转位，所述旋转位通过液体分配管路连接至相应的溶液器皿或液相色谱仪14，所述的溶液器皿包括提取瓶5、废液瓶12、提取试剂瓶6、洗脱试剂瓶7、换相瓶8、极性溶剂瓶9。

所述A旋转位连接至提取瓶5，所述提取瓶5下方设有超声提取仪4；所述B旋转位连接至废液瓶12，所述B旋转位连接至废液瓶12的连接管上依次设有固相萃取柱11和回收盘管10；所述C旋转位连接至提取试剂瓶6；所述D旋转位连接至洗脱试剂瓶7；所述E旋转位连接至换相瓶8，且换相瓶8上连接有氮气管，所述氮气管上设有电磁阀13；所述F旋转位连接至极性溶剂瓶9；所述G旋转位连接至液相色谱仪14。

所述提取瓶5内盛放有蒸馏水，蒸馏水用于混合PM2.5吸收滤膜碎片；所述对应废液瓶12的液体分配管路的管口设于废液瓶12瓶口；所述提取试剂瓶6内盛放有正己烷；所述洗脱试剂瓶7内盛放有二氯甲烷；所述极性溶剂瓶9内盛放有甲醇，所述液体分配管路对应废液瓶12的管口设于废液瓶12瓶口上，所述液体分配管路上对应提取瓶5、提取试剂瓶6、洗脱试剂瓶7、换相瓶8、极性溶剂瓶9的管口均分别插至其对应瓶内的底部。

如图1至2所示，应用该装置工作时，只需将PM2.5吸收滤膜剪碎置于提取瓶5中，即可开始自动前处理过程，典型的自动操作过程如下：

1）转动八位选择阀2至C旋转位，注射泵1从提取剂瓶6抽取一定量提取剂正己烷到缓冲盘管3。然后八位选择阀2至A旋转位，注射泵1将缓冲盘管3中的提取剂注入到提取瓶5中；

3）开启超声提取仪4，在超声状态下使得PM2.5滤膜碎片上的多环芳烃溶出到提取剂，持续超声5-20 min进行样品的提取；

4）在超声提取的同时，转动八位选择阀2至C旋转位，注射泵1从提取试剂瓶6抽取一定量正己烷到缓冲盘管3，八位选择阀2转至B旋转位连通固相萃取柱11，注射泵1将正己烷作为活化剂缓慢通过固相萃取柱11，对固相萃取柱11进行活化；

5）待超声提取完成后，转动八位选择阀2到A旋转位，抽取提取瓶中的提取溶液。八位选择阀2到B旋转位，注射泵1将缓冲盘管3中的提取溶液通过固相萃取柱11，实现样品在固相萃取柱11上吸附浓集；

6）转动八位选择阀2转到H旋转位，将氮气吸入缓冲盘管，八位选择阀2再转到B旋转位，将氮气通过固相萃取柱11，将柱内存留的溶液全部推入废液瓶12。

7）转动八位选择阀2到D旋转位，注射泵1抽取1-2 mL洗脱剂二氯甲烷到缓冲盘管3；转动八位选择阀2至B旋转位，注射泵1将二氯甲烷注入到固相萃取柱11，过柱后的洗脱液储存在回收盘管10内。由于回收盘管10的出口在废液瓶上方，所以回抽过程只会抽回气体而不会抽到废液。然后注射泵1抽回洗脱液到缓冲盘管3，转动八位选择阀2到E旋转位，注射泵1将洗脱液注入换相瓶8。

9）开启氮气吹扫进行样品浓集，5min后转动八位选择阀至F旋转位，抽取2mL极性溶剂甲醇到缓冲盘管3，再将八位选择阀转到E旋转位，将甲醇注入到样品中，实现非极性溶剂到极性溶剂的换相。

10）转动八位选择阀2到D旋转位，注射泵1抽取样品溶液到缓冲盘管3，接着转动八位选择阀2到G旋转位，连接液相色谱仪14，注射泵1将样品溶液注射到液相色谱仪14的定量环，然后开始高效液相色谱的分离分析。

上述过程均由计算机控制自动完成，无需人工介入。

以上显示和描述了本实用的基本原理、主要特征和优点，仅是本实用实施的较佳示例而已，并非对技术范围做任何限制，本行业的技术人员应该了解，在不脱离本实用的创意精神和范围的前提下，还会有各种变化和改进，凡是依据本实用的技术实质对以上示例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用的技术方案范围。

Claims (2)

1.一种用于PM2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置，包括注射泵（1）、八位选择阀（2）、缓冲盘管（3）、液体分配管路、溶液器皿和液相色谱仪（14），其特征是所述注射泵（1）通过缓冲盘管（3）连接至八位选择阀（2），所述八位选择阀（2）上设有A、B、C、D、E、F、G、H八个旋转位，所述旋转位通过液体分配管路连接至相应的溶液器皿或液相色谱仪（14），所述的溶液器皿包括提取瓶（5）、废液瓶（12）、提取试剂瓶（6）、洗脱试剂瓶（7）、换相瓶（8）、极性溶剂瓶（9）；

所述A旋转位连接至提取瓶（5），所述提取瓶（5）下方设有超声提取仪（4）；所述B旋转位连接至废液瓶（12），所述B旋转位连接至废液瓶（12）的连接管上依次设有固相萃取柱（11）和回收盘管（10）；所述C旋转位连接至提取试剂瓶（6）；所述D旋转位连接至洗脱试剂瓶（7）；所述E旋转位连接至换相瓶（8），且换相瓶（8）上连接有氮气管，所述氮气管上设有电磁阀（13）；所述F旋转位连接至极性溶剂瓶（9）；所述G旋转位连接至液相色谱仪（14）。

2.根据权利要求1所述的用于PM2.5中多环芳烃样品的自动前处理装置，其特征是所述提取瓶（5）内盛放有蒸馏水；所述对应废液瓶（12）的液体分配管路的管口设于废液瓶（12）瓶口；所述提取试剂瓶（6）内盛放有正己烷；所述洗脱试剂瓶（7）内盛放有二氯甲烷；所述极性溶剂瓶（9）内盛放有甲醇，所述液体分配管路对应废液瓶（12）的管口设于废液瓶（12）瓶口上，所述液体分配管路上对应提取瓶（5）、提取试剂瓶（6）、洗脱试剂瓶（7）、换相瓶（8）、极性溶剂瓶（9）的管口均分别插至其对应瓶内的底部。