CN107144659A - 一种提高红外检测信号的装置及其使用方法 - Google Patents

一种提高红外检测信号的装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高红外检测信号的装置及其使用方法，所述装置包括块状本体、以及设置在块状本体内部的至少一组以设定角度连通的孔道。每组孔道包括两个孔道即基质孔道k1和注液孔道k2，所述基质孔道k1盛装固体基质，所述注液孔道k2盛装待测液体样品，并引导液体样品流入基质孔道k1。液体样品在基质孔道k1中挥发掉溶剂，使溶质在基质表面聚集，由于基质的量较少，使得溶质得到浓缩，获得较高的红外检测信号和检测灵敏度。本发明中公开的提高红外检测信号的装置结构简单，加工方便，成本低，适合推广使用。

Description

一种提高红外检测信号的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及液相色谱与红外光谱联用领域，特别涉及一种提高红外检测信号的装置及其使用方法。
背景技术
高效液相色谱(HPLC)与光谱的联用被广泛应用于各类混合物的分离。通常情况下，液相色谱与紫外可见光谱联用对许多具有紫外吸收的混合物进行分析，然而这类方法对很多包含没有紫外吸收物种的体系不适用。傅里叶变换红外光谱可以提供分离后各物质的许多结构信息，即使这些化合物没有紫外吸收。在具备较完善的傅里叶变换红外光谱数据库前提下，许多样品可以被直接鉴定。
虽然具有以上这些特点，但液相色谱-红外光谱的联用方法在应用上并不算十分广泛。液相色谱使用的溶剂一般都具有红外吸收，因而在直接对分离产物进行红外光谱检测时溶剂经常对谱图有所干扰，从而影响化合物的鉴定。解决这一问题的思路之一是使用特定的基质接收液相色谱分离后的样品，去除溶剂后再进行红外表征，从而达到离线红外检测的目的。盛放基质的容器称为红外附件。用红外附件进行检测时，将基质首先填入附件中，然后将样品溶液滴到基质上，待溶剂挥发干净后即可以在红外仪器上进行测试。
但是，由于样品是利用HPLC进行分离，这也就导致样品会被流动相稀释。同时，由于HPLC检测的特殊性(微量检测方法)，进样时的浓度不宜过高，因此，降低后续红外检测的检出限，导致红外检测信号低也就成了一个不可避免的问题。
由于上述原因，本发明人对现有的液相色谱-红外光谱联用技术进行了研究，以便设计出或制备出一种新型红外附件以解决上述检出限低的问题，提高红外检测信号强度和红外光谱谱图的分辨率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：在红外附件上设置一大一小两个孔道，两个孔道以设定角度连接，大孔道接收从HPLC流出的溶液，经连接处流入盛有基质的小孔道，目标组分在小孔道内富集，红外光谱仪检测小孔道内富集的目标组分，得到红外信号较强的谱图，从而完成了本发明。
本发明的目的在于提供以下技术方案：
1.一种提高红外检测信号的装置，其中，所述装置包括块状本体，所述块状本体内部设置至少一组以设定角度连通的孔道。
每组孔道包括两个孔道即基质孔道k1和注液孔道k2，所述基质孔道k1用于盛装固体基质，所述注液孔道k2用于盛装待测液体样品，并引导液体样品流入基质孔道k1；所述基质孔道k1和注液孔道k2的末端连通。
2.一种提高红外检测信号装置的使用方法，其中，所述使用方法包括以下步骤：
步骤(1)，使基质孔道k1的孔口朝上，向基质孔道k1中加入设定量的粉末状基质，墩实基质；
步骤(2)，使注液孔道k2的孔口朝上，向注液孔道k2中注入含有目标组分的溶液；
步骤(3)，用塞子堵塞注液孔道k2的孔口，干燥去除其中溶剂；
步骤(4)，使基质孔道k1的孔口朝上，用红外光谱仪对基质孔道k1中的溶质进行检测，得到目标组分的红外光谱图。
3.一种液相色谱-红外光谱联用的检测方法，其中，所述检测方法使用上述1所述装置；
具体地，所述检测方法包括如下步骤：
步骤1，将含有目标组分的样品进行溶剂化处理，通过液相色谱进行组分分离；
步骤2，使装置基质孔道k1的孔口朝上，向基质孔道k1中加入设定量粉末状基质，墩实基质；
步骤3，使注液孔道k2的孔口朝上，接收液相色谱仪流出的含有目标组分的流动相；
步骤4，用塞子堵塞注液孔道k2的孔，干燥去除其中溶剂；
步骤5，使基质孔道k1的孔口朝上，使红外光可进入基质孔道k1，用红外光谱仪对溶质进行检测，得到目标组分的红外光谱图。
根据本发明提供的一种提高红外检测信号的装置及其使用方法，具有以下有益效果：
(1)本发明装置通过注液孔道的储液功能和基质孔道的浓缩功能，即可实现红外检测检出限的降低，提高检测灵敏度，具体地，目标组分的溶液中目标组分的浓度可低至10-5g/mL，相较于初始的10-3g/mL，检测限降低了100倍；
(2)本发明装置结构简单，加工方便，成本低，适合推广使用；
(3)本发明装置中设置多组孔道，可在短时间内对多个样品进行检测，提升了检测效率。
附图说明
图1示出现有技术中红外附件的结构示意图；
图2示出本发明中提高红外检测信号的装置在基质孔道k1向上时的结构示意图；
图3示出本发明中所述装置在注液孔道k2向上时的结构示意图；
图4示出本发明中所述装置包括两组以上孔道时的结构示意图；
图5示出采用本发明中所述装置检测到的苯甲酰胺红外光谱图；其中，图谱a为使用上述所述装置测得的苯甲酰胺的谱图，图谱b为苯甲酰胺的标准谱图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
如上所述，盛放基质的容器称为红外附件。目前，红外光谱仪的红外附件的结构如图1所示。红外附件为具有一定深度的槽体，槽体内部盛放用于负载目标组分的承载体即基质。由于红外附件需要接收HPLC流出的带有目标组分的流动相，其具有较大的体积。这种设计导致滴入的目标组分会在极大程度上扩散，单位面积上基质的含量太少，加之利用HPLC进行分离时流动相的稀释作用，因此，红外光谱可测得的浓度一直维持在一个较高的数值，即检出限较高。以目前的检测水平来说，溶液中目标组分的检出限在10-3g/mL。
由于HPLC是成熟的适用于微量成分检测的分析方法，同时仪器部件复杂，对HPLC机械构造的改变以适应后续红外光谱仪的检测是不现实的，因此，对红外附件进行研究，将需要检测的目标组分聚集，以提高检测灵敏度和获得较低的检出限，同时保证便捷的使用方式和低成本，就成为了研究高效液相色谱-红外光谱联用技术的一个不可避免的问题。
基于以上原因，本发明人经过深入研究，研制出一种可以使目标组分聚集、提高红外检测信号的装置(相当于改进的红外附件)，如图2～图4所示。
本发明公开了一种提高红外检测信号的装置，所述装置包括块状本体，所述块状本体内部设置至少一组以设定角度连通的孔道，其中，每组孔道包括两个孔道。
本发明中，每组孔道包括基质孔道k1和注液孔道k2，所述基质孔道k1用于盛装固体基质，所述注液孔道k2用于盛装待测液体样品，并引导液体样品流入基质孔道k1。
本发明中，所述基质为不具有红外吸收的物质，优选为粉末状过渡金属氧化物。所述过渡金属氧化物包括ⅠB族、ⅡB族、ⅢB族(包括镧系和锕系)、ⅣB族、ⅤB族、ⅥB族、ⅦB族以及Ⅷ族金属的氧化物，优选为氧化铜、氧化镍、氧化锌、二氧化锰或氧化铈，其粒径优选为50μm～200μm。
液体样品中溶剂为有机溶剂或有机溶剂与无机溶剂的组合，为避免盐类物质对红外检测的干扰，以及酸碱性物质对基质的腐蚀，所述溶剂中不含盐，其pH为6.0～8.0。
在一种优选的实施方式中，所述基质孔道k1为棱柱状孔道、圆柱状孔道或由外向内直径逐渐缩小的圆锥/台状孔道，考虑到加工难度和空间利用率，优选为圆柱状孔道。
注液孔道k2由于盛装液体样品，其体积大于基质孔道k1。所述注液孔道k2为棱锥状孔道、圆柱体和圆锥体组合而成的铅锤状孔道，或者由外向内直径逐渐缩小的圆锥状孔道，优选为铅锤状孔道。
在一种优选的实施方式中，所述基质孔道k1和注液孔道k2的末端连通。基质孔道k1的中心线和注液孔道k2的中心线之间的夹角为80°～120°，优选为90°～100°。考虑到基质孔道k1和注液孔道k2连通的加工难度，优选基质孔道k1的中心线和注液孔道k2的中心线之间的夹角为90°。
基质孔道k1的径向宽度应尽量小，容纳粉末状基质通过即可，孔道的径向宽度过大，在装置倾斜时粉末状基质容易流出孔道，不能全部聚集在基质孔道k1内；同时，其长度也不宜过长，否则目标组分易集中在基质孔道k1底部，红外光所穿过的基质的长度有限，导致目标组分利用不充分，甚至不能检测到目标组分。通过多次试验基质孔道k1参数与红外检测信号的强度关系，确定基质孔道k1的径向宽度为0.25～0.35mm，长度为2～4mm。
注液孔道k2的径向宽度和长度对信号强度的影响不大，因而对其参数选定没有严格要求，只要其容积足够盛放所需体积的液体样品即可。考虑到本发明装置在红外光谱仪上移动的灵活、方便性，以及对块状本体的加工难度，确定注液孔道k2的径向宽度为3～5mm，长度为15～25mm。
值得注意的是，在基质孔道k1和注液孔道k2连通处k3的通孔应尽量小，其径向宽度应满足小于粉末状基质的粒径，使粉末状基质不能通过该通孔由基质孔道k1进入注液孔道k2。优选的，连通处k3的通孔的径向宽度为0.05～0.15mm。
在一种优选的实施方式中，块状本体为棱柱状，使所述装置可稳定维持在静止状态，便于加样等操作处理。
在一种优选的实施方式中，如图4所示，块状本体内部设置两组以上的孔道，每组孔道中的基质孔道k1平行设置，注液孔道k2同样平行设置。每组孔道的参数可相同或不同，在此不做限定。
在一种优选的实施方式中，块状本体为金属或者合金加工制成，如通过金属铝材加工而成。
本发明还提供了一种提高红外检测信号装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
步骤(1)，如图2所示，使基质孔道k1的孔口朝上，向基质孔道k1中加入设定量的粉末状基质，墩实基质；
步骤(2)，如图3所示，使注液孔道k2的孔口朝上，向注液孔道k2中注入含有目标组分的溶液；
步骤(3)，用塞子堵塞注液孔道k2的孔口，干燥去除其中的溶剂；
步骤(4)，将附件按图2所示放置，使基质孔道k1的孔口朝上，使红外光可进入基质孔道k1，用红外光谱仪对基质孔道k1中的溶质进行检测，得到目标组分的红外光谱图。
在步骤(2)中，所述含有目标组分的溶液中，目标组分的浓度可低至10-5g/mL，相较于初始的10-3g/mL，检测限降低了100倍。
其中，在步骤(3)中，所述塞子可使注液孔道k2的孔口密封，避免干燥时溶剂由注液孔道k2处蒸发，目标组分无法包裹在基质孔道k1的基质表面。
在步骤(3)中，所述干燥方式可为自然挥发、常压加热或真空干燥，由于注液孔道k2的孔口被堵塞，溶质只能经由基质孔道k1挥发，从而带动目标组分进入基质孔道k1并留在基质表面，考虑到基质孔道k1的径向宽度较小，优选干燥方式为真空干燥。
在步骤(4)中，所述红外光谱仪的检测模式为漫反射模式。漫反射模式检测原理为：当一束光进入颗粒内部时，经过透射或折射或在颗粒内部表面反射以后，从样品颗粒内部射出。这样，光束在样品不同颗粒内部经过多次的透射、折射和反射后，从粉末样品表面各个方向射出来，组成漫反射光，这部分漫反射光与样品分子发生了相互作用，因此负载了样品的结构和组成信息，可用于光谱分析。
本发明还提供了一种液相色谱-红外光谱联用的检测方法，所述检测方法使用上述装置；
具体地，液相色谱-红外光谱联用的检测方法包括如下步骤：
步骤1，将含有目标组分的样品进行溶剂化处理，通过液相色谱进行组分分离；
若样品为固体，将其用溶剂溶解后进液相色谱进行组分分离；若样品为液体，可直接进液相色谱进行组分分离，或将溶剂转换为适于液相色谱分离的溶剂后再进行组分分离；
步骤2，使装置基质孔道k1的孔口朝上，向基质孔道k1中加入设定量粉末状基质，墩实基质；
步骤3，使注液孔道k2的孔口朝上，接收液相色谱仪流出的含目标组分的流动相；
步骤4，用塞子堵塞注液孔道k2的孔口，干燥去除其中溶剂；
步骤5，将附件按图2所示放置，使基质孔道k1的孔口朝上，使红外光可进入基质孔道k1，用红外光谱仪对溶质进行检测，得到目标组分的红外光谱图。
实施例
液相色谱分析条件：
岛津公司的液相色谱系统(泵：LC-20AD)；
色谱柱：迪马科技C18柱(150mm×2.1mm，5μm)；
进样量：20.0μL；
流动相：甲醇；
流速：0.400mL/min。
红外光谱分析条件：
显微红外光谱仪，Thermo Scientifictm Nicolet iN10MX
光谱分辨率4cm-1，
扫描次数：256次。
实施例1
称取0.05g苯甲酰胺，用甲醇配制为10ml的苯甲酰胺甲醇溶液。取100微升以上配好的溶液于10ml容量瓶中稀释。配制为5×10-5g/mL的苯甲酰胺的甲醇溶液。
将附件正面放着时，基质孔道k1的孔口朝上，此时向基质孔道k1中加入氧化铜，尽量敦实。当氧化铜灌满之后，将装置如图3所示放置，在注液孔道k2中灌入提前配好的苯甲酰胺的甲醇溶液。当液体从连通处k3的通孔流入基质孔道k1浸湿氧化铜以后，将其放入真空干燥器进行抽真空，直至溶剂挥发干净为止。此时，将附件按图2所示放置，用显微红外光谱仪对溶质进行检测，检测得到的光谱图如图5所示。
由图5可知，分离后的苯甲酰胺在3371和3177cm-1处有N–H伸缩振动吸收峰，在1658和1625cm-1处有羧基的两个反对称振动吸收峰，且在1578cm-1处有C＝C伸缩振动的吸收峰。上述吸收峰均为苯甲酰胺的特征吸收峰。同时，分离后的样品谱图与标准样品谱图具有很好的一致性，说明本发明装置可以应用于实际体系的液相色谱-红外光谱分离检测。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种提高红外检测信号的装置，其特征在于，所述装置包括块状本体，所述块状本体内部设置至少一组以设定角度连通的孔道。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每组孔道包括两个孔道即基质孔道k1和注液孔道k2，
所述基质孔道k1盛装固体基质，所述注液孔道k2盛装待测液体样品，并引导液体样品流入基质孔道k1。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述基质孔道k1和注液孔道k2的末端连通。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，所述基质孔道k1为棱柱状孔道、圆柱状孔道或由外向内直径逐渐缩小的圆锥/台状孔道，优选为圆柱状孔道。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述注液孔道k2为棱锥状孔道、圆柱体和圆锥体组合而成的铅锤状孔道，或者由外向内直径逐渐缩小的圆锥状孔道，优选为铅锤状孔道。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，基质孔道k1的中心线和注液孔道k2的中心线之间的夹角为80°～120°，优选为90°～100°。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，块状本体内部设置两组以上的孔道，
优选地，每组孔道中的基质孔道k1平行设置，注液孔道k2平行设置。
8.一种提高红外检测信号装置的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：
步骤(1)，使基质孔道k1的孔口朝上，向基质孔道k1中加入设定量的粉末状基质，墩实基质；
步骤(2)，使注液孔道k2的孔口朝上，向注液孔道k2中注入含有目标组分的溶液；
步骤(3)，用塞子堵塞注液孔道k2的孔口，干燥去除其中溶剂；
步骤(4)，使基质孔道k1的孔口朝上，用红外光谱仪对基质孔道k1中的溶质进行检测，得到目标组分的红外光谱图。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，
在步骤(2)中，所述含有目标组分的溶液中，目标组分的浓度可低至10-5g/mL；和/或
在步骤(3)中，所述干燥方式可为自然挥发、常压加热或真空干燥，优选为真空干燥。
10.一种液相色谱-红外光谱联用的检测方法，其特征在于，所述检测方法使用权利要求1至7之一所述装置。
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