CN107478497A - 固相微萃取低温辅助设备及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固相微萃取低温辅助设备及其应用。该辅助设备包括容器本体和贯穿容器本体的腔体，以及位于容器本体上的注液口，通过注液口可以注入恒温液。该辅助设备容器本体外侧是真空层，且底部有一环形凹槽；辅助设备有两个相连的贯穿整个辅助设备的圆柱腔体。在进行顶空固相微萃取时，将样品瓶放入盛水的杯中，然后将上述保温辅助设备盖到杯上并且对好凹槽，再将固相微萃取针管(不锈钢套管)通过辅助设备的顶部穿过样品瓶密封垫，插入样品瓶中，然后推出萃取头，置于样品上部空间，进行萃取。

Description

固相微萃取低温辅助设备及应用
技术领域
本发明涉及固相微萃取辅助设备，具体涉及一种降低固相萃取器针管温度的辅助设备。
背景技术
SPME(固相微萃取)是在固相萃取(SPE)技术上发展起来的一种微萃取分离技术，是一种集采样，萃取，浓缩和进样于一体的无溶剂样品微萃取新技术。与固相萃取技术相比，固相微萃取操作更简单，携带更方便，操作费用也更加低廉；另外克服了固相萃取回收率低、吸附剂孔道易堵塞的缺点。因此成为目前所采用的样品前处理技术中应用最为广泛的方法之一。
基本的固相微萃取是通过石英纤维头表面涂渍的高分子层对样品中的有机分子进行萃取和预富集，完成样品前处理过程。
固相微萃取的装置类似于一支气相色谱的微量进样器，萃取头是在一根石英纤维上涂上固定相微萃取涂层，外套细不锈钢管以保护石英纤维不被折断，纤维头可在钢管内伸缩。将纤维头浸入样品溶液中或顶空气体中一段时间，同时搅拌溶液以加速两相间达到平衡的速度，待平衡后将纤维头取出。在进样过程中，利用气相色谱进样器的高温，液相色谱、毛细管电泳的流动相将吸附的组分从固定相中解析下来，由色谱仪进行分析，提高了分析速度及灵敏度。固相微萃取技术几乎可以用于气体、液体、生物、固体等样品中各类挥发性或半挥发性物质的分析。
影响SPME萃取效率的因素很多，主要是对干扰分析物吸附和解析的因素进行优化。影响分析物吸附的主要参数有萃取温度、纤维表面固定相类型、萃取时间、离子强度、PH值和搅拌。
温度是固相微萃取中最重要的参数之一，升高萃取温度可以显著缩短萃取平衡时间，加快分析流程，但也会带来两种截然相反的结果。从动力学角度分析，SPME过程中温度升高可以加大分析物的扩散系数，提高分析物涂层纤维萃取头的传质速率。而从热力学的理论看，萃取过程是放热过程，取得分析物总量会随着温度升高而减小。另外过高的温度会降低萃取头中固定相组分的吸附能力。选择一个合适的温度对提高分析方法灵敏度非常重要。
高温能提高沸点较高物质的扩散系数实现顶空萃取，同时也能使分析物从样品中更好的释放出来；但温度升高会导致分析物分配系数减小从而降低萃取效率。
Petersen等(Petersen M B，Poll L.EurFood Res Technol，1999,209:251)为了防止过高温度导致的萃取灵敏度降低，在固相微萃取手柄加装液态二氧化碳冷却装置可以在加热样品的同时冷却涂层。在该装置中，一根石英毛细管的一端被烧结密封并涂上涂层(涂层在毛细管的外表面)。通过内毛细管将液态二氧化碳送至外毛细管有涂层的一端，这样涂层的温度就会比样品温度低。萃取纤维内部冷却的方法能够有效提高SPME的灵敏度和萃取速率。
发明内容
目前现有技术中存在的技术问题是，固相微萃取器的萃取纤维内部冷却系统装置复杂，操作繁琐，且成本较高，液态二氧化碳的使用有一定危险性。
具体来说，本发明提出了如下技术方案：
本发明提供了固相微萃取辅助设备(1)，其特征在于，所述辅助设备(1)包括容器本体和贯穿容器本体的腔体，以及位于容器本体上的注液口(7)，优选腔体上端横截面小于下端横截面，例如腔体形状可以为锥形体。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，所述注液口(7)大小为任意大小，优选所述注液口(7)通过塞或螺旋帽进行密封。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，所述注液口(7)为容器本体的敞口。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，所述容器本体外侧为真空层(3)，优选真空层(3)厚度为0.2-0.8cm，更优选真空层(3)厚度为0.4-0.6cm。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，辅助设备(1)设有凹槽(8)，凹槽(8)位于容器本体下端面，优选凹槽(8)深度为0.1-0.6cm，更优选凹槽(8)深度为0.2-0.4cm。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，所述腔体包括第一腔体(6)和第二腔体(5)，第一腔体(6)位于辅助设备(1)上部，第二腔体(5)位于辅助设备(1)下部，第一腔体(6)截面小于第二腔体(5)。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，所述第一腔体(6)横截面为圆形，第一腔体横截面的直径应小于萃取器手柄下端，以便固定萃取器，优选第一腔体(6)直径为0.6-1.1cm，进一步优选所述第一腔体(6)高度为0.2-0.8cm。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，优选所述第二腔体(5)横截面为圆形，第二腔体的直径应大于样品瓶的直径，优选第二腔体(5)直径为2-3.5cm，进一步优选所述第二腔体(5)高度为4-6cm。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，所述容器本体的外径应大于萃取时用杯(10)的外径，优选容器本体外径为8-12cm。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，所述容器本体用石英玻璃材料或高分子材料，优选的是，所述腔体外壁用石英玻璃材料或金属材料。
优选的是，上述的辅助设备(1)，其中，所述辅助设备(1)底部设有防水隔热隔层。
另一方面，本发明还提供了利用辅助设备(1)进行保温固相微萃取的方法，包括以下步骤：
通过注液口(7)向本发明的辅助设备(1)中注入恒温液；
将样品加入样品瓶(10)中，将样品瓶(10)放入杯(9)内，向杯(9)中注入热水，优选热水高度与样品瓶(10)中样品高度一致；
将辅助设备(1)放到杯(9)上；
和将固相微萃取器(11)通过辅助设备(1)中的腔体插入样品瓶(10)，然后推出萃取纤维(12)，进行萃取。
优选的是，所述的方法，其中，所述恒温液温度低于常温，优选所述恒温液温度为0-10℃，进一步优选所述恒温液选自水、或水和乙醇混合物。
本发明的有益效果包括：
提供了新型固相微萃取低温辅助设备，设备简单，有效降低涂层纤维萃取头周围的温度，样品加热时涂层纤维萃取头不会受影响，提高固相微萃取方法灵敏度，且操作简便成本低廉，安全可靠。
采用本辅助设备进行顶空固相微萃取，升高萃取温度缩短了萃取平衡时间，有效提高分析效率，并且不会导致萃取取得的分析物总量减少。升温时，杯中的水起到了水浴加热的作用，待温度稳定后，保温辅助设备中的恒温液使顶空部分温度不会有太大变化，不会降低萃取效率。
附图说明
图1是本发明实施例1所示辅助设备三维示意图。
图2是本发明实施例1所示辅助设备插入萃取器时的平面图。
图3是本发明实施例1辅助设备进行萃取时的示意图。
图1-图3中，1：保温辅助设备；2：真空层外壁；3：真空层；4：真空层内壁；5：第二腔体；6：第一腔体；7：注液口；8：环形凹槽；9：烧杯；10：样品瓶；11：萃取器；12：萃取纤维(纤维不可伸入到环形凹槽8对应平面位置)。
图4是不同萃取温度下苯的固相微萃取效果图。
具体实施方式
下面结合附图本发明优选的固相微萃取辅助设备及其有益技术效果进行详细说明。
本发明优选的保温辅助设备(1)，为一个圆柱状容器，采用石英玻璃材料制成，保温辅助设备(1)的本体外侧为厚度为0.2-0.8cm的真空层(3)，且底部有凹槽(8)，凹槽(8)形状与杯(9)口形状一致，使得杯(9)口嵌入凹槽(8)，设备(1)可以固定在杯(9)上，凹槽(8)深度为0.1-0.6cm；保温辅助设备(1)有两个相连的贯穿整个设备(1)的腔体，第一腔体(6)位于保温辅助设备(1)顶部，贯穿辅助设备(1)顶部，其截面形状可以是圆形或方形,只要能够将固相微萃取器(11)固定于保温辅助设备(1)顶部即可；第二腔体(5)贯穿保温辅助设备(1)底部，其横截面大于第一腔体(6)横截面，且第二腔体(5)能容纳样品瓶(10)，第二腔体(5)上端面与辅助设备(1)顶部内壁相接；第二腔体(5)高度为4-6cm，第二腔体(5)外壁与真空层内壁(4)之间形成空腔A。保温辅助设备(1)顶端有一注液口(7)，可将恒温液注入空腔A中，注液口(7)有螺旋纹，注入恒温液后用螺帽盖好。
本发明所用萃取器(1)已经商品化，其基本构成为操作手柄和萃取头两部分，萃取头包括萃取纤维(12)和针管(不锈钢套管)，通过手柄可以将萃取纤维(12)从针管推出和缩回。
在进行顶空固相微萃取时，先将样品和搅拌子等加入样品瓶(10)中，再将样品瓶(10)放入盛热水的杯(9)中，然后将上述保温辅助设备(1)(保温辅助设备(1)中提前通过注液口(7)注入恒温液，恒温液温度应低于常温，优选恒温液温度为0-10℃)盖到杯(9)上，杯(9)的上边缘嵌入凹槽(8)，再将固相微萃取器(1)针管(不锈钢套管)通过辅助设备(1)的顶部第一腔体(6)穿过样品瓶(10)的密封垫，插入样品瓶(10)中，然后向下(样品方向)推出萃取纤维(12)，萃取纤维(12)置于样品上部空间，进行萃取。萃取时间大约20-30min，以达到目标化合物吸附平衡为准。最后缩回萃取纤维(12)，将针管拔出，萃取完毕。
萃取完毕后，将萃取器(11)针管刺入气相色谱仪进样口，推手柄杆，伸出纤维(12)，被测组分热脱附后进入色谱柱，缩回纤维(12)，移除针管，可进行进一步气相色谱分析。
实施例1
如图1和图2所示，保温辅助设备(1)为圆柱体结构，其直径为7.75cm，高度为5.5cm(高度不包括注液口(7))；辅助设备(1)的外壁(2)内侧设有厚度为0.5cm的真空层(3)，且底部有一外直径为5.75cm，内直径为5.15cm的环形凹槽(8)；保温辅助设备(1)有两个相连的贯穿整个辅助设备的圆柱腔体，辅助设备顶部中心有一个第一腔体(6)，第一腔体(6)的直径为1cm，高度为0.5cm；底部中心有一个第二腔体(7)，第二腔体(5)的直径为2.75cm，高度为5cm。辅助设备(1)顶部有一凸起注液口(7)，注液口(7)外侧有螺旋纹，注入恒温液后用螺帽盖好。
在进行顶空固相微萃取时，将样品、氯化钠、搅拌子加入样品瓶(10)中，将样品瓶(10)放入盛热水的杯(9)中，然后将上述保温辅助设备(1)(保温辅助设备(1)中通过注液口(7)提前注入水，水的温度为0℃)盖到杯(9)上，使杯(9)的上边缘嵌入凹槽(8)，再将固相微萃取器(11)的针管(不锈钢套管)通过所述保温辅助设备(1)的顶部第一腔体(6)穿过样品瓶(10)密封垫，插入样品瓶(10)中，然后推出萃取纤维(12)，置于样品上部空间，进行萃取。萃取时间30min，萃取过程中，样品上部空间温度为5-8℃，以达到目标化合物吸附平衡为准。最后缩回萃取纤维(12)，将针管拔出，萃取完毕。
对比例1
将样品、氯化钠和搅拌子加入样品瓶(10)中，将固相微萃取器(11)针管(不锈钢套管)通过样品瓶(10)密封垫插入样品瓶(10)中，然后推出萃取纤维(12)，置于样品上部空间，进行萃取。萃取时间30min，萃取过程中，样品上部空间温度为27-29℃，以达到目标化合物吸附平衡为准。最后缩回萃取纤维，将针管拔出，萃取完毕。
表1和图4为不同温度下苯的响应强度数据，结合表1和图4可以看出，萃取温度在0℃时，苯的萃取效率最佳，有最高响应强度，5-10℃也有较高响应；顶空间(萃取位置)温度降低至0或2℃时，苯的气相色谱响应强度显著高于20℃时的苯响应强度。
因此对苯进行顶空固相微萃取时，实施例1使用了恒温辅助设备(1)，萃取过程中，样品上部空间温度为5-8℃，苯响应强度和萃取效率较高(响应强度大于2000，萃取量高)；而对比例1没有使用恒温辅助设备(1)，萃取过程中，样品上部空间温度为27-29℃，苯的响应强度和萃取效率都有明显下降(响应强度小于500，萃取量低)。
表1：不同温度下苯的响应强度数据
温度(℃) 0 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90
苯(响应强度) 3242 2593 1252 707 428 412 236 258 174 121 102

Claims (12)

1.固相微萃取辅助设备(1)，其特征在于，所述辅助设备(1)包括容器本体和贯穿容器本体的腔体，以及位于容器本体上的注液口(7)，优选腔体上端横截面小于下端横截面。
2.根据权利要求1所述的辅助设备(1)，其中，所述注液口(7)大小为任意大小，优选所述注液口(7)通过塞或螺旋帽进行密封。
3.根据权利要求1所述的辅助设备(1)，其中，所述注液口(7)为容器本体的敞口。
4.根据权利要求1-3任一项所述的辅助设备(1)，其中，所述容器本体外侧为真空层(3)，优选真空层(3)厚度为0.2-0.8cm，更优选真空层(3)厚度为0.4-0.6cm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的辅助设备(1)，其中，辅助设备(1)设有凹槽(8)，凹槽(8)位于容器本体下端面，优选凹槽(8)深度为0.1-0.6cm，更优选凹槽(8)深度为0.2-0.4cm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的辅助设备(1)，其中，所述腔体包括第一腔体(6)和第二腔体(5)，第一腔体(6)位于辅助设备(1)上部，第二腔体(5)位于辅助设备(1)下部，第一腔体(6)截面小于第二腔体(5)。
7.根据权利要求6所述的辅助设备(1)，其中，所述第一腔体(6)横截面为圆形。
8.根据权利要求6或7所述的辅助设备(1)，其中，所述第二腔体(5)横截面为圆形。
9.根据权利要求1-8任一项所述的辅助设备(1)，其中，所述容器本体用石英玻璃材料或高分子材料，优选的是，所述腔体外壁用石英玻璃材料、或金属材料。
10.根据权利要求1-9任一项所述的辅助设备(1)，其中，所述辅助设备(1)底部设有防水隔热隔层。
11.通过权利要求1-10任一项所述辅助设备进行保温固相微萃取的方法，包括以下步骤：
通过注液口(7)向权利要求1-10任一项所述的辅助设备(1)中注入恒温液；
将样品加入样品瓶(10)中，将样品瓶(10)放入杯(9)内，向杯(9)中注入热水，优选热水高度与样品瓶(10)中样品高度一致；
将辅助设备(1)放到杯(9)上；
和将固相微萃取器(11)通过辅助设备(1)中的腔体插入样品瓶(10)，然后推出萃取纤维(12)，进行萃取。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述恒温液温度低于常温，优选所述恒温液温度为0-10℃，进一步优选所述恒温液选自水、或水和乙醇的混合物。
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