CN108760425A - 一种氧化石墨烯基前处理装置及其在食品检测中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氧化石墨烯基前处理装置其在食品检测中的应用，该装置包括第一电磁铁、第二电磁铁、密封箱、样品池、安装盖和若干有机玻璃管。有益效果：处理步骤简单，无需进行样品洗脱等操作，同时采用多根有机玻璃管提高了富集的效率；适用于对食品中水溶性物质的分析检测，对特殊物质无需增加额外操作；分析结果不会因为材料不同导致不同；利用氧化石墨烯的薄膜性质，将其涂布在有机玻璃管上，再利用其强亲水性，高效地实现对待检物的分离和富集；采用有机玻璃管为载体，附着氧化石墨烯层，氧化石墨烯层具有一定强度的机械性能，且氧化石墨烯层的亲水性将有助于有机玻璃管从填充液‑水混合物吸取水，进而达到从样品中分离待检测物质的目的。

Description

一种氧化石墨烯基前处理装置及其在食品检测中的应用

技术领域

本发明涉及食品分析检测辅助装置领域，具体涉及一种氧化石墨烯基前处理装置及其在食品检测中的应用。

背景技术

食品分析检测，特别是对其中的有害物质进行分析检测，对目前越来越严峻的食品安全形式尤其重要。对食品分析检测，样品前处理是核心。

对食品进行样品前处理一般采用固相萃取技术(SPE)、液相微萃取技术(LPME)、固相微萃取(SPME)和磁分离技术等。其中，SPE、LPME和SPME为常规处理技术，SPE基于选择性吸附目标物、洗脱杂质分子的液相色谱法分离原理，能有效降低复杂基质干扰、提高快检方法的灵敏度与准确度；LPME和SPME具有介质体积小、萃取平衡时间短、采样装置便携、操作简便、适于现场采样等特点，且易与后续食品安全快检技术联用实现复杂实际样品痕量组分的快检分析。

磁分离技术一般采用具有磁性的富集材料为前处理介质，在前处理过程完成后采用磁铁吸引即可实现富集材料与样品基体的分离。磁分离技术不仅减少了离心、过滤等样品前处理步骤，降低了样品损失率、缩短了分析时间，而且易于与食品安全快检技术联用，提高了食品安全快检技术的准确度和精密度。

氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。

氧化石墨烯能够被均匀涂布在载体上，操作方法参见中国专利CN 105666977 A公开的一种涂布方法。

以上分析方法在对一些较难分析的水溶性物质进行处理时，往往会导致以下问题：

1)SPE、LPME、SPME和磁分离技术等需要进行洗脱等操作，洗脱的程度往往较难让人满意；

2)对一些特殊物质的分离还需进行其他处理，如对食品中丙烯酰胺的处理，需要进行柱前衍生等操作；

3)使用的吸附材料不同，往往具有不同的分析结果。

发明内容

本发明提供了一种氧化石墨烯基前处理装置，解决了现有技术中食品样品前处理往往需要洗脱等操作，不同的吸附材料分析效果不一致且对特殊物质还需额外操作等的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种氧化石墨烯基前处理装置，包括由底板和可拆卸安装在底板上的密封箱；密封箱上下端分别设置有第一电磁铁和第二电磁铁；密封箱内设置有开口朝上的样品池，样品池内竖直设置有若干有机玻璃管，有机玻璃管下端位于样品池内，有机玻璃管上端伸出样品池上端的开口端之外，有机玻璃管内壁覆盖有氧化石墨烯层；

还包括安装盖，安装盖开口端与样品池开口端扣合，安装盖内顶面面积覆盖样品池开口端，安装盖顶面开设有若干供有机玻璃管螺纹连接的螺孔；其中有机玻璃管外设置有与螺孔配合的螺纹；

有机玻璃管内还安装有磁性柱，磁性柱可滑动式密封设置在有机玻璃管内；

其中，第一电磁铁和第二电磁铁端面均覆盖样品池的上下面；

还包括安装在密封箱上的分别为第一电磁铁和第二电磁铁供电的电池组，其中第一电磁铁和第二电磁铁的引力大小可通过对调节电池组供电电流大小来实现；特别地，有机玻璃管靠近样品池底部的一端与样品池底部距离可通过有机玻璃管的螺纹连接程度进行调节。

进一步地，第一电磁铁南极/北极与第二电磁铁的北极/南极相对，以保证第一电磁铁和第二电磁铁之间为相互吸引。

进一步地，样品池和密封箱均为透明材质制成，以方便观察装置内部情况，且样品池壁上设置有刻度线，刻度线从样品池底部向上延伸。

进一步地，安装盖上底部厚度为有机玻璃管长度的10％，以供有机玻璃管螺纹连接。

本技术方案中，调节第一电磁铁和第二电磁铁的引力大小不等，两者对磁性柱的吸引/排斥作用存在差异，以使的磁性柱能在有机玻璃管中滑动，磁性柱向上滑动，能将物质抽进有机玻璃管中，向下滑动，能将有机玻璃管中的物质推出；特别地，装置初始状态时，磁性柱位于有机玻璃管远离安装盖的一端，且与有机玻璃管端面平齐；特别地，采用第一电磁铁和第二电磁铁同时工作，能保证磁性柱两自由端面受力均匀，减小其因为受力不均发生故障的概率；特别地，样品池与密封箱之间为可拆卸连接。

本发明还提供了上述装置在食品检测中的应用方法，按重量计，步骤如下：

S1取样3～5份样品碾碎加入纯水和填充液，其中样品份数：纯水体积：填充液体积为1：(3～5)：(5～7)，磁力搅拌10～20min，过滤，得填充液-水混合物；

S2将S1中填充液-水混合物转入样品池，均匀布满样品池底部，将安装盖扣装在样品池上，安装密封箱，然后同时开启第一电磁铁和第二电磁铁的电池组，调节电池组使第一电磁铁引力大于第二电磁铁；

S3当S2中样品池中液面下降纯水体积时，同时断开第一电磁铁和第二电磁铁的电池组，依次拆下密封箱和安装盖，将样品池中的余物清除，并将样品池清洗干净；

S4重新安装安装盖和密封箱，然后同时开启第一电磁铁和第二电磁铁的电池组，调节电池组使第二电磁铁引力大于第一电磁铁；当S3中样品池中液面上升纯水体积时，同时断开第一电磁铁和第二电磁铁的电池组，依次拆下密封箱和安装盖，将样品池中的液体收集用于分析检测。

以上步骤中，填充液包括植物油、矿物油和四氯化碳中的一种或多种，填充液的实用是为了增加样品体系的体积，并为一部分固体样品及其他杂质提供容纳空间的。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1)处理步骤简单，装置使用无需进行样品洗脱等操作，同时采用多根有机玻璃管对样品进行富集，提高了富集的效率，且有机玻璃管数量越多效果越好；

2)适用于对食品中水溶性物质的分析检测，对特殊物质无需增加额外操作；

3)分析结果不会因为材料不同导致不同；

4)本发明利用氧化石墨烯的薄膜性质，将其涂布在有机玻璃管上，再利用其强亲水性，从样品体系中分离含有待检物的水，高效地实现对待检物的分离和富集；

5)本发明采用有机玻璃管为载体，附着氧化石墨烯层，氧化石墨烯层具有一定强度的机械性能，磁性柱滑动不会对其造成磨损，同时不会影响磁性柱在有机玻璃管中滑动，且氧化石墨烯层的亲水性将有助于有机玻璃管从填充液-水混合物吸取水，同时避免填充液进入，进而达到从样品中分离待检测物质的目的；

6)采用样品池中液面升降来标识操作进程，避免了有机玻璃管因内壁附着氧化石墨烯层而不便观察磁性柱滑动情况，使得操作能够及时结束，避免时间过长，有机玻璃管中混入其他杂质。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中有机玻璃管结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：第一电磁铁1、电池组2、密封箱3、样品池4、安装盖5、有机玻璃管6、氧化石墨烯层7、磁性柱8、第二电磁铁9。

具体实施方式

实施例1：

如图1～2，本实施例提出了一种氧化石墨烯基前处理装置，包括由底板和可拆卸安装在底板上的密封箱3；密封箱3上下端分别设置有第一电磁铁1和第二电磁铁9；密封箱3内设置有开口朝上的样品池4，样品池4内竖直设置有若干有机玻璃管6，有机玻璃管6下端位于样品池4内，有机玻璃管6上端伸出样品池4上端的开口端之外，有机玻璃管6内壁覆盖有氧化石墨烯层7；

还包括安装盖5，安装盖5开口端与样品池4开口端扣合，安装盖5内顶面面积覆盖样品池4开口端，安装盖5顶面开设有若干供有机玻璃管6螺纹连接的螺孔；其中有机玻璃管6外设置有与螺孔配合的螺纹；

有机玻璃管6内还安装有磁性柱8，磁性柱8可滑动式密封设置在有机玻璃管6内；

其中，第一电磁铁1和第二电磁铁9端面均覆盖样品池4的上下面；

还包括安装在密封箱3上的分别为第一电磁铁1和第二电磁铁9供电的电池组2，其中第一电磁铁1和第二电磁铁9的引力大小可通过对调节电池组2供电电流大小来实现；特别地，有机玻璃管6靠近样品池4底部的一端与样品池4底部距离可通过有机玻璃管6的螺纹连接程度进行调节。

进一步地，第一电磁铁1南极/北极与第二电磁铁9的北极/南极相对，以保证第一电磁铁1和第二电磁铁9之间为相互吸引。

进一步地，样品池4和密封箱3均为透明材质制成，以方便观察装置内部情况，且样品池4壁上设置有刻度线(未示出)，刻度线从样品池4底部向上延伸；特别地，刻度线与磁性柱8下端面平齐的读数为所有有机玻璃管6内样品容纳腔的体积。

进一步地，安装盖5上底部厚度为有机玻璃管6长度的10％，以供有机玻璃管6螺纹连接，特别地，这样能够使得有机玻璃管6稳定地上下移动，不会发生周向的偏移。

本实施例中，调节第一电磁铁1和第二电磁铁9的引力大小不等，两者对磁性柱8的吸引/排斥作用存在差异，以使的磁性柱8能在有机玻璃管6中滑动，磁性柱8向上滑动，能将物质抽进有机玻璃管6中，向下滑动，能将有机玻璃管6中的物质推出；特别地，装置初始状态时，磁性柱8位于有机玻璃管6远离安装盖5的一端，且与有机玻璃管6端面平齐；特别地，采用第一电磁铁1和第二电磁铁9同时工作，能保证磁性柱8两自由端面受力均匀，减小其发生故障的概率；特别地，样品池4与密封箱3之间为可拆卸连接。

本实施例针对油炸食品中丙烯酰胺的检测提供了上述装置的应用方法，按重量计，步骤如下：

S1市售薯片样品3g进行碾碎，加入纯水9ml和植物油15ml，磁力搅拌10min，过滤，得填充液-水混合物；

S2将S1中填充液-水混合物转入样品池4，均匀布满样品池4底部，将安装盖5扣装在样品池4上，安装密封箱3，然后同时开启第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，调节电池组2使第一电磁铁1引力大于第二电磁铁9；

S3当S2中样品池4中液面下降9ml时，同时断开第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，依次拆下密封箱3和安装盖5，将样品池4中的余物清除，并将样品池4清洗干净；

S4重新安装安装盖5和密封箱3，然后同时开启第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，调节电池组2使第二电磁铁9引力大于第一电磁铁1；当S3中样品池4中液面上升9ml时，同时断开第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，依次拆下密封箱3和安装盖5，将样品池4中的液体收集用于分析检测；

其中，分析检测方法采用紫外分光光度法(参见郝亚楠，等的《紫外分光光度法快速测定油炸食品中丙烯酰胺的含量》(粮食加工，1613年第38卷第1期))，所得结果为0.781mg/kg。

实施例2

本实施例除以下内容外，其余部分均与实施例1相同；不同之处在于：

本实施例针对油炸食品中丙烯酰胺的检测提供了上述装置的使用方法，按重量计，步骤如下：

S1市售虾条样品4g进行碾碎，加入纯水16ml和矿物油(液体石蜡)24ml，磁力搅拌15min，过滤，得填充液-水混合物；

S2将S1中填充液-水混合物转入样品池4，均匀布满样品池4底部，将安装盖5扣装在样品池4上，安装密封箱3，然后同时开启第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，调节电池组2使第一电磁铁1引力大于第二电磁铁9；

S3当S2中样品池4中液面下降16ml时，同时断开第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，依次拆下密封箱3和安装盖5，将样品池4中的余物清除，并将样品池4清洗干净；

S4重新安装安装盖5和密封箱3，然后同时开启第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，调节电池组2使第二电磁铁9引力大于第一电磁铁1；当S3中样品池4中液面上升16ml时，同时断开第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，依次拆下密封箱3和安装盖5，将样品池4中的液体收集用于分析检测；

其中，分析检测方法采用紫外分光光度法(参见郝亚楠，等的《紫外分光光度法快速测定油炸食品中丙烯酰胺的含量》(粮食加工，1613年第38卷第1期))，所得结果为0.217mg/kg。

实施例3

本实施例除以下内容外，其余部分均与实施例1相同；不同之处在于：

本实施例针对油炸食品中丙烯酰胺的检测提供了上述装置的使用方法，按重量计，步骤如下：

S1市售咖啡样品5g加入纯水25ml和四氯化碳35ml，磁力搅拌20min，过滤，得填充液-水混合物；

S2将S1中填充液-水混合物转入样品池4，均匀布满样品池4底部，将安装盖5扣装在样品池4上，安装密封箱3，然后同时开启第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，调节电池组2使第一电磁铁1引力大于第二电磁铁9；

S3当S2中样品池4中液面下降25ml时，同时断开第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，依次拆下密封箱3和安装盖5，将样品池4中的余物清除，并将样品池4清洗干净；

S4重新安装安装盖5和密封箱3，然后同时开启第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，调节电池组2使第二电磁铁9引力大于第一电磁铁1；当S3中样品池4中液面上升25ml时，同时断开第一电磁铁1和第二电磁铁9的电池组2，依次拆下密封箱3和安装盖5，将样品池4中的液体收集用于分析检测；

其中，分析检测方法采用紫外分光光度法(参见郝亚楠，等的《紫外分光光度法快速测定油炸食品中丙烯酰胺的含量》(粮食加工，1613年第38卷第1期))，所得结果为0.804mg/kg。

上述实施例1、2及3中，步骤S2，填充液-水混合物转入样品池4后，将会在样品池4中分层，将安装盖5安装在样品池上4后，调节有机玻璃管6螺纹连接程度，使有机玻璃管6靠近样品池4底部的一端延伸到水层下端面(这根据加纯水量和填充液密度可以确定，其中，实施例1延伸到分层界面以下9ml位置；实施例2延伸到分层界面以下16ml位置；实施例3延伸到分层界面以上25ml位置)；特别地，根据实际操作总结得出：纯水和填充液的添加量越多，有机玻璃管6螺纹连接程度越容易调节，这是因为随着纯水和填充液添加量的增大，它们之间的分层效率越高，且上、下层体积也越大，这扩大了上、下层的可操作范围，使得有机玻璃管6更容易被调节；同时，磁力搅拌的时间越长，也使得分层效率越高，这是因为磁力搅拌时间的增加，它们之间混合越充分，停止后，它们之间排斥力会越大，使得分层效率增大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种氧化石墨烯基前处理装置，其特征在于，包括由底板和可拆卸安装在底板上的密封箱；密封箱上下端分别设置有第一电磁铁和第二电磁铁；密封箱内设置有开口朝上的样品池，样品池内竖直设置有若干有机玻璃管，有机玻璃管下端位于样品池内，有机玻璃管上端伸出样品池上端的开口端之外，有机玻璃管内壁覆盖有氧化石墨烯层；

还包括安装盖，安装盖开口端与样品池开口端扣合，安装盖内顶面面积覆盖样品池开口端，安装盖顶面开设有若干供有机玻璃管螺纹连接的螺孔；其中有机玻璃管外设置有与螺孔配合的螺纹；

有机玻璃管内还安装有磁性柱，磁性柱可滑动式密封设置在有机玻璃管内；

其中，第一电磁铁和第二电磁铁端面均覆盖样品池的上下面。

2.如权利要求1所述的一种氧化石墨烯基前处理装置，其特征在于，第一电磁铁南极/北极与第二电磁铁的北极/南极相对。

3.如权利要求2所述的一种氧化石墨烯基前处理装置，其特征在于，样品池和密封箱均为透明材质制成，且样品池壁上设置有刻度线。

4.如权利要求1所述的一种氧化石墨烯基前处理装置，其特征在于，安装盖上底部厚度为有机玻璃管长度的10％。

5.一种权利要求1～4所述装置在食品检测中的应用，其特征在于，按重量计，包括以下步骤：

S1取样3～5份样品碾碎加入纯水和填充液，其中样品份数：纯水体积：填充液体积为1：(3～5)：(5～7)，磁力搅拌10～20min，过滤，得填充液-水混合物；

S2将S1中填充液-水混合物转入样品池，均匀布满样品池底部，将安装盖扣装在样品池上，安装密封箱，然后同时开启第一电磁铁和第二电磁铁的电池组，调节电池组使第一电磁铁引力大于第二电磁铁；

S3当S2中样品池中液面下降纯水体积时，同时断开第一电磁铁和第二电磁铁的电池组，依次拆下密封箱和安装盖，将样品池中的余物清除，并将样品池清洗干净；

S4重新安装安装盖和密封箱，然后同时开启第一电磁铁和第二电磁铁的电池组，调节电池组使第二电磁铁引力大于第一电磁铁；当S3中样品池中液面上升纯水体积时，同时断开第一电磁铁和第二电磁铁的电池组，依次拆下密封箱和安装盖，将样品池中的液体收集用于分析检测。

6.如权利要求5所述装置在食品检测中的应用，其特征在于，填充液包括植物油、矿物油和四氯化碳中的一种或多种。