CN110115991A - 一种gc/ms用联合热脱附固相萃取棒的制备与使用方法 - Google Patents

一种gc/ms用联合热脱附固相萃取棒的制备与使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气相色谱/质谱(GC/MS)用联合热脱附固相萃取棒的制备与使用方法。制备不同结构和尺寸，且具有不同吸附功能的萃取棒，并用其吸附不同结构或不同种类样品。多只萃取棒被同时放入热脱附管中，经过一次热脱附操作，使得被吸附的样品被全部脱附，并把所有样品直接送入到GC/MS中进行分析，以获取更多样品信息。本发明的优点是根据不同的检测要求，吸附与脱附操作时，使用一只热脱附固相萃取棒；或采用多只不同种类的吸附棒同时进行操作。此外，为了提高某一类物质的检测效果，可同时用多只同种吸附棒进行吸附，以提高吸附容量，并提高对于特定物质的检测灵敏度。本发明的热脱附固相萃取棒具有结构简单、易于组装的特点。

Description

一种GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备与使用方法
技术领域
本发明涉及色谱分离技术领域，具体地说，是一种气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)用联合热脱附固相萃取棒的制备与使用方法。
背景技术
固相萃取是一个包括液相和固相的两相物理萃取过程，是在液固萃取和液相色谱技术的基础上发展起来的一种分离萃取技术。该技术主要利用样品流经固体吸附剂时，不同化合物与吸附剂间的吸附作用的差异，将液体样品中的特定分析物与样品底物以及干扰化合物分离，再通过洗脱液迅速洗脱，达到分离和富集的效果。利用固相萃取进行样品处理，不仅可以有效去除杂质，而且能够提高目标化合物的浓度，有效改善分析方法的灵敏度，目前已经成为常用的样品预处理方法。与其他萃取分离手段相比，固相萃取技术可以缩短预处理的时间、减少溶剂用量、提高样品回收率、减少不稳定样品的损耗，从而提高分析准确性。
热脱附是近年出现的一种新型分析测试样品处理技术，其特点为操作方便，人为干预少，不需要人工样品前处理，易于实现自动化，富集浓缩效率高，可以实现大体积进样，溶剂的使用量少。是现代样品前处理的一项重要技术。采用吸附棒有效地从固体或液体样品中有选择性吸附挥发性和半挥发性物质后，利用热量和惰性气体使吸附棒上的目标化合物在热脱附管中被直接快速脱附，进一步利用载气将分析物转移至气相色谱仪/气相色谱-质谱仪进行分析。该方法多用于对挥发性有毒、、有害物质的分析，灵敏度比传统的溶剂萃取法提高100倍以上，检测限可达10-9量级。
现有萃取技术大多采用“萃取吸附-洗脱剂洗脱”的方法收集所需物质进行检测，但该方法存在无法全部进样、灵敏度低、操作复杂等缺点，此外在气相色谱分离过程中，保留时间短的痕量组分容易被溶剂峰干扰甚至淹没。最近J&W公司推出了多模式复合固相萃取针，其将不同种类的固定相同时固定在同一根萃取针上，进行吸附和热脱附操作，使得一次GC/MS运行能够得到更多的信息量。本发明进一步完善其理念，并且借鉴液相色谱混合固定相的分离分析方法，发展了一种新型GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备及使用方法，可取得更好的效果。
发明内容
本发明的目的就是克服已有技术的不足之处，提供一种气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)用联合热脱附固相萃取棒的制备与使用方法。
本发明的一种气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)用联合热脱附固相萃取棒的制备方法如下：
用玻璃或金属材质制作固相萃取棒，其形状为两端尖锥或半球的棒体或椭球形，其尺寸为直径1mm～5mm，长度为1cm～5cm以适合热脱附管的大小为宜，固相萃取棒使用前前需进行相应的表面进行改性化学处理使其具有所需的吸附功能，得到可分别针对不同种类和结构的物质产生选择性吸附的具有不同选择性的吸附棒。
其中：(1)材质为玻璃的固相萃取棒改性的具体方法为：取石英玻璃基质的固相萃取棒用CH2Cl2对玻璃萃取棒进行清洗，然后用0.05mol/L-0.2mol/L的氢氧化钠溶液处理8h-10h，使玻璃表面的硅羟基充分暴露，用0.05mol/L-0.2mol/L的盐酸溶液处理8h，再用去离子水洗至中性，在氮气保护下，将玻璃萃取棒于100℃～190℃下烘干备用，最后采用溶胶-凝胶法将固定相溶液涂覆到玻璃棒的表面上，经老化固定，进一步采用特别选择性官能团修饰后完成吸附棒制备。
本步骤中，所述固定相溶液为键合型聚二甲基硅氧烷或非键合型聚二甲基硅氧烷或聚丙烯酸酯或二乙烯苯-碳分子筛-聚二甲基硅氧烷共聚物中的一种；涂覆层厚度和老化器的温度、时间设置随固定相溶液性质而定。
(2)材质为金属的固相萃取棒改性的具体方法为：金属棒表面刻蚀采用电化学阳极溶解方法，以金属棒作为阳极，电解液为0.05mol/L-0.2mol/L的酸溶液或碱溶液；石墨电极为阴极，刻蚀电压：5V；时间5-20min；反应结束后，取出金属棒，用去离子水冲洗至中性，在氮气保护下，将金属棒于100℃～190℃下烘干备用。采用溶胶-凝胶法将固定相溶液涂覆到金属棒上，经老化固定，进一步采用特别选择性官能团修饰后完成吸附棒制备。涂覆层厚度和老化器的温度、时间设置随固定相溶液性质而定。
本步骤中，所述金属棒为铜或不锈钢或铝；所述固定相溶液为键合型聚二甲基硅氧烷或非键合型聚二甲基硅氧烷或聚丙烯酸酯或二乙烯苯-碳分子筛-聚二甲基硅氧烷共聚物中的一种，所述酸溶液为硫酸和磷酸水溶液，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，其中碱溶液为电解质溶液仅适用于两性金属，如金属铝。涂覆层厚度和老化器的温度、时间设置随固定相溶液性质而定。
所述特别选择性官能团修饰，为直链烷烃键合改性、亲水聚合物键合改性、大环抗生素类键合改性、离子交换基团改性、手性分离基团改性、亲水化合物改性、纤维素改性，也可以为其他用于吸附分离的气相色谱固定液及液相色谱固定相所采用的表面修饰化合物。以得到具有不同选择性的吸附棒，分别针对不同种类和结构的物质产生选择性吸附。
本发明还提供了一种GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的使用方法，具体使用方法如下：
取一只或多只具有不同分离选择性的固相萃取棒，放入样品溶液中进行吸附分离，吸附完成后将具有不同分离选择性的固相萃取棒全部置入在热脱附管中，经一次热脱附操作，使得吸附的所有样品全部脱附，并直接进入到气相色谱/质谱联用仪GC/MS中进行分离分析，其使用方法的具体步骤如下：
(1)将吸附棒浸入到样品溶液中，辅助以适当搅拌，加速其吸附平衡。也可以同时将多只不同性质的吸附棒同时加入到样品溶液中，同时完成吸附操作；
(2)吸附时间一般为1min～1h，吸附完成后，将吸附棒取出，用滤纸拭去其表面多余的溶液，阴干，或直接应用；
(3)依次将不同的吸附棒装入到热脱附管中，进行一般的热脱附操作；
(4)热脱附操作，并联用GC/MS完成进一步的分析任务。
吸附与脱附操作可以采用一种、一只单独使用；也可以采用多只、不同种类的吸附棒同时进行。此外，为了提高某一类物质的检测效果，可能同时采用同一种多只吸附棒进行吸附，以提高其吸附容量，提高对于特定物质的检测灵敏度。
本发明的有益效果是：
(1)吸附棒的形状为两端尖锐或平滑的半圆形，保证在热脱附管中两种不同表面改性的吸附棒有最小的接触面，以及尽可能将其全部表面暴露在脱附管内的空间中，保证脱附操作能够快速完成；
(2)本发明所述的热脱附固相萃取棒可以根据具体的检测要求，在吸附与脱附操作过程中，只使用一种、一只固相萃取，也可以采用多只、不同种类的吸附棒同时进行；
(3)可以同时采用同种多只热脱附固相萃取棒进行吸附、脱附操作，提高特定样品的吸附容量，以提高对于特定物质的检测灵敏度；
(4)热脱附固相萃取棒省去溶剂洗脱和浓缩的过程，有效地缩短预处理的时间，同时实现大体积进样，更易于获取全面的样品信息；
(5)所设计的萃取棒有多种形状、材质、改性方法及组合方式，结构简单，易于组装，使用方便。
附图说明
图1为两端半球型小棒体示意图。
图2为椭圆型小棒体示意图。
图3为两端尖锥型小棒体示意图。
图4为联合热脱附固相萃取棒在热脱附管中的组装图。
图5为一种香水样品吸附并热脱附后GC/MS分析总离子流图。
图6为东革阿里水提样品吸附并热脱附后GC/MS分析总离子流图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明
实施例一：
一种香水样品的GC/MS分析
1.固相萃取棒的制备：
(1)固相萃取棒的材质为玻璃，其形状为两端半球的棒体(参见图1、)，其尺寸为直径2mm，长度为3cm
(2)萃取棒的清洗及预处理：
用CH2Cl2对玻璃萃取棒进行清洗，然后用1mol/L的NaOH溶液处理8h，使玻璃表面的硅羟基暴露，用0.1mol/L的盐酸溶液处理8h，再用去离子水洗至中性。在氮气保护下，将玻璃萃取棒于100℃～190℃中烘干备用。
(3)表面涂敷：
采用溶胶-凝胶法将聚二甲基硅氧烷溶液涂覆到玻璃表面，在老化器中老化固定(300℃，加热4h)。吸附棒用6mL丙酮活化，流速为2滴·S-1。
(4)表面改性：
对固相萃取棒的表面进行改性化学处理使其具有所需的吸附功能。采用特别选择性官能团修饰，本实施例采用两种固相萃取棒，分别采用18烷基硅氧烷和万古霉素改性。
2、吸附萃取操作：
将两只不同改性的吸附棒浸入到香水样品中，采用玻璃棒缓慢搅拌，加速其吸附平衡，吸附时间30min。吸附完成后，将吸附棒取出，用滤纸拭去其表面多余的溶液，阴干。
3、热脱附与GC/MS分析
依次将二只萃取棒装入到热脱附管中(参见图4，两者顺序不分前后)，设定热脱附程序：初始温度100℃，恒温1min；以50℃/min的升温速率升温至300℃；恒温1min。冷阱温度设定为-150℃，在样品加热过程中挥发的有机物在色谱柱前端冷凝。当升温程序结束，GC开始程序升温，在柱前端聚集的物质被引入GC/MS，进行分离检测。其结果如图5所示。与单独采用一种萃取棒相比，出峰数及部分峰的高度得到明显改善。
实施例二：
东革阿里水提样品的GC/MS分析
与实施例一不同的是固相萃取棒的材质为金属的，如：铜或不锈钢或铝，本实施例固相萃取棒的材质为铜，具体步骤如下：
1.固相萃取棒的制备
(1)固相萃取棒的材质为铜，其形状为椭球棒体(参见图2)，其尺寸为最大直径2mm，长度3cm。
(2)萃取棒的预处理：采用电化学阳极溶解方法对金属棒表面进行刻蚀，以椭球铜棒为阳极、石墨电极为阴极，磷酸/磷酸钠(pH 5)作为电解液，5V直流电，电解5min。取出金属棒，用去离子水冲洗至中性，在氮气保护下，将金属棒于100℃～190℃下烘干备用。
(3)表面涂敷：采用聚丙烯酸酯涂敷3次，厚度约1微米。
(4)表面改性：采用3种改性剂进行改性，分别为：羧甲基纤维素、氨基和苯磺酸基。具体方法来自已有文献的方法。
2.样品处理
将东革阿里样品粉碎成粉末状，称取10g用滤纸包好，置于索氏抽提器中，加入100mL甲醇和水的混合溶液(体积比1：1)，抽提6h。
3.吸附萃取
三只吸附棒被同时浸入到提取液中，用玻璃棒缓慢搅拌，加速其吸附平衡。吸附时间为40min。吸附完成后，将吸附棒依次取出，用滤纸拭去其表面多余的溶液，备用。
4.热脱附及GC/MS分析
依次将三只吸附棒装入到热脱附管中(参见图4)，设定热脱附程序：初始温度100℃，恒温1min；以50℃/min的升温速率升温至300℃；恒温1min。冷阱温度设定为-150℃，在样品加热过程中挥发的有机物在色谱柱前端冷凝。当升温程序结束，GC开始程序升温，在柱前端聚集的物质被引入GC/MS，完成分离检测，其结果如图6所示。

Claims (9)

1.一种GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备方法，其特征在于：用玻璃或金属材质制作固相萃取棒，固相萃取棒的形状为两端尖锥或半球的棒体或椭球形，固相萃取棒的尺寸为直径1mm～5mm，长度为1cm～5cm以适合热脱附管的大小，对固相萃取棒的表面进行改性化学处理使其具有所需的吸附功能，其中材质为玻璃的固相萃取棒改性的具体方法为：取石英玻璃基质的固相萃取棒用CH2Cl2对玻璃萃取棒进行清洗，然后用0.05mol/L-0.2mol/L的氢氧化钠溶液处理8h-10h，使玻璃表面的硅羟基充分暴露，用0.05mol/L-0.2mol/L的盐酸溶液处理8h-10h，再用去离子水洗至中性，在氮气保护下，将玻璃萃取棒于100℃～190℃下烘干备用，再采用溶胶-凝胶法将固定相溶液涂覆到玻璃棒的表面上，经老化固定，进一步采用官能团修饰后完成吸附棒制备。
2.一种GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备方法，其特征在于：用玻璃或金属材质制作固相萃取棒，固相萃取棒的形状为两端尖锥或半球的棒体或椭球形，固相萃取棒的尺寸为直径1mm～5mm，长度为1cm～5cm以适合热脱附管的大小，对固相萃取棒的表面进行改性化学处理使其具有所需的吸附功能，其中材质为金属的固相萃取棒改性的具体方法为：金属棒表面刻蚀采用电化学阳极溶解方法：以金属棒作为阳极，电解液为0.05mol/L-0.2mol/L的酸溶液或碱溶液，石墨电极为阴极，刻蚀电压为5V，刻蚀时间5-20min，反应结束后，取出金属棒，用去离子水冲洗至中性，在氮气保护下，将金属棒于100℃～190℃下烘干备用，采用溶胶-凝胶法将固定相溶液涂覆到金属棒上，经老化固定，进一步采用官能团修饰后完成吸附棒制备。
3.根据权利要求1或2所述的GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备方法，其特征在于：所述固定相溶液为键合型聚二甲基硅氧烷或非键合型聚二甲基硅氧烷或聚丙烯酸酯或二乙烯苯-碳分子筛-聚二甲基硅氧烷共聚物。
4.根据权利要求1或2所述的GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备方法，其特征在于：所述官能团修饰为直链烷烃键合改性或亲水聚合物键合改性或大环抗生素类键合改性或离子交换基团改性或手性分离基团改性或亲水化合物改性或纤维素改性。
5.根据权利要求1或2所述的GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备方法，其特征在于：固定相溶液涂覆的厚度和老化固定的温度、时间设置随固定相溶液性质而定。
6.根据权利要求2所述的GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备方法，其特征在于：所述材质为金属的固相萃取棒的金属为铜或不锈钢或铝。
7.根据权利要求2所述的GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的制备方法，其特征在于：所述酸溶液为硫酸和磷酸水溶液，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。
8.一种GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的使用方法，其特征在于：取一只或多只具有不同分离选择性的固相萃取棒，放入样品溶液中进行吸附分离，吸附完成后将具有不同分离选择性的固相萃取棒全部置入在热脱附管中，经一次热脱附操作，使得吸附的所有样品全部脱附，并直接进入到气相色谱/质谱联用仪GC/MS中进行分离分析，其使用方法的具体步骤如下：
(1)将一只或多只吸附棒浸入到样品溶液中，辅助以适当搅拌，加速其吸附平衡；
(2)吸附时间为1min～1h，吸附完成后，将吸附棒取出，用滤纸拭去其表面多余的溶液，阴干，或直接应用；
(3)依次将不同的吸附棒装入到热脱附管中，进行热脱附操作；
(4)进行热脱附操作，并联用GC/MS完成进一步的分析任务。
9.根据权利要求8所述的一种GC/MS用联合热脱附固相萃取棒的使用方法，其特征在于：吸附与脱附操作采用一种一只单独使用，或采用多只不同种类的吸附棒同时使用，或采用多只同一种类的吸附棒同时使用。
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