CN111122265A - 一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法及系统，包括：经高纯度水对冲击器基板颗粒物质进行超声提取；利用不同极性的溶剂依次对过滤器进行超声处理；分别使用已知孔隙率的多孔过滤膜，从上述的超声处理后的溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒，得到过滤后的溶液；使用设定的化学溶剂对过滤后的溶液进行液‑液萃取，过滤出有机物；对过滤出有机物的溶液进行冷冻干燥处理，得到干燥的颗粒物；将过滤出的有机物加入到干燥的环境颗粒物中，完成颗粒物质的提取。本发明利用不同极性的溶剂进行超声处理，实现了最大化提取效率，将PM从基板和过滤器中高效完整的提取。
Description
技术领域
本发明属于大气颗粒物质提取技术领域，尤其涉及一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的高效、低偏差方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
大气颗粒经常被收集到过滤器和冲击器基板上，用于与之相关的环境颗粒物(PM)的成分、健康影响和气候影响的研究。其中许多研究需要从基板中提取PM，但由于过滤基材和大多数细、超细PM的粘附性和内聚性，在采样过程中PM对基材的高冲击速度：即当颗粒撞击并聚集在过滤器和冲击器基板上时，由于高速碰撞粒子会粘在一起并粘附在过滤基板上。
现有技术中采用的超声处理后冷冻干燥的提取PM方法，一方面可能引入新的基材超声衍生物污染PM，另一方面PM的部分组分并非全为水溶性，，同时冻干过程中可能会挥发一些组分，造成人工提取伪影，导致成分偏差，从而导致毒性偏差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法及系统，能够实现最大化的提取效率，同时最小化提取PM过程中的成分偏差。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法，包括：
经高纯度水对冲击器基板颗粒物质进行超声提取；
利用不同极性的溶剂依次对过滤器进行超声处理；
分别使用已知孔隙率的多孔过滤膜，从上述的超声处理后的溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒，得到过滤后的溶液；
使用设定的化学溶剂对过滤后的溶液进行液-液萃取，过滤出有机物；
对过滤出有机物的溶液进行冷冻干燥处理，得到干燥的颗粒物；
将过滤出的有机物加入到干燥的环境颗粒物中，完成颗粒物质的提取。
作为进一步地改进方案，利用基材超声衍生颗粒和提取的PM之间的尺寸差异，使用已知孔隙率的多孔过滤膜选择性地从超声处理溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒。
作为进一步地改进方案，使用的多孔过滤膜的孔径为0.45μm、0.22μm或0.1μm。
作为进一步地改进方案，在水超声处理之后，利用不同极性的溶剂二氯甲烷和己烷，依次对过滤器进行超声处理。
作为进一步地改进方案，利用二氯甲烷和己烷进行冻干前的液-液萃取。
作为进一步地改进方案，在冻干瓶和冻干室之间插入过滤装置，将被夹带到离开冷冻干燥瓶的流动的水蒸汽中干燥的颗粒回收。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的系统，包括：
用于使用高纯度水对冲击器基板颗粒物质进行超声提取的装置；
用于利用不同极性的溶剂依次对过滤器进行超声处理的装置；
多孔过滤膜，用于分别从上述的超声处理后的溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒，得到过滤后的溶液；
用于使用设定的化学溶剂对过滤后的溶液进行液-液萃取，过滤出有机物的装置；
用于对过滤出有机物的溶液进行冷冻干燥处理，得到干燥的颗粒物的装置；
用于将过滤出的有机物加入到干燥的环境颗粒物中的装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的高效、低偏差方法，利用不同极性的溶剂进行超声处理，实现了最大化提取效率，将PM从基板和过滤器中高效完整的提取。
2.本发明的一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的高效、低偏差方法，减少了过滤基材超声衍生物的污染，提高了提取的PM的纯度。
3.本发明的一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的高效、低偏差方法，减少了如挥发损失以及过滤材料污染或溶剂掺入提取的PM样品等特定步骤中的潜在提取伪影，相对于采样的PM，实现了最小化提取PM过程中的成分偏差。
附图说明
图1为本发明实施例一中提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施例中，公开了一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的高效、低偏差方法，提取方法仍然为超声处理然后冷冻干燥，但是在具体实现过程上进行了改进；能够实现最大化提取效率，即提取的PM质量与过滤器上收集的总PM质量的比率；另外，相对于采样的PM，最小化提取PM过程中的成分偏差(c)尽量减少特定步骤的潜在提取伪影例如挥发损失，PM的化学成分改变以及过滤材料污染或溶剂掺入提取的PM样品中。
具体地，参照图1，本实施方式公开的方法包括如下步骤：
⑴使用高纯度水对冲击器基板颗粒物质进行超声提取。
⑵在最初的水超声处理之后，利用不同极性的溶剂依次对后过滤器进行超声处理。
后过滤器是由PTFE聚四氟乙烯粘合的硼硅酸盐玻璃微纤维构成，用玻璃纤维布加固并用于收集超细(UF)PM。
在水中超声处理可以很好地去除后滤器中的大部分PM，特别是水溶性成分。但部分PM组分可能是不溶于水的或表现出与过滤纤维异常强的粘性结合，并且可能是脂溶性的。
最初的水(H2O；极性质子)超声处理之后，利用不同极性的溶剂二氯甲烷(DCM；极性非质子)和己烷(Hx；非极性)，依次对后过滤器进行超声处理。
(3)使用已知孔隙率的多孔过滤膜选择性地从上述超声处理溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒。
利用基材超声衍生颗粒和提取的PM之间的尺寸差异，使用已知孔隙率的多孔过滤膜选择性地从超声处理溶液中过滤前者，该多孔过滤膜会保留基材超声衍生颗粒但允许PM颗粒通过留存在滤液。
本实施例中，使用的多孔过滤膜的孔径可以为0.45μm、0.22μm或者0.1μm。
(4)最初，PM被完全包裹在冰中并且不受真空条件的影响，但是当冰升华退去并且颗粒暴露时，在此过程中会损失一些半挥发性的一级和二级PM组分，甚至是非挥发性有机物，这一个人工提取造成的伪影，为了避免这种伪影，在冻干之前使用各种化学溶剂进行液-液萃取以过滤出有机物，对过滤出有机物的溶液进行冷冻干燥处理，得到干燥的颗粒物；将过滤出的有机物加入到干燥的环境颗粒物中，完成颗粒物质的提取。
具体地，利用二氯甲烷(DCM；极性非质子)和己烷(Hx；非极性)进行冻干前的液-液萃取；萃取出有机PM组分。在冻干的最后阶段，干燥的颗粒会被夹带到离开冷冻干燥瓶的流动的水蒸汽中，因此必须在冻干瓶和冻干室之间插入过滤装置，以实现干燥PM的100％回收率。过滤装置用于避免干燥的颗粒被夹带到流动的水蒸汽而离开冷冻干燥瓶，造成损失。
实施例二
在一个或多个实施例中，公开了一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的系统，包括：
用于使用高纯度水对冲击器基板颗粒物质进行超声提取的装置；
用于利用不同极性的溶剂依次对过滤器进行超声处理的装置；
多孔过滤膜，用于分别从上述的超声处理后的溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒，得到过滤后的溶液；
用于使用设定的化学溶剂对过滤后的溶液进行液-液萃取，过滤出有机物的装置；
用于对过滤出有机物的溶液进行冷冻干燥处理，得到干燥的颗粒物的装置；
用于将过滤出的有机物加入到干燥的环境颗粒物中的装置。
上述装置的具体工作过程参照实施例一中公开的方法实现，在此不再赘述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法，其特征在于，包括：
经高纯度水对冲击器基板颗粒物质进行超声提取；
利用不同极性的溶剂依次对过滤器进行超声处理；
分别使用已知孔隙率的多孔过滤膜，从上述的超声处理后的溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒，得到过滤后的溶液；
使用设定的化学溶剂对过滤后的溶液进行液-液萃取，过滤出有机物；
对过滤出有机物的溶液进行冷冻干燥处理，得到干燥的颗粒物；
将过滤出的有机物加入到干燥的环境颗粒物中，完成颗粒物质的提取。
2.如权利要求1所述的一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法，其特征在于，利用基材超声衍生颗粒和提取的PM之间的尺寸差异，使用已知孔隙率的多孔过滤膜选择性地从超声处理溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒。
3.如权利要求1所述的一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法，其特征在于，使用的多孔过滤膜的孔径为0.45μm、0.22μm或0.1μm。
4.如权利要求1所述的一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法，其特征在于，利用不同极性的溶剂二氯甲烷和己烷，依次对过滤器进行超声处理。
5.如权利要求1所述的一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法，其特征在于，利用二氯甲烷和己烷进行冻干前的液-液萃取。
6.如权利要求1所述的一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的方法，其特征在于，在冻干瓶和冻干室之间插入过滤装置，将被夹带到离开冷冻干燥瓶的流动的水蒸汽中干燥的颗粒回收。
7.一种提取来自过滤器和冲击器基板颗粒物质的系统，其特征在于，包括：
用于使用高纯度水对冲击器基板颗粒物质进行超声提取的装置；
用于利用不同极性的溶剂依次对过滤器进行超声处理的装置；
多孔过滤膜，用于分别从上述的超声处理后的溶液中过滤掉基材超声衍生颗粒，得到过滤后的溶液；
用于使用设定的化学溶剂对过滤后的溶液进行液-液萃取，过滤出有机物的装置；
用于对过滤出有机物的溶液进行冷冻干燥处理，得到干燥的颗粒物的装置；
用于将过滤出的有机物加入到干燥的环境颗粒物中的装置。
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