CN111346400A - 一种液体样品涡旋差速离心萃取装置及萃取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体样品涡旋差速离心萃取装置及萃取方法，所述装置包括样品管、样品塞和萃取膜；所述萃取膜是将固体萃取剂通过交联或蚀刻反应固定到样品管内壁上而制得，或者所述萃取膜包括支撑层和固定在所述支撑层上的固体萃取剂层，萃取膜呈空心筒状直接置于样品管内或通过粘合剂粘合到样品管内壁上。本发明的萃取装置可广泛用于液体样品的前处理，尤其适用于小体积样品的快速提取，其应用简单快速，萃取效率高，可以很好的去除基质干扰。

Description

一种液体样品涡旋差速离心萃取装置及萃取方法

技术领域

本发明涉及液体样品萃取技术领域，具体地说是一种液体样品涡旋差速离心萃取装置及萃取方法。

背景技术

许多分析仪器检测复杂基质如生物样品基质中的目标化合物时，若直接进行化合物分析，分析仪器的检测限度不能满足检测要求，同时样品中的基质会对仪器造成损害。因此在仪器分析之前需要进行样品前处理步骤。样品前处理承载了样品除杂、目标物富集等作用，最终保证检测目标分析物的准确度和精密度等分析要求。目前所有的样品前处理技术中，固相萃取（SPE）是分析复杂基质中的微量或痕量物质最常用的方法。

传统SPE需要经过萃取柱活化、上样、淋洗、洗脱，步骤繁琐、分析时间长，并且传统吸附剂对目标物选择性相对较低；新型SPE利用新型吸附剂或不同形式的萃取方式进行萃取处理。分散固相萃取（DSPE）作为一种SPE方法，利用易于分散的萃取剂，如传统吸附剂（硅胶、碳十八等）和新型吸附剂（氧化石墨烯（GO）、磁性氧化石墨烯（MGO）等）完成目标物纯化、富集，通过离心或磁力等方式进行萃取剂的富集，完成目标物萃取。Yun-Jiao Ma等人采用分散固相萃取-分散液液微萃取法（DSPE-DLLME）测定即食海鲜中增香剂的含量，仅依靠DSPE不能一步完成基质去除、高效萃取增香剂，还需利用DLLME对目标物进行纯化、富集，所建立的方法复杂繁琐；Virgínia Cruz Fernandes等人利用QuEChERS-磁性分散固相萃取法（M-DSPE）对红果中溴化阻燃剂进行分析研究，首先需要利用QuEChERS法对基质进行除杂，若只采用M-DSPE对目标物溴化阻燃剂进行萃取，不能达到除杂、纯化的目的。虽然DSPE能够依靠萃取剂的分散亲水性能达到快速分散的效果，但仅仅利用离心或磁力操作富集回收萃取剂困难，处理复杂生物样品时，基质不可避免的残存在萃取剂表面，因此还需要进行其他复杂样品处理过程。DSPE法的样品纯化能力有限，需要结合其他的样品处理手段，这使得样品前处理操作复杂费时。

搅拌棒吸附萃取（SBSE）和平面膜萃取（FE）利用支撑载体，通过交联、聚合、涂覆等方式将萃取剂固定在支撑层上，解决了DSPE萃取剂收集的困难，提高方法去除杂质的能力，可以分析复杂样品中的待测组分。Marta Pastor-Belda等人利用双搅拌棒吸附萃取法测定人体组织中内分泌干扰物，经过一系列复杂的样品处理步骤，还需要磁性搅拌吸附2 h，再进行仪器分析测定；Chenlu Wang等人利用聚醚醚酮搅拌棒吸附萃取检测土壤中的氯苯氧基酸类除草剂，搅拌萃取步骤需要2 h；Yeliz Akbulut等人利用分子印迹膜萃取法，对血浆中的普萘洛尔进行分析，但仍需利用搅拌萃取的方式进行60 min的萃取；FereshtehShahhoseini等利用一次性微膜萃取法对多环芳烃进行萃取，采用60 min 的搅拌萃取方式完成。目前SBSE和FE虽解决了萃取剂收集困难的问题，但依靠搅拌的方式进行萃取，目标物与萃取剂之间萃取平衡时间过长成为限制样品处理效率的最大原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体样品涡旋差速离心萃取装置及萃取方法，以解决现有萃取方法操作复杂、萃取时间长的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种液体样品涡旋差速离心萃取装置，所述装置包括样品管、样品塞和萃取膜；

所述萃取膜是将固体萃取剂通过交联或蚀刻反应固定到样品管内壁上而制得，或者

所述萃取膜包括支撑层和固定在所述支撑层上的固体萃取剂层，萃取膜呈空心筒状直接置于样品管内或通过粘合剂粘合到样品管内壁上。

若所述萃取膜是将固体萃取剂通过交联或蚀刻反应固定到样品管内壁上而制得，则所述样品管为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯材质；若萃取膜包括支撑层和固定在所述支撑层上的固体萃取剂层，萃取膜呈空心筒状直接置于样品管内或通过粘合剂粘合到样品管内壁上，则样品管为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、玻璃或金属材质。

所述样品塞用于密封样品管，样品管和样品塞为分离式或通过连接带连接为一体式。

所述萃取膜的支撑层为可卷成空心筒状的片状结构或为与样品管相匹配的空心筒状结构。

所述支撑层由聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯制成；所述固体萃取剂为石墨烯、氧化石墨烯或分子印迹聚合物。

一种应用上述萃取装置进行萃取的方法，包括以下步骤：

（a）在样品管中加入液体样品，盖好样品塞后置于涡旋混合器上进行涡旋，液体样品形成的涡旋液膜在萃取剂表面快速铺展并被吸附；

（b）当萃取平衡后弃去样品溶液，加入淋洗液利用涡旋作用清洗萃取膜和样品管，弃去淋洗液；

（c）加入洗脱剂，利用涡旋作用涡旋洗脱目标物，洗脱液待测。

本发明的萃取装置可广泛用于液体样品的前处理，尤其适用于小体积样品的快速提取，其应用简单快速，萃取效率高，可以很好的去除基质干扰。

应用本发明萃取时，液体样品在涡旋离心力作用下进行涡旋，样品形成的涡旋液膜在萃取剂表面快速铺展，扩大了萃取剂与液体中的目标物的接触面积，加快了目标物与萃取剂之间萃取平衡；聚合有萃取剂的萃取膜在涡旋液体的作用下，可随同液体进行旋转，形成涡旋差速离心，这种方式进一步缩短了萃取平衡时间；同时涡旋差速离心更适用于小体积样品，通过旋涡作用小体积样品以更快的速度形成涡旋液膜，完成快速萃取。

下面依据说明书附图1进一步说明本发明装置加速萃取平衡的过程：

涡旋是一种类刚体运动，依据刚体理论，物质进行涡旋运动，由于密度的不同，在进行涡旋运动时，角速度不同。本发明所设计的筒状交联聚合固体萃取剂的萃取膜与液体样品在涡旋作用下，由于物质密度不同，进行刚体旋转的角速度不同，这使得涡旋差速离心萃取得以实现。图1-A所示的是未进行涡旋操作时的装置状态，当给予涡旋外力时，液体样品尤其是小体积的液体样品，在涡旋震荡力作用下快速形成类空心柱液膜，如图1-B所示。设涡旋离心液体的体积为V，形成的涡旋液层的高度为h，类空心柱液膜的内、外边缘距离中心的距离如图1-C所示，设为R₁、R₂，则涡旋离心遵循以下公式：

当涡旋高度固定时，即为样品管高度H；涡旋液层厚度与液体量相关。涡旋液体量越小，液膜厚度也越小；即借助涡旋作用形成的类空心圆柱形液膜厚度越小，那要求的涡旋液体量越小。建立的方法的另一个优势是可以萃取小体积样品，这为小样品量的样本，比如唾液、汗液中待测组分的快速吸附萃取提供可能。

附图说明

图1为本发明萃取装置的理论说明结构示意图；其中，图A代表的是加入液体样品后静置状态下的示意图，设定样品管半径为R、高度为H；图B为样品在涡旋作用力下进行涡旋差速离心萃取的示意图；图C为样品涡旋差速离心状态下的俯视示意图，涡旋状态下的液体和萃取膜在涡旋作用力下形成液膜-萃取膜-液膜的形式，进行涡旋差速离心萃取过程。

图2为本发明实施例1进行涡旋差速离心萃取装置的操作过程结构示意图；其中，图A为萃取膜卷成筒状的过程示意图，图B为空心筒状萃取膜，图C为样品管，图D为将空心筒状萃取膜置于样品管后的示意图，图E为加样后静置状态下的示意图，图F为样品与萃取膜在涡旋作用下的差速萃取示意图。

图3为本发明实施例2尿液中麻黄碱的快速萃取过程照片；其中，图A为以聚偏氟乙烯微孔滤膜（PVDF）为支撑层，聚多巴胺为交联剂，将氧化石墨烯（GO）镀于PVDF微孔滤膜上的照片；图B为将GO-PVDF萃取膜卷成筒状置于样品管中的照片；图C为加入尿样后整个萃取装置在涡旋混合器作用下差速离心萃取的照片；图D为以超纯水为淋洗液除去尿液杂质后的照片；图E为以甲醇为洗脱剂，利用涡旋作用进行样品洗脱的照片；图F为洗脱液进行离子迁移谱仪（IMS）测定的照片。

图4为本发明实施例2中麻黄碱的离子迁移谱图；其中，图A代表的是空白样品经涡旋差速离心萃取装置处理后得到的IMS谱图，图B代表的是麻黄碱对照的IMS谱图，图C代表的是加标尿样经过涡旋差速离心萃取装置处理后得到的IMS谱图。

图5为本发明实施例3中唾液中麻黄碱测定的谱图叠加图；其中，图A为空白唾液经发明处理后进行测定所得图谱，图B为麻黄碱对照图，图C为含有麻黄碱的唾液经发明处理后进样测定所得图谱。

图6为本发明实施例4中测定牛奶中β-受体激动剂残留量的色谱图，含有β-受体激动剂的牛奶经发明处理后进行测定；其中，1号峰为特布他林色谱峰，2号峰为沙丁醇胺色谱峰，3号峰为莱克多巴胺色谱峰，4号峰为克伦特罗色谱峰。

图7为本发明实施例5中养殖水体中孔雀石绿测定的谱图叠加图；其中，1号图谱为空白养殖水体经发明处理后进样测定所得图谱，2号图谱为孔雀石绿加标后的养殖水体经发明处理后进样测定所得图谱，孔雀石绿的离子峰出峰时间为13.9 ms。

具体实施方式

下面实施例用于进一步详细说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

涡旋差速离心萃取装置的涡旋萃取过程可以参考附图2。本实施例选择氧化石墨烯（GO）作为萃取剂，作为一种由单层碳原子构成的呈蜂窝状的二维平面薄膜，其化学成分主要是由碳原子和极性含氧官能团组成；分别位于表面的羟基和环氧基，以及处于边缘的羧基使其具有极强的亲水性。采用聚偏氟乙烯微孔滤膜（PVDF）为支撑层，聚多巴胺作为交联剂，按照常规交联反应操作交联GO与PVDF。利用萃取装置进行萃取的方法包括以下步骤：

吸附过程：将萃取膜卷成筒状置于样品管中，加入待测液体样品，利用涡旋混合器进行涡旋吸附，弃去样品溶液；去基质过程：用淋洗液利用涡旋作用清洗萃取膜及样品管，弃去淋洗液；洗脱过程：加入洗脱剂，利用涡旋作用涡旋洗脱目标物，洗脱液待测。

实施例2，尿液中麻黄碱的快速分析

对于尿液中的麻黄碱进行快速萃取分析，萃取装置同实施例1，其萃取过程可参见附图3进行。吸附过程：将萃取膜卷成管状置于10 mL离心管中，加入加标尿样溶液10 mL，涡旋吸附5 min，弃去样品溶液；去基质过程：用5 mL超纯水清洗萃取膜及离心管，弃去洗涤水，重复3次；洗脱过程：加入甲醇1 mL，涡旋洗脱10 min，洗脱液进行离子迁移谱分析。

将空白尿液、麻黄碱加标尿液作为对照，分别通过涡旋离心萃取及麻黄碱离子迁移谱分析，结果如附图4所示。经本发明实施例1的涡旋差速离心装置处理后，尿液中存在的尿素、尿酸、无机盐等基质被除去，IMS分析未见干扰，且整个前处理过程在15 min完成。说明本发明操作过程简单快速，除杂效果好，方法可行性良好。

实施例3，唾液中麻黄碱的快速分析

取2 mL唾液于实施例1的涡旋差速离心装置中，加入5 mL的磷酸缓冲盐溶液（pH 7.2～7.4）稀释唾液样品，用塞子密封，涡旋离心10 min，弃去样品管内液体，依次用磷酸缓冲盐溶液、超纯水除去样品残留杂质，萃取膜用0.5 mL的甲醇进行麻黄碱的洗脱，洗脱液进行离子迁移谱分析。

将空白唾液、麻黄碱加标唾液作为对照，分别通过涡旋离心萃取后进行离子迁移谱分析。结果如图5所示，由图5可知，唾液中存在的黏蛋白、黏多糖、唾液淀粉酶、溶菌酶、免疫球蛋白、无机盐等基质被除去，IMS分析未见干扰，且整个前处理过程操作简单省时，样品取样量少。

实施例4，牛奶中β-受体激动剂残留量检测

取5 mL冷牛奶（4℃左右）于实施例1的涡旋差速离心装置，用塞子密封，涡旋离心8min，弃去样品管内牛奶样品，用4℃左右超纯水除去残留牛奶样品，用1.0 mL的甲醇于萃取装置中进行涡旋洗脱，洗脱液经0.22 µm滤膜过滤后，供高效液相色谱-串联质谱法分析。结果如图6所示，由分析结果可知，本发明中的装置操作过程简单快速，除杂效果好，液质分析未见基质干扰，方法可行性良好。

实施例5，养殖水体中非法添加孔雀石绿的残留检测

取5 mL养殖水样品于实施例1的涡旋差速离心装置，加入1 mL 硼砂-NaOH缓冲溶液（pH=12），用塞子密封，涡旋离心10 min，5 mL超纯水清洗萃取膜及离心管，弃去洗涤水，重复3次。加入甲醇1 mL，涡旋洗脱5 min，洗脱液经0.22 µm滤膜过滤后，供高效液相色谱-串联质谱法分析。结果图7所示，由图可知，本发明中的装置操作过程简单快速，除杂效果好，液质分析未见基质干扰，方法可行性良好。

Claims (6)

1.一种液体样品涡旋差速离心萃取装置，其特征在于，所述装置包括样品管、样品塞和萃取膜；

所述萃取膜是将固体萃取剂通过交联或蚀刻反应固定到样品管内壁上而制得，或者

所述萃取膜包括支撑层和固定在所述支撑层上的固体萃取剂层，萃取膜呈空心筒状直接置于样品管内或通过粘合剂粘合到样品管内壁上。

2.根据权利要求1所述的液体样品涡旋差速离心萃取装置，其特征在于，若所述萃取膜是将固体萃取剂通过交联或蚀刻反应固定到样品管内壁上而制得，则所述样品管为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯材质；若萃取膜包括支撑层和固定在所述支撑层上的固体萃取剂层，萃取膜呈空心筒状直接置于样品管内或通过粘合剂粘合到样品管内壁上，则样品管为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、玻璃或金属材质。

3.根据权利要求1所述的液体样品涡旋差速离心萃取装置，其特征在于，所述样品塞用于密封样品管，样品管和样品塞为分离式或通过连接带连接为一体式。

4.根据权利要求1所述的液体样品涡旋差速离心萃取装置，其特征在于，所述萃取膜的支撑层为可卷成空心筒状的片状结构或为与样品管相匹配的空心筒状结构。

5.根据权利要求1所述的液体样品涡旋差速离心萃取装置，其特征在于，所述支撑层由聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯制成；所述固体萃取剂为石墨烯、氧化石墨烯或分子印迹聚合物。

6.一种应用权利要求1~5任一萃取装置进行萃取的方法，其特征是，包括以下步骤：

（a）在样品管中加入液体样品，盖好样品塞后置于涡旋混合器上进行涡旋，液体样品形成的涡旋液膜在萃取剂表面快速铺展并被吸附；

（b）当萃取平衡后弃去样品溶液，加入淋洗液利用涡旋作用清洗萃取膜和样品管，弃去淋洗液；

（c）加入洗脱剂，利用涡旋作用涡旋洗脱目标物，洗脱液待测。

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