CN1615430A - 样品从固体载体向液体中的转移 - Google Patents

Abstract

描述一种用于将包含在位于可拆卸固体载体(12)上的样品中的挥发性化合物转移到液体中以便检测和/或分析该挥发性化合物的设备(10)和方法。该设备包括固体载体(12)用的夹具(14)，用于将夹具(14)送到可加热板(18)上的加热位置的装置(16)，一种形成封闭室的结构，该结构包括安装在可移动外罩(30)上的可加热板(18)、夹具(14)、固体载体(12)、位于固体载体上的漏斗(20)以及在漏斗(20)内部的冷部位(22)，一种在外罩(30)内部用于将可加热板(18)加热以便蒸发挥发性化合物的装置，随后该化合物将冷凝在冷部位(22)上，一种装置(24)，用于将冷部位(22)从冷却器(26)送到漏斗(20)内部和从那儿送到将凝结的化合物从冷部位(22)取出到液体中的位置(28)。

Description

样品从固体载体向液体中的转移

技术领域

本发明涉及将样品，或更确切地说，被包含在样品中的挥发性化合物，从固体载体向液体的转移。本发明尤其涉及将放在固体载体上的样品所包含的挥发性化合物向液体转移以便检测和/或分析一种或多种挥发性化合物的方法和设备。

背景技术

在用于检测和/或分析包含在样品或某一环境中的挥发性化合物的设备和方法的研发中，所有组成部分和步骤的改进都令人感兴趣。

在我们的PCT申请WO 98/57141中，公开了一种检测空气中的分析物的系统。收集到的空气样品被送到第一增浓阶段以便增浓分析物，该阶段包括一种热调节吸附/解吸过滤器，后者造成用于将分析物吸附在过滤器表面的非层流气体流动，过滤器被罩在具有连接到阀门上的气体进口和气体出口的外罩内。从过滤器解吸的分析物被送到第二增浓阶段，后者包括冷阱，用于借助使分析物冷凝进一步增浓气体分析物，随后用溶剂萃取冷凝的物料并从冷阱收集富集了分析物的溶液以便送往分析装置。

利用微弱气流将解吸分析物从过滤器外罩送至冷阱以便将分析物冷凝在其壁上，随后以液体清洗冷阱来获得少量液体样品，其间一部分分析物被丢失。若能大大减少或消除现有技术中所遇到的分析物，即，冷凝的挥发性化合物的丢失，那将是很希望的，尤其在要检测或分析的数量非常少，介于纳克或皮克范围的挥发性化合物的情况下。

发明描述

本发明提供一种用于将包含在置于可拆卸固体载体上的固体、液体或预浓缩气态样品中的挥发性化合物浓缩和转移到液体中，以便随后递送到分析装置去检测和/或分析一种或多种挥发性化合物的改良设备和方法。

因此，本发明提供一种用于将包含在置于可拆卸固体载体上的固体、液体或预浓缩气态样品中的挥发性化合物浓缩和转移到液体中，以便随后递送到分析装置去检测和/或分析一种或多种挥发性化合物的系统或设备。该系统或设备包括：一种固体载体用的夹具，一种将夹具从固体载体-接受位置送到加热位置和返回的搬运装置，其中加热位置在可加热板的顶面，一种形成封闭室的结构，该结构包括安装在可移动外罩上的可加热板、夹具、固体载体，优选是一种以玻璃纤维为基础的过滤器、固体载体顶面上的漏斗以及漏斗内部和顶面上的冷部位，一种在外罩内用于加热可加热板至挥发性化合物蒸发的温度的调节加热装置，随后挥发性化合物在冷部位冷凝，一种用于将冷部位从冷却器位置送到漏斗内部和顶面，成为形成封闭室的结构的一部分，以及用于从形成封闭室的结构送到将凝结化合物从冷部位取出到液体中的位置以及返回冷却器位置的搬运装置。

本发明还提供一种方法，用于将包含在置于可拆卸固体载体上的固体、液体或预浓缩气态样品中的挥发性化合物浓缩和转移到液体中，以便随后递送到分析装置去检测和/或分析一种或多种挥发性化合物，其中固体载体优选是一种以玻璃纤维为基础的过滤器。该方法包括下列步骤：将固体载体定位在夹具上，将夹具送到可加热板顶面上的位置，安排一封闭室，封闭室包含夹具、安装在可移动外罩上的可加热板、固体载体、在固体载体顶面上的漏斗和漏斗内部和顶面上的冷部位，加热该板以便使挥发性化合物从固体载体上的样品中蒸发并使挥发性化合物冷凝在冷部位上，将载有冷凝的挥发性化合物的冷部位从封闭室结构中送到将冷凝的化合物从冷部位取出到液体中的位置。

含有挥发性化合物的样品的预浓缩和从固体、液体或气体环境，特别是从空气向固体载体，例如，某种类型在高温下不降解的过滤器，尤其是基于玻璃纤维的过滤器上的转移，可按照任何适当方式进行。例如，预浓缩可按照某种现有技术已知的方式实施，例如，通过抽真空，通过表面摩擦或者通过将样品置于固体载体上。有利的是，具有一种可拆卸固体载体，例如，过滤器，既便宜又可以轻易丢弃，以便可以新样品放在新固体载体上，从而避免不然的话所需要的清洁程序。

从样品中蒸出并转移到液体中以后，一种或多种挥发性化合物的后续检测和/或分析可按照某种现有技术已知的方式实施，例如，像采用免疫-传感器、紫外池、气相色谱(GC)、液相色谱柱等。

本发明特别适用于有利地或甚至是必须要将包含低浓度挥发性化合物的大量环境样品浓缩到可以检测和/或分析的程度的情况。

因而，本发明方法和设备的目的是将包含在置于固体载体上的固体、液体或预浓缩气态样品中的挥发性化合物优选尽可能浓缩，和转移到液体中，优选转移到尽可能少量液体中，以便改进选择的检测和/或分析方法的灵敏度。

应该理解，术语“预浓缩气态样品”用来描述，当气体环境通过或穿过固体表面时被捕集在该表面，优选过滤器上的液体或固体颗粒。

本发明的一项重要要素是热解吸步骤，该步骤将挥发性化合物从固体载体上的样品中蒸发出来。所产生的蒸汽随后凝结到冷表面上，即固体冷部位上。冷部位上的凝结物料随后用液体从冷部位冲洗或清洗下来从而形成优选少量液态样品，或者通过将冷部位浸没在一定体积溶剂或溶剂流中直接溶解在优选少量溶剂中，然后再转移到选择的分析装置中。

挥发性化合物可以从固体载体上的样品解吸成为蒸汽形式，可通过直接加热固体载体上的干样品或者通过用所需数量的例如水润湿固体载体上的样品，并将该物质以蒸汽混合物的形式“水蒸气蒸馏”出固体载体。在这两种情况下，蒸汽相都将凝结在冷部位上。

因此，本发明是所需环境的预冷凝或取样与用来从优选少量液态样品中检测和/或分析一种或多种挥发性化合物的分析装置之间的连接环节。可利用本发明设备和方法浓缩或提纯并从固体载体上的样品中转移到优选少量液态样品中的挥发性化合物的例子是，低分子量物质，例如，爆炸性物质(例如，TNT、RDX)、麻醉剂(例如可卡因、大麻、海洛因、苯异丙胺)和低分子量生物活性化合物或生物降解化合物。

现在将通过对下面实施方案、实施例和附图的描述来说明本发明，但不应将本发明的范围理解为局限于所公开的细节。

附图简述

附图是本发明设备的一种实施方案所包括的诸元件的侧视示意图。

实施方案叙述

一种在固体载体上包含挥发性化合物的样品，例如从预浓缩器获得，按照下列方式进行处理。下面，将联系附图中所示元件来说明。

固体载体12被定位在本发明转移设备10中的夹具14上。夹具14的形状和尺寸被制成适合接受固体载体12。当固体载体在夹具14上落位时，搬运装置16用于将夹具14从固体载体-接受位置运送或摆动到加热位置，加热位置在可加热板18顶面上，该板是形成封闭室的结构的一部分，该结构形成解吸装置并包括安装在可移动外罩30上的可加热板18、夹具14、固体载体12、固体载体12顶面的漏斗20和漏斗20内部和顶面的冷部位22。

在解吸装置中，在外罩30内有热调节加热装置，用于加热可加热板18至能蒸发要求的挥发性化合物但优选不使其分解的温度。蒸汽在冷部位22冷凝。

在目前优选的实施方案中，金属板由光源或位于外罩30内的电加热箔加热。改进的结果是当固体载体12被牢牢地装在金属板14上时获得的。通过在固体载体12与漏斗20之间使用一种金属网等，于是后者便被压抵在固体载体12的外边上，将促进这一效果。漏斗轴21的形状和尺寸被制成适合以离开轴内壁很短距离的配合关系接受冷部位22。

冷部位22由搬运装置24从冷却器26的位置送到漏斗20内部和顶面，从而成为形成封闭室的结构，即解吸装置的一部分。

于是，冷部位22在冷却器26中冷却，然后被插入到漏斗20的轴21中，以这种方式在轴内壁与冷部位22之间形成一小的气密空间。在附图中，冷部位22被画成一根棒，而实际上是2根棒22，22’，可用来一个接一个地转移两个衔接的样品。

当固体载体22摆动进入到外罩30顶面的金属板上的位置时，该任选的金属网、漏斗20和冷部位22被迅速落位而形成小气密空间，金属板，或者已经在接受固体载体前加热，或者在此阶段被迅速加热。

随着样品在固体载体12上被加热，挥发性化合物不断蒸发并随后凝结在冷部位22上。如果漏斗20保持温热则可获得改进的结果。

搬运装置24随后将冷部位连带凝结物质从漏斗轴21并从而从形成封闭室的结构，即解吸装置中向上提起，然后将其摆动到位置28，在此凝结的化合物从冷部位22中取出到液体中。

在位置28，通过用液体冲洗或清洗将凝结的化合物从冷部位22取出，从而形成优选小的液态样品或通过将冷部位22浸没在一定体积溶剂中或溶剂流中而直接溶解在优选极少量的溶剂中，从而形成流中的一段塞子，随后被转移到选择的分析装置中。

为准备新的循环，将夹具14从固体载体接受位置递送或摆动到加热位置的搬运装置16将把夹具14送回到固体载体-接受位置，且搬运装置24将把冷部位22，任选地在清洁之后，送到冷却器位置26。

在本发明的一种实施方案中，热源被放入到可垂直移动的外罩30内。该外罩例如是包围热源的圆筒形。在加热的过滤器12和漏斗20之间，在漏斗内部，有一个单独铝罩(附图中未画出)，具有与漏斗轴21同心的孔，用于接受冷部位尖端进入由铝罩和过滤器12限定的封闭室内部。在铝罩和漏斗20的下部之间还可有一定的绝热空间。此种安排能将大多数热量保持在罩内，同时防止漏斗20的外表面变得过热。

当固体载体处于热源上方时，外罩、任选的铝罩和热源在一种实施方案中朝上移动。固体载体因此而被挤压在铝罩和位于固体载体上面的固定锥或穹顶或漏斗20之间，从而形成一种靠近固体载体周边的内密封。固体载体与漏斗的接触面很窄且具有与固体载体相同的形状。它位于距固体载体外边缘一段小距离的内侧，从而使固体载体上有最大表面可供解吸其上的样品。这样一来，在固体载体的上方就造成一个小、准确规定的容积。

锥形或漏斗的高度应保证达到合适的容积。在此阶段，在热源激活之前可将一种相容液体引入到该限定的容积内，或者也可以保持干燥状态。当热源激活，温度升高时，固体载体上的物质通过液体的迅速蒸发(“蒸气萃取”)从而将物质夹带在蒸气中，或者利用该物质的直接干态蒸发或升华，而进入固体载体上方的容积内，并随后凝结在冷表面(冷部位)上。

冷表面或冷部位可具有许多表面形态但作为例子该方法将采用棒状来描述。将棒穿过漏斗顶面的孔插入，并优选地定位成，让棒的端部靠近固体载体的表面。棒预先冷却到低于室温的温度然后再将它插入到漏斗中。可能在蒸发步骤期间也需要冷却棒，使棒的温度维持得足够低，以便使物料最大限度地冷凝在棒上。冷却可通过多种成熟的技术实现，例如，利用一种主动热交换构造或者仅仅是依靠从棒材料本身的尖端到本体的热传导。然而，优选的是，应保证温度尽可能低但又不造成周围空气中过多湿气的冷凝。冷棒此时起到使从温热固体载体冒出的蒸发物质凝结的部位的作用。蒸发的物质将冷凝在它们首先遇到的冷表面上，按照此种设备的设计，它将是棒的某一规定区域。重要的还有，要保持漏斗周围的壁比冷棒暖，以防止蒸汽冷凝在壁上而不是棒上。

在本发明设备的该公开实施方案中，加热的蒸汽按照接近定量的产率沉积在棒的冷却区域的最低部分上(参见表1)。实验显示，蒸发过程期间不需要额外的气流，但本发明设备和方法的一般构造不排除气流的使用。然而，气流可能减少凝结物质在棒上的产量，因此不优选。气流可能干扰指向冷表面的扩散梯度。来自蒸发过程的气体的流动一般具有足够的体积和压力，以保证气体朝棒的迅速运动，但是在某些情况下可能需要协助此种流动。此种协助自然可由固体载体表面液体的快速蒸发(使用的话)，或者由辅助源或者由真空从锥体强制抽取气体来提供。

在目前优选的实施方案中，外罩的顶面是平坦或略微凸起的以便与固体载体匹配，并与其底部形成尽可能牢靠的接触。从实验中可以看出，有利的结果是在固体载体与热表面之间建立起牢靠接触时获得的。这很可能是由于避免了物质透过固体载体和/或从后面的反向扩散所致。直接由热源加热固体载体，不用外罩的平顶面和热源与固体载体之间的紧密接触，工作得并不满意，很可能是因为设备中有反向扩散存在。

在本发明的一种实施方案中，该热源被作为一种非常快速的加热器，用于将过滤器材料迅速加热到约300℃的温度。从热源到固体载体的此种传热经由外罩的顶面流过。固体载体的冷侧温度优选应至少是240℃，以便让所有试验的物质尽可能都蒸发和凝结(升华)到棒尖端。然而，某些情况下，温度可能较低。加热时间也是一项重要参数。优选的是，固体载体不应加热超过最长30秒，以防止物质的降解，而且还应在该过程期间保持(冷凝)棒是冷的。迄今，最佳结果是在当外罩和任选铝罩的顶表面在与固体载体接触前已预热到约300℃的温度时获得的。照此，总加热时间可缩短几乎一半。

凝结在棒尖，即，冷部位上的挥发性化合物可通过将棒的该活性区域浸没在少量适当溶剂如水中，而取出并转移到溶液中。含有挥发性化合物的该溶液随后可转移到分析装置中。

在本发明的一种实施方案中，棒可移动到另一位置以便用适当溶剂洗涤它，然后再开始新的循环。

在本发明的一种自动化的实施方案中，当样品在设备的解吸部分中已沉积到棒上以后，棒由步进电机转移到含有少量溶剂(例如5～100μL)例如水的小装置中。此种小装置的尺寸应能使溶剂形成薄膜以清洗棒的含有大部分凝结物质的下部。

当物质被从棒转移到了液体中，例如溶解在溶剂中以后，液体或溶液的转移可通过如下方式进行：打开阀门让溶液，例如进入到一股液体流中，例如，作为回路中的一段液体塞子，然后该液塞可引入到分析装置中，例如，免疫传感器、紫外池、GC、液相色谱柱等。溶解步骤的时间长短一般地不超过5秒。

当凝结的挥发性化合物已从棒上溶解下来时，需要的话，还可洗涤该棒，以后，棒将返回到冷却器位置，随后到位于固体载体夹具上方的位置，也就是准备加热的位置，然后整个过程可重复进行。在其返回收集点准备新的循环的途中，棒还可用额外的水或溶剂洗涤，并用适当技术再冷却。

一种可逆热交换器可用来在解吸过程之前或期间冷却该棒，同时又在溶解过程中加热它，以缩短整个解吸和溶解过程的时间。这在挥发性化合物在优选溶剂中稳定性差的情况下可能是有利的。

在一种实施方案中，玻璃纤维基过滤器形式的固体载体的直径为约2cm。棒的冷却表面的尺寸是尽可能多地从固体载体收集物质与在洗脱冷凝物时使用尽可能少的液体之间的折中。采用直径约6mm的棒，棒尖的物质可溶解在50～100μL的液体体积中。

另一种在解吸过程中从固体载体收集样品蒸汽的方式是将物质凝结或溶解到移动的溶剂膜中。溶剂膜沿着位于加热的固体载体正上方适当距离的收集区域移动。在上面公开的实施方案中，需要的水量介于约25～100μL。溶剂膜非常薄但具有足以溶解为在分析装置中实施可靠鉴定所需要的物质数量的体积。

本发明方法和设备应用的实施例

2cm直径玻璃纤维基过滤器形式的固体载体掺杂着各种不同数量(约1～100ng)物质。将固体载体放在本发明设备的金属板上(参见附图)，然后在各种不同解吸时间(参见表1)内将板加热到各种不同温度。随后，将棒上的材料用少量水(50μL)溶解下来。水以己烷萃取，然后己烷相用气相色谱术(GC)进行分析。正如从表中看到的，结果显示固体载体上的材料得到几乎定量的回收。

表1

从掺杂的固体载体解吸后各种物质在小液态样品中的收率

物质	解吸温度	解吸时间	解吸收率	水溶解时间	水溶解收率
						芘	300℃	15秒	100％	30秒	50％
苯异丙胺	250℃	10秒	85％	15秒	100％
						可卡因	300℃	15秒	85％	30秒	85％
四氢大麻酚(THC)	350℃	30秒	75％	30秒	75％

总括地说，本发明提供一种用于将含挥发性化合物的任选预浓缩样品从固体载体转移到液体中以便递送给分析装置去检测和/或分析挥发性化合物的设备，包括：一种固体载体用的夹具、一种将夹具从固体载体-接受位置送到加热位置的搬运装置，该加热位置位于可加热板的顶面，一种形成封闭室的结构，该结构包括可加热板、固体载体、漏斗以及在漏斗内部的冷部位，一种将冷部位从封闭室送到将凝结的化合物从冷部位取出到液体中的位置的搬运装置。

本发明还提供一种用于将含挥发性化合物的任选预浓缩样品从固体载体转移到液体中以便递送给分析装置去检测和/或分析挥发性化合物的方法，包括下列步骤：将固体载体定位在夹具上，将夹具送到可加热板顶面上的位置，安排一种封闭室，该封闭室包括可加热板、固体载体、漏斗和在漏斗内部的冷部位，加热该板以便将样品从固体载体蒸发并在冷部位上冷凝该挥发性化合物，以及将冷部位从封闭室送到将凝结的化合物从冷部位取出到液体中的位置。

Claims (4)

1.一种设备(10)，用于将包含在位于可拆卸固体载体(12)上的固体、液体或预浓缩气态样品中的挥发性化合物浓缩和转移到液体中，以便随后递送到分析装置去检测和/或分析一种或多种挥发性化合物，该设备包括

固体载体用的夹具(14)，

搬运装置(16)，用于将夹具(14)从固体载体-接受位置送到加热位置以及返回，该加热位置在可加热板(18)顶面上，

形成封闭室的结构，包括安装在可移动外罩(30)上的可加热板(18)、夹具(14)、固体载体(12)、位于固体载体(12)顶面的漏斗(20)，以及漏斗(20)内部和顶面上的冷部位(22)，

位于外罩(30)内部的热调节加热装置，用于将可加热板(18)加热到使挥发性化合物蒸发的温度，随后该化合物凝结在冷部位(22)上，

搬运装置(24)，用于将冷部位(22)从冷却器(26)的位置送到漏斗(20)内部和顶面，成为形成封闭室的结构的一部分，以及从形成封闭室的结构到将凝结化合物从冷部位(22)取出到液体中的位置(28)，以及返回到冷却器(26)的位置。

2.权利要求1的设备(10)，其中可拆卸固体载体(12)是基于玻璃纤维的过滤器。

3.一种用于将包含在位于可拆卸固体载体上的固体、液体或预浓缩气态样品中的挥发性化合物浓缩和转移到液体中，以便随后递送到分析装置去检测和/或分析一种或多种挥发性化合物的方法，包括下列步骤：

将固体载体定位在夹具上，

将夹具送到可加热板顶面上的位置，

安排一种封闭室，该封闭室包括夹具、安装在可移动外罩上的可加热板、固体载体、固体载体顶面的漏斗和在漏斗内部和顶面的冷部位，

加热该板以便将挥发性化合物从固体载体上的样品中蒸发并在冷部位冷凝该挥发性化合物，以及

将带有凝结的挥发性化合物的冷部位从封闭室结构送到将凝结的化合物从冷部位取出到液体中的位置。

4.权利要求3的方法，其中可拆卸固体载体是基于玻璃纤维的过滤器。