CN1886645A - 探头组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于从样品中萃取分析物的探头组件，该探头包括被设置成可绕其纵轴转动的细长圆柱形部分，并且在其上具有一个或者多个从该圆柱形部分延伸出的脉纹。

Description

探头组件
技术领域
本发明涉及用于从样品中萃取(提取)分析物的探头。
背景技术
很多情况下需要分析液体中的组分，例如，在水和食物的质量测量中。在这些应用中广泛使用的方法包括利用气相色谱法或者与质谱法联用的气相色谱法。但是，在能够用气相色谱法分析这些组分之前，这些组分必须存在于气相中。
可用于将有机物质从液相中萃取到气相中的技术有很多种。
这些技术包括平衡顶空法(equilibrium headspace)、吹扫捕集法(purge and trap)、以及固相萃取法(SPE)。
平衡顶空法是一种使液相中的组分分配进入样品表面上方的气相中的方法。经过一段时间后(在此期间，通过液体的加热和搅拌可以增加进入气相中的分配物)，在液相和气相中的组分之间建立平衡。然后将气相转移到分析仪中进行分析。
和平衡顶空法不同，在吹扫捕集法中，不断地用新的气体置换液体上方的气体。因此不会形成平衡，最终，实际上从液体中萃取出了所有的组分。由于可能需要大量的吹扫气体用于从液体中萃取所有的组分，所以通常利用吸附剂捕集器以在GC分析之前减小样品的体积。
由于平衡顶空法和吹扫捕集法适于在气体中具有高溶解度的组分，而对于具有低蒸气压或者在液体中具有高溶解度的组分则不够有效。在这种情形下，SPE可能更为合适。在这种情况下，利用固体(相)吸附剂将组分从液体中萃取出来，接着利用热脱附作用将该组分回收到气相中。
但是，难以将自动化操作与最有效的萃取相结合。
称为固相微萃取(SPME)的方法是一种试图使该过程自动化的方法。在该方法中，将用于从液体中萃取组分的吸附剂在纤维上涂覆为薄层。将纤维在样品中浸泡一段时间，然后直接转到GC并在其中进行热脱附。由于纤维代替了传统的针，所以该过程可以与广泛用于GC的标准液体自动取样器相配合。通过这种方法可以实现一定程度的自动化。
SPME的缺点是只能在纤维上负载有限量的吸附剂。由于该过程需要两相间的平衡，所以萃取效率取决于固相的质量。因此，SPME只能得到少量的组分。
为了解决这一问题，将固相涂覆在放入样品中的棒状物上。增加棒状物的尺寸使得提高涂覆量，并改善萃取效率。为了进一步提高萃取效率，可以将该固相涂覆在磁力搅拌元件上。这些搅拌元件可随着磁力搅拌器旋转。通过声波搅拌可进一步提高萃取效率。另外，可以将固相涂覆在非磁力搅拌元件上，而利用其它装置搅拌液体。和使用纤维时相同，棒状物接着进行热脱附以将组分释放到GC中。
但是，这种棒状物与传统的自动取样器不易相配。目前的实际操作为依次手动地取下棒状物、使用合适的洗液(通常为水)清洗棒状物、以及用纸擦干。然后手动地将棒状物插入脱附管中。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述缺点中的至少一些缺点。
本发明的另一目的在于提供一种用于从样品中萃取(提取)分析物的探头。
本发明的另一目的在于提供一种适合用于自动化过程的探头。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于从样品中萃取分析物的探头组件，该探头包括被设置成可绕其纵轴转动的细长圆柱形部分，在其上具有一个或者多个从该圆柱形部分延伸出的脉纹。
本发明的探头上可以涂覆有固相以作为用于萃取物质的装置；它不依赖于涂覆在磁力搅拌元件上的固相，也不依赖于搅拌液体的单独装置的存在。另外，该探头可以以一种设置来使用，通过该设置可以使装置从萃取直到热脱附的过程中基本上不需要手动接触装置，从而提供了基本上完全自动化的可能性。
为了确保最佳的萃取效率，探头被成形为使得与液相接触的探头上固相的面积最大。也可优选使该形状引起在液体中的运动，使得与固相接触的液体连续置换。这提高了萃取效率。
与使元件旋转的其它形式(例如磁力搅拌)不同，该萃取元件直接连接至旋转装置。因此，该元件可以很容易地移入和移出样品。这使得能够机械地将该装置转移到溶液中以清洗固相，必要时，借助装置的进一步旋转，随后将其转移到可以通过加热释放物质的脱附炉中。
特别优选的是将探头设置成在样品中为一叶轮。
通常将探头设置成可在样品中旋转。因此，可以设想该探头还包括旋转装置。可选地，如果探头不包括旋转装置，则可设想盛放样品的样品容器可以旋转。
样品可以是流体、粉末、凝胶、泡沫等等。但该探头尤其适用于从液相中萃取(提取)分析物。
脉纹可以以桨、肩形突出物、叶片等形式从圆柱形部分延伸。但是，在特别优选的实施例中，脉纹被设置成基本上沿圆柱形部分的周围延伸，以便形成螺旋线(典型地沿着圆柱形部分的长度方向延伸)。
可以设想，细长圆柱体和/或脉纹可以涂覆有吸附剂涂层，例如聚甲基硅氧烷、聚乙二醇、(聚)硅氧烷、聚酰亚胺、十八烷基氯硅烷、聚甲基乙烯基氯硅烷、液晶态聚丙烯酸酯类、接枝自组装单分子层、以及无机涂料。但应当指出，该涂层可根据要分析的分析物加以具体选择。
因此，本发明提供了一种用于从样品中萃取分析物的探头组件，该探头包括被设置成可绕其纵轴转动的细长圆柱形部分，并且在其上具有一个或者多个从该圆柱形部分延伸出的脉纹，该细长圆柱形部分和/或脉纹涂覆有吸附剂材料。
该探头组件基本上如上文所述。
可以设想，该细长圆柱体沿其长度方向基本为中空。这种设置尤其适于吹扫捕集型萃取。
在该实施例中，可以设想，中空的圆柱体包括一个或多个孔隙或孔眼。
该空隙被设置成允许气体流经圆柱体的壁面。可选地，该探头可以包括诸如烧结玻璃过滤器板的分布器以提供气泡的分散流。当然也可以设想，中空圆柱体的孔隙或孔眼上也可以有吸附剂涂层。
因此，本发明进一步提供了一种用于从样品中萃取分析物的探头组件，该探头包括被设置成可绕其纵轴转动的细长圆柱形部分，在其上具有一个或者多个从该圆柱形部分延伸出的脉纹，该细长圆柱形部分在其长度方向上基本上为中空，并且包括一个或多个孔隙或孔眼。
探头组件基本上如上所述。
根据本发明的另一个实施例，探头还包括护套。该护套通常由诸如玻璃或者不锈钢的惰性材料制成。该护套有利地保护细长圆柱体的表面。在探头使用中，该护套可以被设置成插入或者穿过隔片等。
特别优选的是，该护套和细长圆柱体可沿细长圆柱体的纵轴方向相对移动。
因此，本发明还包括一种用于从样品中萃取分析物的探头组件，该探头包括被设置成可绕其纵轴转动的细长圆柱形部分，在该细长圆柱形部分上面具有一个或者多个从圆柱形部分延伸出的脉纹，其中，该细长圆柱形部分被护套件所包覆。
探头组件基本上如上所述。
因此，优选的是该探头组件还包括提升装置。该提升装置被设置成使细长圆柱体相对于护套运动。
在该实施例中，可以设想，该护套和/或细长圆柱体的内表面的也可以被涂覆。涂层基本上为上文关于细长圆柱体上的涂层所述的涂层。还可以设想，细长圆柱体上的涂层也可以不同于护套上的涂层(例如，在圆柱体上涂以极性涂层，而在护套上涂以非极性涂层)。这在从样品中萃取不同的分析物时尤为有利。
根据本发明的又一实施例，可以设想，该探头还包括加热装置。该加热装置可以为加热管、加热元件等等。这在分析经萃取的分析物或者脱附阶段中尤为有利。
因此，本发明还提供了一种用于从样品中萃取分析物的探头组件，该探头包括被设置成可绕其纵轴转动的细长圆柱形部分、以及加热装置，在该细长圆柱形部分上面具有一个或者多个从该圆柱形部分延伸出的脉纹。
探头基本上如上所述。
探头组件还包括壳体。该壳体一般包括至少一个进口和至少一个出口，以供气体进出该探头组件。
附图说明
现在仅仅为了举例说明的目的，参照附图描述本发明，其中：
图1表示根据本发明的探头组件；
图2表示使用前的吹扫捕集/固相吸附相探头组件；
图3表示萃取(提取)过程中的吹扫捕集/固相吸附相探头组件；
图4表示洗涤周期中的吹扫捕集/固相吸附相探头组件；
图5表示干燥阶段中的吹扫捕集/固相吸附相探头组件；
图6表示脱附阶段中的吹扫捕集/固相吸附相探头组件。
具体实施方式
参照附图，其中用相同的数字表示相同的部件，提供了一种总体上以数字1表示的探头组件。探头组件1包括在其外表面上具有螺旋形脉纹3的不锈钢圆柱体2。该螺旋形脉纹涂覆有吸附剂涂层。
不锈钢护套4用于包覆(因此也用于保护)圆柱体2上的涂层。壳体5利用O形环6维持基本上气密的状态。
探头组件1还配置有电动机7，其允许圆柱体2在护套4中纵向运动和绕其纵轴旋转运动。
壳体5还包括用于将气体引入探头组件1的进口9、以及用于使气体排出探头组件的气体出口10。
螺纹连接件11允许更换(inter change)脉纹3上的被涂覆部分。这在可能期望更换圆柱体2上的涂层时尤为有利，从而实现了圆柱体2基本上可以重复使用而非一次性的。
在使用中，将探头1置于盛有样品13的样品池12的上方；样品池12由具有顶出式插塞(knock out plug)15的“卷曲式(crimp-on)”隔片14所密封。
将电动机7切换到使得护套4穿过隔片14、并且插塞15完全或者部分被顶出的位置。使圆柱体2在纵轴方向上移动以使其浸入样品13中。
使气体流经入口9，以使吹扫气体从分布器16排出。从而使过量的气体由气体出口10从探头组件1排出，该气体在出口处可通过捕集器而被转移到分析仪中。
圆柱体2在样品容器12中旋转以确保将分析物吸附到脉纹3的经涂覆的表面上的效率。
经过预定的一段时间后，从样品容器12中移出圆柱体2，并将其放入清洗站8中。清洗液由液体进口17进入探头组件，以便通过排水管18从脉纹3经涂覆的表面洗去残留物或者杂质(同时使吸附的分析物仍保留在经涂覆的表面上)。清洗阶段期间，可以使圆柱体2旋转以提高清洗效率。
清洗阶段之后，干燥圆柱体2以除去多余的水分(其在借助GC或者GC/MS的分析中会带来不良的影响)。通过促使气体(如氮气)通过进口10、环绕经涂覆的表面3、以及从出口18排出来使圆柱体2干燥。此时，也可以开启加热元件，以便促进水分的蒸发。可选替换地，可以使圆柱体2旋转以便达到“旋转干燥”的效果。
干燥阶段之后，探头(通过自动化过程)被转移到脱附室。加热脱附室和/或探头组件有助于脱附。经由进口10引入脱附气体(其可根据待测定的分析物进行具体选择)。
在脱附过程中，通过输送管线19捕集装置20将含有分析物的脱附气体转移到分析仪21中。优选的是该捕集装置与吹扫和捕集中所用的捕集装置相同。

Claims (15)

1.一种用于从样品中萃取分析物的探头组件，所述探头包括被设置成可绕其纵轴转动的细长圆柱形部分，并且在其上具有一个或者多个从所述圆柱形部分延伸出的脉纹。
2.根据权利要求1所述的探头组件，所述探头组件涂覆有固相作为用于萃取物质的装置。
3.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述探头被成形为使得与液相接触的所述探头上的固相的面积最大，优选为该形状引起在所述液体内的运动使得与所述固相接触的液体连续置换。
4.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，萃取元件直接连接至旋转装置，和/或所述探头被设置成在所述样品中旋转。
5.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述探头被设置成在所述样品中为叶轮。
6.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述探头包括旋转装置。
7.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述脉纹以桨、肩形突出物、叶片等形式从所述圆柱形部分延伸，优选所述脉纹被设置成基本上沿所述圆柱形部分的周围延伸以便形成螺旋线。
8.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述细长圆柱体和/或所述脉纹可以涂覆有诸如聚甲基硅氧烷、聚乙二醇、(聚)硅氧烷、聚酰亚胺、十八烷基氯硅烷、聚甲基乙烯基氯硅烷、液晶态聚丙烯酸酯类、接枝自组装单分子层、以及无机涂料的吸附剂涂层。
9.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述细长圆柱体沿其长度方向基本为中空的。
10.根据权利要求9所述的探头组件，其中，所述中空细长圆柱体包括一个或多个孔隙或孔眼，所述孔隙或孔眼被设置成允许气体流经所述圆柱体的壁面，或者，
其中，所述探头包括诸如烧结玻璃过滤器板的分布器，以提供气泡的分散流。
11.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述探头还包括护套，优选设置成插入或穿过隔片。
12.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其包括被设置成使所述细长圆柱体相对于所述护套运动的提升装置。
13.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述护套和/或所述细长圆柱体的内表面可以被涂覆。
14.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其中，所述探头包括加热装置。
15.根据前述任一权利要求所述的探头组件，其包括具有至少一个进口和至少一个出口的壳体，所述进口和所述出口被设置成允许气体进出所述探头组件。
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